終端抵抗を使用したUSBトレースインピーダンス計算

Renesas RZ-A1マイクロコントローラーを搭載したPCBを設計していて、USB D +およびD-トレースが正しく行われていることを確認したい。

Googleの上位の結果の1つであるFairchildのこのアプリケーションノートでは、D +およびD-トレースのシングルエンドインピーダンスは45オームである必要があると述べています。

EEWeb Microscrip Impedance Calculatorを使用して、1oz / ft ^ 2の銅と基板の高さが0.08mmの場合、この45オームを実現するには、トレース幅を0.17mmにする必要があります。

フェアチャイルドのアプリケーションノートでは、D +およびD-ラインの差動特性インピーダンスは90オームでなければならないことも述べています。

EEWebエッジカップルドマイクロストリップインピーダンスカリキュレーターを使用すると、これを達成するには、トレース間の間隔が0.098 mmであることがわかります。

それは正しく見えますか？

質問の次の部分-直列終端抵抗がD +およびD-に必要であることを理解しています。ルネサスRZ-A1は22オームのものをお勧めします。これらの抵抗の存在は、上記の計算に関して何かを変えますか？たとえば、抵抗はすでに22オームを提供しているので、実際には45ではなく23オームのシングルエンドインピーダンスを目指しているのでしょうか、それとも同じようなことですか？

質問1：これは正しくないようです

デフォルトのErは4ですが、通常、標準FR4のERは約4.6です。この計算では、トレースの上部がFR4に埋め込まれていないため、有効なErが必要になります。

Er = 4.6、導体= 0.17mm、誘電体高さ0.08mmでは、実効Erは3.2215です。しかし、EEWebエッジカップルドマイクロストリップインピーダンスカリキュレーターでは、極域のSi800フィールドソルバーや無料のSaturn PCBツールキットと同じ値が得られません。

無料のSaturn PCBツールキットを使用してください。アルコは、トレースのメッキ台形形状やその他の製造プロセス変数を補正できます。

質問2：トレースインピーダンスは、ケーブル、コネクタ、およびレシーバー側の終端の特性インピーダンスにできる限り近づける必要があります。インピーダンスの不連続があると、反射が発生し、信号が劣化します。したがって、ケーブルの信号は差動ペアで伝送されるため、トレースの差動インピーダンスをできるだけ90オームに失うようにしてください。シングルエンドインピーダンスは重要ですが、それほど重要ではありません。直列終端抵抗は4つの主な理由で使用されます。

1. EMIを低減するために、これは製品がEC承認される場合です。
2. コネクタによる反射のような近端反射を吸収します。
3. HS-USBコンプライアンステストには最大駆動電圧制限があるため、レシーバーエンドの信号レベルを制御/低減するため。
4. ESD保護を大まかに改善するには（システムがより優れたESD保護を必要とする場合は、代わりに適切な低容量クランプデバイスを使用する必要があります）

望ましくない影響はスルーレートの増加だけですが、製造元の推奨では通常これを考慮に入れています。

直列抵抗を使用してコンプライアンスを改善する例として、次の図を参照してください。アイダイアグラムは完全ですが、テンプレート境界ボックスの右下にある3つの赤い点で示されるように境界を超えたため、乳首パケットは失敗しました。これは、オーバーシュートがあるためです。この場合、直列抵抗を使用してオーバーシュートを低減できます。

直列抵抗の値を10オーム増やした後、テストは合格です。

ガイドライン：

• 直列終端抵抗を駆動デバイスのパッドにできるだけ近づけて、近端反射をよりよく吸収します。
• グランドプレーンの不連続部で差動ペアを実行しないでください。
• 差動ペアは、同じペア内のビア、パッド、または銅から、ペア間のスキューまたは誘電体の高さの少なくとも3倍以上離れたところに配置してください。
• すべてをシミュレートする
• すでにコンプライアンスに合格しているデザインを再利用できる場合は、ホイールを再発明しないでください。

Mfgの仕様とアプリのメモに従うと、最高のシグナルインテグリティが得られます。これらのクラスのチップ内のFETはRdsOn（10オーム）が低いが、望ましい許容範囲より広いため、直列Rを追加する必要がありますが、トレースインピーダンスは45オーム+ -10％である必要があります

アプリケーションノートでは、ドライバーの出力インピーダンスを含めて、室温で42オームを使用しています。29オームext。これにより、マージンに最適なアイパターンが得られます。

また、誘電体の厚さを拡大すると、より大きなギャップとトラックを使用できるようになります。**トラック幅の比率は2：1で、FR4の厚さはほぼ適切です。**

これは、特性インピーダンスは、インダクタンス/容量比またはトラック幅対基板厚さ比の場合、固定比によるものだからです。 信号/グランド比の同軸直径についても同様です。信号経路と静電容量のアスペクト比に関連する分布インダクタンスは、導体ギャップによって制御されます。