Перейти к содержанию

Нужно ли выравнивать длины D+ и D− на плате для USB 2.0?

Обновлено Редакция GAW

USB 2.0 передаёт данные по дифференциальной паре D+ и D−. Приёмник смотрит на разность напряжений, поэтому если один провод пары длиннее, его фронт приходит позже, и разность на короткое время искажается. Вопрос в том, сколько это пикосекунд и какой запас даёт стандарт.

Расчёт перекоса

Задержка на миллиметр дорожки зависит от проницаемости материала и типа линии. Для FR-4 с εr = 4,3 во внутреннем слое — около 6,92 пс/мм, на наружном слое — около 5,84 пс/мм (пересчёт калькулятора задержки по формулам SCAA082). Наш расчёт перекоса для разных допусков:

Разница длинПерекос, внутренний слойПерекос, наружный слойГде встречается
5 mil (0,127 мм)0,9 пс0,7 псдопуск TI для USB 3, PCIe, HDMI
50 mil (1,27 мм)8,8 пс7,4 псдопуск TI для USB 2.0
5 мм35 пс29 псзаметная доля бюджета кабеля

Для сравнения: спецификация USB 2.0 (раздел 7.1.3) разрешает кабелю вносить до 100 пс перекоса, а бит High Speed на 480 Мбит/с длится около 2,08 нс.

Что делать на практике

  • Ведите D+ и D− рядом, одной длины, с одинаковым числом переходных отверстий — по рекомендациям TI не больше четырёх на дорожку.
  • Если разница всё же есть, добавьте змейку у того конца, где пара разошлась.
  • Не ведите пару через разрыв земли — это важнее миллиметров.

Импеданс, землю и переходы со слоя на слой разбирает ответ «Можно ли развести USB на двухслойной плате?», назначение контактов — страница «Распиновка разъёмов USB», а принцип дифференциальной передачи — отдельная статья.

Похожие вопросы

Где ставить змейку для выравнивания?

Рядом с тем концом, где пара разошлась по длине, — например, у вывода микросхемы, где D+ и D− выходят под разными углами. Так рекомендует TI в SPRAAR7: тогда сигналы идут синфазно почти по всей длине.

Важна ли разница длин для USB 1.1 Full Speed?

Почти нет: на 12 Мбит/с бит длится около 83 нс, и даже сантиметры разницы дают десятки пикосекунд. Но разводить пару рядом и одинаково всё равно полезно — это снижает излучение и наводки.

Что важнее длины для USB 2.0 на плате?

Непрерывная земля под парой и волновое сопротивление около 90 Ом: разрыв опорного слоя или переход через щель ухудшает сигнал сильнее, чем миллиметр разницы длин. Подробнее — в ответе про USB на двухслойной плате.

Источники

  1. Texas Instruments. SPRAAR7J: High-Speed Interface Layout Guidelines, November 2018, revised February 2023 — разд. 2.3 — длины пары выравнивают змейкой у того конца, где возникло рассогласование; разд. 2.1 — стеклоткань и смола с εr около 6 и 3 дают перекос внутри пары; прил. A, табл. A-1 и последующие — USB 2.0: перекос внутри пары не больше 50 mil, длина трассы до 12 000 mil, дифференциальное сопротивление 81–99 Ом, не больше 4 переходных отверстий на дорожку, без отводов; USB 3, SATA, PCIe, HDMI — перекос внутри пары до 5 mil
  2. USB Implementers Forum. Universal Serial Bus Specification, Revision 2.0, April 27, 2000 — 7.1.3 Cable Skew — перекос между D+ и D−, вносимый кабелем, меньше 100 пс
  3. Texas Instruments. SCAA082A: High-Speed Layout Guidelines, 2006, revised 2017 — 1.3.1 — скорость сигнала в полосковой линии 3·10⁸/√εr м/с, в микрополоске — по эффективной проницаемости

Нашли ошибку?

Смотрите также