2-х слойная высокоскоростная маршрутизация USB 2.0

Прежде всего:

Это для одноразового (или двухразового) хобби проекта, ничего более серьезного. Если бы это был коммерческий дизайн, я бы пошел на 4 слоя сразу (хотя я бы не стал разрабатывать такой проект в первую очередь).
Переход в 4 слоя допустим, только если ИСТИНА необходима ; в таких количествах такие платы стоят как минимум вдвое дороже, а двухслойная печатная плата по-прежнему стоит дороже, чем комбинированные компоненты.
Цель состоит в том, чтобы передать сигнал USB 2.0, в основном, без повреждений, между двумя разъемами (от USB-B до USB-A, оба разъема), не более того; моя печатная плата на самом деле не использует сигнал.

(Если эти точки перемещают почту в «слишком узкую» территорию, не стесняйтесь их игнорировать :-)

Итак, вопрос: возможно ли это с приемлемыми результатами? Основная цель, конечно же, разрешить высокоскоростную (480 Мбит / с) связь.

Согласно спецификации USB, дифференциальная пара должна иметь дифференциальное сопротивление 90 Ом, а характеристическое сопротивление заземления 30 Ом. Тем не менее, USB, кажется, терпит справедливое злоупотребление; в примечании к приложению SMSC (PDF), где обсуждается двухслойная схема печатной платы USB 2.0, упоминается, что одностороннее полное сопротивление не так критично, как дифференциал, и что допустим диапазон «от 45 до 80 Ом».

Характеристики платы - 1 унция меди, между ними - 63 мил FR-4.
Согласно нескольким калькуляторам импеданса, таким как этот (который, если я что-то не понимаю, также не отображает односторонний импеданс), получается, что трассы 50 мил с интервалом 10 мил дают дифференциал ~ 90 Ом и ~ 80 Ом Z0.
(Эти значения взяты из калькулятора Saturn PCB Toolkit, который бесплатен, но требует загрузки.)

Трассы будут порядка 3 дюймов в длину и, скорее всего, будут иметь форму перевернутой буквы U, чтобы приблизиться к краям платы, так что у меня будет пространство для маршрутизации всего остального (только сигналы с частотой менее 1 МГц), не нарушая плоскость заземления под следами USB.

Я, конечно, понимаю, что все усилия немного безумны; однако, опять же, это для доски для хобби, и, похоже, это сделали и серьезные компании.
Высокая скорость действительно все еще немного вне меня, но остальная часть проекта проста; Мне просто нужно передать этот сигнал на печатную плату, а все остальное - кусок пирога.

Если вы пропустили это, главный вопрос: возможно ли это, с приемлемыми результатами?
Если есть более подходящие двухслойные методы маршрутизации (например, в этой короткой статье для этой цели используется компланарная волноводная маршрутизация), сообщите об этом. Я не могу найти много информации (которая является одновременно подробной и понятной, но без подробностей или упоминаний уравнения / калькулятора) об этом вообще.

usb pcb-design high-speed

— exscape
источник

Если плата вообще не использует сигналы USB, можно ли расположить два разъема рядом друг с другом?

— Аниндо Гхош

@AnindoGhosh Хм, да, я так думаю! Я подумал, что было бы неплохо подключить его «в линию» с кабелем, но это абсолютно не требование, теперь, когда вы упомянули это.

— exscape

Затем расположите их достаточно близко, чтобы освободить место для разъемов в соответствии со спецификацией USB, и поместите между ними короткие жирные следы, предпочтительно равной длины. Я бы поставил их под прямым углом друг к другу в углу платы, чтобы вся установка не мешала остальной части моей печатной платы.

— Аниндо Гхош

@AnindoGhosh Это дает мне ~ 330 мил следов между булавками, или около того. Они все еще на расстоянии 50 мил / 10 мил. Примерно так: i.imgur.com/GVy7j.png (VBUS, конечно, не маршрутизированный.) По крайней мере, согласно некоторым практическим правилам, при времени нарастания 500 пс это может быть ниже, где имеют значение эффекты линии передачи. .?

— Exscape

Эффекты линии передачи в этом случае будут незначительными. Единственное возможное беспокойство, если вы все еще хотите что-то беспокоить, это то, что совокупная длина двух USB-кабелей, которые вы подключаете к двум портам, может превышать рекомендуемую максимальную длину для USB.

— Аниндо Гош

Подводя итоги комментария след в качестве ответа :

Требуется компоновка печатной платы для прохода между разъемами USB2.0 A и B на печатной плате. Остальная часть схемы на печатной плате не взаимодействует с сигнальным трактом USB.

Предлагаемое решение :

Изменяя физическое расположение двух разъемов так, чтобы они находились близко друг к другу, а не на противоположных сторонах платы, как первоначально предполагалось, облегчается проблема длины трассы сигнала и эффекта передачи.

Кроме того, путем установки двух разъемов под прямым углом друг к другу, в одном углу области платы, необходимо оставить пространство между ними, чтобы можно было подключать кабели: кабели будут подключаться по разным краям доска и не будет касаться друг друга.

Это также позволяет упростить маршрутизацию:

Рекомендация для трактов сигналов одинаковой длины по своей сути адресована
Компоновка не мешает остальной компоновке печатной платы, так как она выключена в углу
При указанной небольшой длине трассы эффекты линии передачи и антенны незначительны для высокоскоростных передач USB 2.0.

Угловое расположение разъемов USB (как отправлено ОП).

Проблемы, которые могут потребовать решения :

Физическая устойчивость печатной платы к нагрузкам, возникающим при многократном вводе кабеля. Эту проблему должен решить монтажный болт в углу между разъемами.
Эффективная общая длина USB-кабеля, включая кабели A-стороны и B-стороны, может превышать максимальную длину USB-кабеля. Очень короткий участок печатной платы будет действовать только как удлинитель кабеля.
Необходимы креативные решения для подходящей упаковки доски с разъемами на углу.

— Аниндо Гош
источник

Подход с двумя углами может затруднить упаковку прототипа.

— Скотт Сейдман