USB Type-C接口的PCB设计要求详解

USB Type-C接口的PCB设计要求详解

USB Type-C接口作为最新的连接标准，不仅带来了可逆插头方向、高速数据传输和高功率输出等优势，同时也对PCB设计提出了新的要求。本文将详细介绍USB Type-C接口的PCB设计要点，包括布局设计、路线设计以及差分信号走线等关键环节，帮助工程师更好地理解和应用这一技术。

USB Type-C 简介

USB Type-C (USB-C) 是一种用于设备连接和充电的通用连接标准。作为 USB 接口的最新发展，USB-C 具有多种优势，包括可逆插头方向、更高的数据传输速率和功率输出能力。此外，USB Type-C可以传输音频和视频信号，并兼容显示器、外部存储设备和充电器等各种配件。

USB Type-C 的特点

• 可逆插头方向：与传统 USB 接口不同，USB Type-C 可以以任何方向插入，无需担心方向。
• 高速数据传输：USB Type-C 支持更高的数据传输速率，达到 USB 3.1 和 Thunderbolt 3 的速度，实现快速文件传输和视频播放。
• 功率输出：USB Type-C支持更高的功率输出，能够为笔记本电脑、平板电脑等大功率设备充电。
• 多功能性：USB Type-C 可以传输音频和视频信号，支持显示器、外部存储设备和充电器等各种配件。

USB Type-C 连接器有 24 个引脚。下面的两张图分别显示了 USB Type-C 插座和插头的引脚。

USB Type-C 接口的 PCB 设计要求

布局设计

• ESD 和共模电感元件应按以下顺序放置在Type C 接口附近：ESD → 共模电感→ 电容。与 C 型保持一定距离，以考虑焊接后的情况。
• TX 信号线的耦合电容应放置在接口附近，而RX 信号线的耦合电容则放置在设备端。
  
• 稳压器也应尽可能靠近连接器放置。

路线设计

为防止信号干扰，建议高速USB差分线和数字信号线远离走线，尽量减少高速USB信号线上过孔和拐角的使用，保持阻抗控制，防止信号反射。

• 禁止使用90°走线拐角；相反，使用两个 45° 角或圆弧来减少信号反射和阻抗不连续性。
• 避免将信号线放置在晶体振荡器、晶体、时钟合成器、磁性器件和时钟乘法器 IC 下方。
• 避免使用短桩，如有必要，请确保它们的长度不超过 200 密耳。
• 尽可能在同一层布线高速信号线。确保走线的返回路径具有完整的、未分段的镜像平面，最好选择 GND 平面。
• 避免走线跨越镜像平面分割线，以减少电感和信号辐射。
• CC1和CC2是两个重要的引脚，具有多种功能，包括电缆连接和移除检测、插座/插头方向检测和电流广播。布线这些引脚时需要粗体布线。

下图说明了 CC1 和 CC2 引脚如何指示插座/插头方向。在此图中，DFP 代表 Downstream Facing Port，充当数据传输的主机或电源。UFP代表Upstream Facing Port，连接到主机或电力消费设备。

差分信号走线

Type C差分走线的阻抗控制为90欧姆±10%。保持阻抗连续性、确保良好的参考平面而不交叉分割至关重要，并将信号过孔层变化的数量限制为不超过 2 个。

• 缩短与高速时钟线和交流信号线平行的高速 USB 信号线的长度，或增加它们之间的间距，以最大限度地减少串扰。
• 确保差分信号线与其他信号走线之间的间距至少为 50 mil。采用紧耦合模式，通过软件计算确定具体的走线间距和宽度。
• 保持差分信号一致的间距和长度匹配，最大长度差为 200 密耳。
• CC1和CC2是两个重要的引脚，具有多种功能，包括电缆连接和移除检测、插座/插头方向检测和电流广播。布线这些引脚时需要粗体布线。

总结

USB Type-C接口的PCB设计需要充分考虑信号完整性、电磁兼容性和热管理等因素。通过合理的布局和布线策略，可以确保USB Type-C接口在各种应用场景下都能稳定可靠地工作。本文提供的设计指南涵盖了从基本布局到高级信号处理的各个方面，为工程师提供了全面的参考。

本文原文来自elecfans.com