USB接口電路設計的注意事項

USB作為一種快速、雙向、同步傳輸的使用的可熱拔插串行接口，自其誕生以來便得到了廣泛的應用。其數據傳輸速度快、接口方便以及支持熱插拔等優(yōu)點，使得USB設備成為眾多電子產品中不可或缺的一部分。然而，隨著USB技術的不斷發(fā)展和應用范圍的擴大，越來越多的硬件新手在USB應用中遇到了各種困擾，尤其是在PCB方面。

USB協議定義了兩根差分信號線（D+和D-）用于傳輸數字信號。為了確保USB設備的工作穩(wěn)定性，差分信號線的布局和布線必須嚴格遵守差分信號的規(guī)則。根據經驗，總結出以下幾點注意事項：

元件布局與差分線路設計

在元件布局時，應盡量縮短差分線路的長度，以減少差分線走線距離。合理的布局方式是使差分線盡可能短而直，避免不必要的彎曲和繞行。同時，優(yōu)先繪制差分線，并確保一對差分線上的過孔數量不超過兩對。過孔會增加線路的寄生電感，從而影響線路的信號完整性。因此，在布局時應盡量減少過孔的使用，并對稱放置過孔以保持差分線的平衡。

差分線走線方式

差分線應采用對稱平行走線的方式，以保證兩根線緊耦合。避免使用90°走線，因為這種走線方式會引入額外的寄生電容和電感，影響信號的完整性。相反，弧形或45°走線方式能夠更好地保持差分線的平衡和一致性。此外，在走線過程中還應注意差分串接阻容、測試點以及上下拉電阻的擺放位置，以確保信號的穩(wěn)定性和可靠性。

差分線長匹配與補償

由于管腳分布、過孔以及走線空間等因素的存在，差分線長易出現不匹配的情況。一旦線長不匹配，就會引入共模干擾并降低信號質量。因此，在設計過程中需要對差分對不匹配的情況進行補償，使其線長匹配。通常來說，長度差應控制在5mil以內，并根據具體情況進行相應的補償。通過合理的補償措施可以確保差分信號的穩(wěn)定性和可靠性。

電源完整性與信號完整性

USB的輸出電流為500mA，因此在設計過程中需要注意VBUS及GND的線寬。如果采用1Oz的銅箔，線寬大于20mil即可滿足載流要求。當然，線寬越寬電源的完整性越好。普通USB設備差分線信號線寬及線間距與整板信號線寬及線間距一致即可。然而當USB設備工作速度較高時（如480Mbits/s），僅依靠上述措施可能無法滿足信號完整性的要求。此時還需要對差分信號進行阻抗控制以確保高速數字信號的穩(wěn)定傳輸。