USB3.1 Type-C接口高速PCB布局布线设计指南

Image

USB Type-C

USB Type-C,又称USB-C,是一种通用串行总线(USB)的硬件接口形式,外观上最大特点在于其上下端完全一致,与Micro-USB相比这意味着用户不必再区分USB正反面,两个方向都可以插入。

Type-C分类

谈到形式,刚才所说的mini-USB和micro-USB也算是这样,但这两个相对于标准USB来说的。而这个标准USB,其实它的名字叫USB Type-A。

USB Type-A USB Type-A

这个图大致解释了不同形式的USB,可以看到,不同版本(2.0/3.0)对应的这些接口是有差别的,基本上USB 3.0时代都是为了兼容USB 2.0才做成了这样。

不同形式的USB

Type-A的USB 3.0和2.0形状一致,并且设备也可以相互兼容,而Type-B就不同了,2.0版Type-B的接线可以插到3.0版接口上,但是反过来就不行。

Type-C有功能和特性

USB 3.1分为Gen 1/Gen 2两种,USB 3.1 Gen1是USB 3.0的改名,也就是说完全没变化。市面上所有未提及Gen 1/Gen 2区分的,一般都代指USB 3.1 Gen2。

USB 3.1 Gen 2的带宽为10Gbps,比USB 3.0高了一倍。

影音传输(USB AV)带宽增大,匹及HDMI1.4。

电力输出可达到100W。

编码标准变化,从8b/10b升级为128b/132b,极大的降低了编码损耗率。

Type-C专属特性

  • 支持正反插。

虽然历代USB都有防插反设计,但这并不能防止“大力出奇迹”后的悲剧……于是乎这次从源头解决问题,正反插都能用,再也不会遇到插USB时要试一次后才能插进去的尴尬。

支持正反插

如图所示,typeC有24个引脚,每一边12个。没有连接时,两边的引脚定义是中心对称的,所以typeC正反插时都是一个情况。当然这个定义不是一直都这样的,连接后会根据识别情况发生变化。

  • 支持替代模式(Alternate Mode/Alt Mode)。

支持替代模式的前提,是机器已经搭载了支持USB PD协议的芯片,就是刚才提到的那个可以增大功率输出的玩意。

Type-C接口引脚定义

表 1 和表 2 分别汇总了在 USB Type-C 型插座和插头上所使用的信号列表。

在 USB Type-C 型插座和插头上所使用的信号列表 表2

Type-C 版本对比及载流

Type-C 版本对比及载流

PCB布局布线指南

Type-C接口有多种封装,最麻烦的(Jacob's Opinion)是带有EMI接地屏蔽的中置式贴片接口。通过对参考设计和EVM(评估模块)中总结的一些技巧,帮助PCB设计工程师更快更容易的设计出符合规范的工程。

1:从Type-C接口供应商处获取最新的封装并仔细检查。在理想情况下,与PCB电路板厂一起验证接口的使用面积和平面度,为整版布局提供必要的参考。

8

2:对type-c接口进行扇孔处理。参照之前的设计文档可以得知可以使用通孔8/16 mil过孔(没有盲孔和埋孔)。就设计规则而言,我们将最小间距设置为3mil(最差情况)并将我们的过孔放置在(顶部/底部)。确保通孔没有碰到Type-C连接器上的焊盘,以避免“盘中孔”的出现。

9

3:在顶层和底层可以看到SSTX / RX这些差分对。由于这些是最重要的信号,因此要把这些差分线做特别处理,比如安全间距要满足3W走线,蛇形等长,在等长时,为了匹配长度尽可能一样而采用蛇形等长。而且尽可能确保阻抗计算的正确性。

4:为了满足阻抗计算的结果,接下来要对SBU,USB2和CC1 / 2等信号做以下布线处理。

10

5:由于Type-C接口最大的载流为5A,所以我们在进行PCB设计时。我们使用以下两种方法。第一种是在内层使用相当大的平面来承载高电流。0.5盎司铜需要大约125毫米的铜宽度才能安全地满足5A。第二种方法是使用顶部/底部层来承载大部分电流(放置走线/从数据路径倾泻而出)约65mil的0.5盎司铜和铺铜(0.5盎司)才能容易满足5A。一旦电源接近Type-C接口,就会在内层上两次转换,以使连接器下方的VBUS过孔并使用一组过孔将它们缝合到顶部/底部来进行铺铜处理。

11

6:GND铺铜。通过一些新打的过孔,把整个板子上出现的空白区域都可以用添加回流GND过孔,并且把整个模块进行铺铜处理。

12

以上6点内容同样可以应用于其他Type-C接口的PCB设计中,把握好设计技巧后可以减少在Type-C系统上进行布局的时间。除了这些规范外,我们考虑到EMC的问题,所以会在接口处添加相应的ESD器件来保护接口。

文章转载自:志博PCB

相关文章

最新内容

关注微信公众号,抢先看到最新精选资讯

关注2020欧洲杯夺冠热门
微信号,每天收到精选设计资讯