USB2.0与USB3.0接口的PCB布局布线要求

USB2.0与USB3.0接口的PCB布局布线要求

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1.

https://www.eefocus.com/article/1591058.html

USB（通用串行总线）是连接外部装置的串口总线标准，广泛应用于个人电脑、移动设备、摄影器材、数字电视等领域。USB2.0和USB3.0在传输速率上有显著差异，USB2.0的传输速率为480Mbps，而USB3.0的最大传输带宽高达5Gbps，并引入了全双工数据传输。本文将详细介绍USB2.0、USB3.0以及Type C接口的PCB布局布线要求。

USB2.0及USB3.0接口管脚定义如图1所示。

图1 USB 2.0与USB 3.0管脚定义

一、USB接口的PCB布局要求

1. USB接口应靠近板边或结构定位放置，伸出板边一定位置（直插除外），方便插拔；
2. ESD、共模电感器件靠近USB接口，放置的顺序是ESD-共模电感-阻容；
3. 注意ESD和USB的距离，留有一定的间距，考虑后焊的情况；
4. 在布局时，尽量使差分线路最短，以缩短差分线距离。

二、USB接口的PCB布线要求

1. USB要走差分，阻抗控制为90欧姆，并包地处理，总长度最好不要超过1800mil；
2. 尽可能缩短走线长度，优先考虑对高速USB差分（RX、TX差分）的布线，USB差分走线在走线的时候，尽可以有的减少换层过孔，从而可以更好的做到阻抗的控制，避免信号的反射；
3. 过孔会造成线路阻抗的不连续，在每次打孔换层的地方加一对回流地过孔，用于信号回流换层；
4. 若USB两边定位柱接的是保护地，分割时保证与GND的距离是2MM，并在保护地区域多打孔，保证充分连接，如图2所示。

图2 外壳GND和信号GND的隔离

5. 由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，布线长一旦不匹配，时序会发生偏差，还会引起共模干扰，降低信号质量。所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿按照差分等长规范来进行。

USB2.0与3.0的PCB布线要求对比如下表1所示：

表1 USB2.0与USB 3.0的PCB布线要求

图3 USB 2.0的布局与布线

图4 USB 3.0的布局与布线

三、Type C接口的PCB设计

USB Type C，又称为USB-C。需要注意的是Type-C只是一种接口，和USB的版本没有任何关系。该接口的亮点在于更加纤薄的设计、更快的传输速度（最高10Gbps）以及更强悍的电力传输（最高100W）。Type-C双面可插接口最大的特点支持USB接口双面插入，主要面向更轻薄、更纤细的设备。以下如图7-23所示，为Type-C接口的管脚定义。

图7-23 Type C接口的管脚定义

Type C接口的PCB设计要求：

1. ESD、共模电感器件靠近Type C接口，放置的顺序是ESD→共模电感→阻容；同样也要注意ESD 和Type C的距离，留有一定的间距，考虑后焊情况；
2. TX信号线的耦合电容应靠近接口放置，RX信号线的耦合电容由设备端提供，如图7-24所示；

图7-24 TX信号线的耦合电容

2. Type C差分走线阻抗控制90ohm±10％，为了保证阻抗的连续性，应该有良好的参考平面和不跨分割，信号打孔换层时数量不超过2个；
3. Type-C有RX/TX1-2四组差分信号，两组D+/D-差分信号 ，一共六对差分线，差分信号线要求至少紧邻一个地平面，两侧都紧邻地平面最好，走线尽量短，走线最长不要超过6inchs；
4. 保证Type C差分线长匹配，对内等长误差<6mil，等长按照差分等长规范；
5. 保证Type C差分对于对间或者差分对于其他信号的影响，对内间距建议是大于等于4倍Type C线宽。与其他信号之间的间距保持尽量大于等于4倍Type C线宽；
6. CC1/CC2是两个关键引脚，作用很多：探测连接，区分正反面，区分DFP和UFP，也就是主从配置Vbus，走线时面要加粗处理。

注意：Type-C连接器工作速率≥8Gbps时，请按照第五章5.6节的连接器优化建议进行设计处理

图7-25 Type-C连接器布线示意