从USB PCB布线中学到的经验教训可能导致这样的后果...

本文由PCB设计技术提供。 USB是一种快速，双向，同步传输，廉价且易于使用的热插拔串行接口。
由于数据传输速度快，接口方便以及支持热插拔的优点，USB设备被广泛使用。目前，市场上大多数产品都使用USB2.0作为接口，但是许多硬件新手在USB应用中会遇到很多麻烦，通常在PCB组装完成后，USB接口就会出现各种问题，例如通信不稳定或无法通信，请检查原理图焊接没有问题，也许此时您需要怀疑PCB设计不合理。
绘制符合USB2.0数据传输要求的PCB在产品的性能和可靠性中起着极其重要的作用。 USB协议定义了两条差分信号线（D +，D-）来传输数字信号。
如果USB设备要稳定工作，则必须严格按照差分信号的规则布置差分信号线。根据作者多年在USB相关产品的设计和调试中的经验，总结了以下几点：1.在组件布局中，请尝试使差分线尽可能短，以缩短连接线的距离。
差分线（√是合理的方式，×是不合理的方式）； 2.优先绘制差分线，尽量不要超过一对差分线上的两对过孔（过孔会增加线的寄生电感，从而影响线的信号完整性），并且需要对称放置（√是一种合理的方式，×是一种不合理的方式）； 3.对称的平行布线，可以确保两根导线之间紧密耦合，并避免90°布线。弧形或45°是更好的布线方法（√是合理的方法，×是不合理的方法）； 4.电阻和电容的差分串联连接，测试点以及上拉和下拉电阻的位置（√是合理的方式，×是不合理的方式）； 5.由于引脚分布，通孔和布线空间的原因其他因素的存在使差分线的长度容易失配，一旦线长不匹配，就会改变时序，并引入共模干扰，这会降低信号质量。
因此，有必要补偿差分对的失配以匹配线长。长度差通常控制在5密耳内。
补偿原理是补偿长度差。 6.为了在空间允许的情况下减少串扰，其他信号网络和差分线之间的距离至少为20密耳（20密耳是一个经验值）。
接地线和差分线之间的距离会影响差分线的阻抗； 7. USB的输出电流为500mA，因此请注意VBUS和GND的线宽，如果使用1Oz铜箔，则线宽大于20mil才能满足载流要求。当然，线宽越宽，电源的完整性越好。
普通USB设备的差分线的信号线宽度和线间距应与整个电路板的信号线宽度和线间距一致。但是，当USB设备的运行速度为480 Mbits / s时，仅上述几点是不够的。
我们还需要控制差分信号的阻抗。控制差分信号线的阻抗对于高速数字信号的完整性非常重要。
差分阻抗会影响眼图，信号带宽，信号抖动和差分信号信号线上的干扰电压。差分线路阻抗通常控制在90（±10％）欧姆（具体值请参阅芯片手册）。
差分线阻抗与线宽W1，W2和T1成反比，与介电常数Er1成反比，与线距S1成正比，与距参考层的距离H1成正比，下图是差分线的横截面图。下图显示了四层板的参考堆栈。
中间的两层是参考层。参考层通常是GND或电源。
差分线对应的参考层必须完整且不能分割，否则差分线阻抗将不连续。 。
如果将四层板设计为具有图2中的堆栈，则通常将差分线设计为具有4.5 mil的线宽和5.5 mil的线间距，以满足90Ω的差分阻抗。但是，450万米线宽和5.5万米线距只是我们的理论设计值。
最后，电路板制造商将进行适当的调整。