USB2.0布线关键布线关键---经验教训经验教训
最近做了一个PCB，走线宽度为3.5mil，间距为8mil，板厚1.6，TOP到GND 之间为0.3mm，因此USB阻抗超
大，超过了80--100 的范围，USB 下载小文件可以，下载大文件，就超级不行！一个惨痛的教训，让我载抄了
信号完整性分析的一段：深刻体会，钱的教训的深刻的！！下面吧自己的经验教训总结下。
USB通用串行总线(Universal Serial Bus)，目前我们所说的USB一般都是指USB2.0，USB2.0接口是目前许多高速数据传输设
备的首选接口,从1.1过渡到2.O,作为其重要指标的设备传输速度，从1.5Mbps的低速和12Mbps的全速提高到如今的480Mbps的
高速。USB的特点不用多说大家也知道就是：速度快、功耗低、支持即插即用、使用安装方便。正是因为其以上优点现在很
多视频设备也都采用USB 传输。
USB2.0设备高速数据传输PCB 板设计。对于高速数据传输PCB板设计最主要的就是差分信号线设计，设计好坏关乎整个设备
能否正常运行。
1、USB2.0接口差分信号线设计
USB2.0协议定义由两根差分信号线(D 、D-)传输高速数字信号，最高的传输速率为480 Mbps。差分信号线上的差分电压为
400mV，理想的差分阻抗(Zdiff)为90(1±O．1)Ω。在设计PCB 板时，控制差分信号线的差分阻抗对高速数字信号的完整性是
非常重要的，因为差分阻抗影响差分信号的眼图、信号带宽、信号抖动和信号线上的干扰电压。由于不同软件测量存在一定偏
差，所以一般我们都是要求控制在80Ω至100Ω间。
差分线由两根平行绘制在PCB 板表层(顶层或底层)发生边缘耦合效应的微带线(Microstrip)组成的，其阻抗由两根微带线的阻抗
及其和决定，而微带线的阻抗(Zo)由微带线线宽(W)、微带线走线的铜皮厚度(T)、微带线到最近参考平面的距离(H)以及PCB
板材料的介电常数(Er)决定，其计算公式为：Zo={87/sqrt(Er 1.41)]}ln[5.98H/(0.8WT)]。影响差分线阻抗的主要参数为微带线
阻抗和两根微带线的线间距(S)。当两根微带线的线间距增加时，差分线的耦合效应减弱，差分阻抗增大；线间距减少时，差
分线的耦合效应增强，差分阻抗减小。差分线阻抗的计算公式为：Zdiff=2Zo（1-0.48exp(-0.96S/H))。微带线和差分线的计算
公式在O．1<W／H<2．0 以及0．2<S／H<3．0 的情况下成立。
为了获得比较理想的信号质量和传输特性，高速USB2.0设备要求PCB板的叠层数至少为4层，可以选择的叠层方案为：顶层
(信号层)、地层、电源层和底层(信号层)。不推荐在中间层走信号线，以免分割地层和电源层的完整性。普通PCB 板的板厚为
1.6 mm，信号层上的差分线到最近参考平面的距离H大约为11mil，走线的铜皮厚度T大约为O.65mil，填充材料一般为FR-4，
介电常数Er为4.2。在H、T 和Er已确定的条件下，由差分线2D阻抗模型以及微带线和差分线阻抗计算公式可以得到合适的线
宽W和线间距S。当W=16mil，S=7mil时，Zdiff=87Ω。但通过上述公式来推导合适的走线尺寸的计算过程比较复杂，借助
PCB 阻抗控制设计软件Polar 可以很方便的得到合适的结果，由Polar可以得到当W=11mil，S=5mil时，Zdiff=92.2Ω。
在绘制USB2．O 设备接口差分线时，应注意以下几点要求：
1、USB2.O芯片放置在离地层最近的信号层,并尽量靠近USB插座,缩短差分线走线距离。
2、差分线上不应加磁珠或者电容等滤波措施,否则会严重影响差分线的阻抗。
3、如果USB2.O接口芯片需串联端电阻或者D线接上拉电阻时,务必将这些电阻尽可能的靠近芯片放置。
4、将USB2.O差分信号线布在离地层最近的信号层。
5、在绘制PCB板上其他信号线之前,应完成USB2.0差分线和其他差分线的布线。
6、保持USB2.O差分线下端地层完整性,如果分割差分线下端的地层,会造成差分线阻抗的不连续性，并 会增加外部噪声对差分
线的影响。
7、在USB2.0差分线的布线过程中,应避免在差分线上放置过孔(via),过孔会造成差分线阻抗失调。如 果必须要通过放置过孔才
能完成差分线的布线,那么应尽量使用小尺寸的过孔,并保持USB2.0差分线在一个信号层上。
8、保证差分线的线间距在走线过程中的一致性，使用Cadence绘图时可以用shove保证，但在使用Protel 绘图时要特别注
意。如果在走线过程中差分线的间距发生改变，会造成差分线阻抗的不连续性。
9、在绘制差分线的过程中，使用45°弯角或圆弧弯角来代替90°弯角，并尽量在差分线周围的150mil 范围内不要走其他的信号
线，特别是边沿比较陡峭的数字信号线更加要注意其走线不能影响USB差分线。
10、差分线要尽量等长，如果两根线长度相差较大时，可以绘制蛇行线增加短线长度。
2、USB2.0总线接口端电源线和地线设计
USB接口有5个端点，分别为：USB 电源(VBUS)、D-、D+、信号地(GND)和保护地(SHIELD)。除了D+、D-差分信号设
计，USB总线电源、信号地和保护地的设计对USB系统的正常工作同样重要。
USB电源线电压为5V,提供的最大电流为500mA，应将电源线布置在靠近电源层的信号层上，而不是布置在与USB差分线所在
的相同层上，线宽应在30mil以上，以减少它对差分信号线的干扰。现在很多厂家的USB从控制芯片工作电压为3.3V,当其工作
在总线供电模式时,需要3.3-5V的电源转换芯片,电源转换芯片的输出端应尽量靠近USB芯片的电压输入端，并且电源转换芯片
的输入和输出端都应加大容量电容并联小容量电容进行滤波。当USB从控制芯片工作在自供电的模式时，USB电源线可以串
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