Calculs d'impédance de trace USB, avec résistances de terminaison

Je conçois un PCB avec un microcontrôleur Renesas RZ-A1 et je veux vérifier que je fais correctement mes traces USB D + et D-.

Cette note d'application de Fairchild , qui est l'un des meilleurs résultats de Google, indique que l'impédance asymétrique D + et D-trace devrait être de 45 ohms.

En utilisant le calculateur d'impédance EEWeb Microscrip , je trouve qu'avec un cuivre de 1 oz / ft ^ 2 et une hauteur de substrat de 0,08 mm, ma largeur de trace doit être de 0,17 mm pour atteindre ces 45 ohms.

La note d'application de Fairchild indique également que l'impédance caractéristique différentielle des lignes D + et D- doit être de 90 ohms.

En utilisant le calculateur d'impédance à microruban à couplage de bord EEWeb , je trouve que l'espacement entre mes traces doit être de 0,098 mm pour y parvenir.

Cela vous semble-t-il correct?

Prochaine partie de la question - Je comprends que des résistances de terminaison série sont nécessaires sur D + et D-. Le Renesas RZ-A1 recommande ceux de 22 ohms. La présence de ces résistances change-t-elle quelque chose en termes de calculs ci-dessus? Par exemple, parce que les résistances fournissent déjà 22 ohms, devrais-je en fait viser une impédance asymétrique de 23 ohms plutôt que 45, ou quelque chose comme ça?

question 1: cela ne semble pas correct

Le Er par défaut est 4, mais généralement l'ER pour le FR4 standard est d'environ 4,6. Bien que pour ce calcul, vous aurez besoin de l'Er efficace car le haut de la trace n'est pas intégré dans FR4.

avec Er = 4,6, conducteur avec = 0,17 mm et hauteur diélectrique de 0,08 mm, l'Er effectif est de 3,2215. mais le calculateur d'impédance à microruban à couplage de bord EEWeb ne me donne pas les mêmes valeurs que le solveur de champ si800 polaire ou la boîte à outils PCB Saturn gratuite .

utilisez la boîte à outils PCB Saturne, elle est gratuite et elle peut également compenser la forme trapézoïdale de placage des traces et d'autres variables du processus de production.

question 2: L'impédance de trace doit être aussi proche que possible de l'impédance caractéristique du câble, du connecteur et de la terminaison côté récepteur. Toute discontinuité d'impédance provoquera des réflexions et provoquera une dégradation du signal. Donc, gardez la trace de l'impédance différentielle asc perdue autant que possible à 90 ohms, l'impédance asymétrique est importante mais pas si importante car dans le câble, les signaux sont transportés dans une paire différentielle. les résistances de terminaison série sont utilisées pour 4 raisons principales.

1. Pour réduire l'EMI, c'est si le produit doit être approuvé par la CE.
2. Pour absorber les réflexions proches de l'extrémité comme celles provoquées par le connecteur.
3. Pour contrôler / réduire le niveau du signal à l'extrémité du récepteur car il existe des limites maximales de tension du variateur dans le test de conformité HS-USB.
4. Pour améliorer grossièrement la protection ESD (lorsque le système a besoin d'une meilleure protection ESD, un dispositif de serrage à faible capacité approprié doit être utilisé à la place)

Le seul effet indésirable est une augmentation du taux de balayage, mais la recommandation du fabricant en tient généralement compte.

À titre d'exemple d'utilisation des résistances série pour améliorer la conformité, veuillez consulter l'image suivante. Bien que le diagramme des yeux soit parfait, le paquet de trayons a échoué car il a dépassé les limites comme indiqué par les 3 points rouges en bas à droite de la boîte de limite du modèle. c'est parce qu'il y a un certain dépassement. Les résistances série peuvent être utilisées dans ce cas pour réduire le dépassement.

le test réussit après avoir augmenté la valeur de la résistance série de 10 ohms.

Des lignes directrices:

• Gardez les résistances de terminaison série aussi près que possible des plots du dispositif d'entraînement pour une meilleure absorption des réflexions d'extrémité proche.
• Évitez de faire fonctionner la paire différentielle sur une discontinuité du plan de masse.
• Gardez la paire différentielle loin de tous les trous d'interconnexion, tampons ou cuivre dans la même couche au moins 3 fois l'inclinaison inter-paire ou la hauteur diélectrique la plus grande des deux.
• tout simuler
• si vous pouvez réutiliser un design qui est déjà conforme, ne réinventez pas la roue.

Si vous suivez les spécifications du Mfg et les notes de l'application, vous obtiendrez la meilleure intégrité du signal. Étant donné que le FET à l'intérieur de cette classe de puces a un faible RdsOn (10 Ohms) mais une tolérance plus large que souhaitable, une série R doit être ajoutée mais l'impédance de trace doit toujours être de 45 Ohms + -10%

Notez que la note d'application utilise 42 Ohm à température ambiante pour l'impédance de sortie du pilote incl. 29 Ohm.ext. Cela donne leur configuration oculaire optimale pour la marge.

Notez également que si vous augmentez l'épaisseur diélectrique, vous pouvez utiliser des espaces et des pistes plus grands. ** Rapport 2: 1 pour la largeur de la piste: l'épaisseur du FR4 est à peu près correcte. **

En effet, l'impédance caractéristique est due à un rapport fixe si le rapport inductance / capacité ou le rapport largeur de piste / épaisseur de carte. Il en va de même pour le diamètre coaxial du rapport signal / masse. L'inductance distribuée liée au rapport d'aspect du chemin du signal et de la capacité est contrôlée par les intervalles des conducteurs.