USB3.1高速接口設(shè)計(jì)指南

USB Type-C，又稱USB-C，是一種通用串行總線（USB）的硬件接口形式，外觀上最大特點(diǎn)在于其上下端完全一致，與Micro-USB相比這意味著用戶不必再區(qū)分USB正反面，兩個(gè)方向都可以插入。

01USB分類

談到形式，剛才所說(shuō)的mini-USB和micro-USB也算是這樣，但這兩個(gè)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)USB來(lái)說(shuō)的。而這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)USB，其實(shí)它的名字叫USB Type-A。

這個(gè)圖大致解釋了不同形式的USB，可以看到，不同版本（2.0/3.0）對(duì)應(yīng)的這些接口是有差別的，基本上USB 3.0時(shí)代都是為了兼容USB 2.0才做成了這樣。

Type-A的USB 3.0和2.0形狀一致，并且設(shè)備也可以相互兼容，而Type-B就不同了，2.0版Type-B的接線可以插到3.0版接口上，但是反過(guò)來(lái)就不行。

02Type-C有功能和特性

USB 3.1分為Gen 1/Gen 2兩種，USB 3.1 Gen1是USB 3.0的改名，也就是說(shuō)完全沒(méi)變化。市面上所有未提及Gen 1/Gen 2區(qū)分的，一般都代指USB 3.1 Gen2。

USB 3.1 Gen 2的帶寬為10Gbps，比USB 3.0高了一倍。

影音傳輸（USB AV）帶寬增大，匹及HDMI1.4。

電力輸出可達(dá)到100W。

編碼標(biāo)準(zhǔn)變化，從8b/10b升級(jí)為128b/132b，極大的降低了編碼損耗率。

03Type-C專屬特性

1F支持正反插

雖然歷代USB都有防插反設(shè)計(jì)，但這并不能防止“大力出奇跡”后的悲劇……于是乎這次從源頭解決問(wèn)題，正反插都能用，再也不會(huì)遇到插USB時(shí)要試一次后才能插進(jìn)去的尷尬。

如圖所示，typeC有24個(gè)引腳，每一邊12個(gè)。沒(méi)有連接時(shí)，兩邊的引腳定義是中心對(duì)稱的，所以typeC正反插時(shí)都是一個(gè)情況。當(dāng)然這個(gè)定義不是一直都這樣的，連接后會(huì)根據(jù)識(shí)別情況發(fā)生變化。

2F支持替代模式（Alternate Mode/Alt Mode）

支持替代模式的前提，是機(jī)器已經(jīng)搭載了支持USB PD協(xié)議的芯片，就是剛才提到的那個(gè)可以增大功率輸出的玩意。

04Type-C接口引腳定義

表 1 和表 2 分別匯總了在 USB Type-C 型插座和插頭上所使用的信號(hào)列表。

05Type-C 版本對(duì)比及載流

06PCB布局布線指南

Type-C接口有多種封裝，最麻煩的（Jacob‘s Opinion）是帶有EMI接地屏蔽的中置式貼片接口。通過(guò)對(duì)參考設(shè)計(jì)和EVM（評(píng)估模塊）中總結(jié)的一些技巧，幫助PCB設(shè)計(jì)工程師更快更容易的設(shè)計(jì)出符合規(guī)范的工程。

（1）

從Type-C接口供應(yīng)商處獲取最新的封裝并仔細(xì)檢查。在理想情況下，與PCB電路板廠一起驗(yàn)證接口的使用面積和平面度，為整版布局提供必要的參考。

（2）

對(duì)type-c接口進(jìn)行扇孔處理。參照之前的設(shè)計(jì)文檔可以得知可以使用通孔8/16 mil過(guò)孔（沒(méi)有盲孔和埋孔）。

就設(shè)計(jì)規(guī)則而言，我們將最小間距設(shè)置為3mil（最差情況）并將我們的過(guò)孔放置在（頂部/底部）。確保通孔沒(méi)有碰到Type-C連接器上的焊盤(pán)，以避免“盤(pán)中孔”的出現(xiàn)。

（3）

在頂層和底層可以看到SSTX / RX這些差分對(duì)。由于這些是最重要的信號(hào)，因此要把這些差分線做特別處理，比如安全間距要滿足3W走線，蛇形等長(zhǎng)，在等長(zhǎng)時(shí)，為了匹配長(zhǎng)度盡可能一樣而采用蛇形等長(zhǎng)。而且盡可能確保阻抗計(jì)算的正確性。

（4）

為了滿足阻抗計(jì)算的結(jié)果，接下來(lái)要對(duì)SBU，USB2和CC1 / 2等信號(hào)做以下布線處理。

（5）

由于Type-C接口最大的載流為5A，所以我們?cè)谶M(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)。我們使用以下兩種方法。

第一種是在內(nèi)層使用相當(dāng)大的平面來(lái)承載高電流。0.5盎司銅需要大約125毫米的銅寬度才能安全地滿足5A。

第二種方法是使用頂部/底部層來(lái)承載大部分電流（放置走線/從數(shù)據(jù)路徑傾瀉而出）約65mil的0.5盎司銅和鋪銅（0.5盎司）才能容易滿足5A。

一旦電源接近Type-C接口，就會(huì)在內(nèi)層上兩次轉(zhuǎn)換，以使連接器下方的VBUS過(guò)孔并使用一組過(guò)孔將它們縫合到頂部/底部來(lái)進(jìn)行鋪銅處理。

（6）

GND鋪銅。通過(guò)一些新打的過(guò)孔，把整個(gè)板子上出現(xiàn)的空白區(qū)域都可以用添加回流GND過(guò)孔，并且把整個(gè)模塊進(jìn)行鋪銅處理。

以上6點(diǎn)內(nèi)容同樣可以應(yīng)用于其他Type-C接口的PCB設(shè)計(jì)中，把握好設(shè)計(jì)技巧后可以減少在Type-C系統(tǒng)上進(jìn)行布局的時(shí)間。

除了這些規(guī)范外，我們考慮到EMC的問(wèn)題，所以會(huì)在接口處添加相應(yīng)的ESD器件來(lái)保護(hù)接口。