USB接口电路设计的注意事项

USB作为一种快速、双向、同步传输的使用的可热拔插串行接口，自其诞生以来便得到了广泛的应用。其数据传输速度快、接口方便以及支持热插拔等优点，使得USB设备成为众多电子产品中不可或缺的一部分。然而，随着USB技术的不断发展和应用范围的扩大，越来越多的硬件新手在USB应用中遇到了各种困扰，尤其是在PCB方面。

USB协议定义了两根差分信号线（D+和D-）用于传输数字信号。为了确保USB设备的工作稳定性，差分信号线的布局和布线必须严格遵守差分信号的规则。根据经验，总结出以下几点注意事项：

元件布局与差分线路设计

在元件布局时，应尽量缩短差分线路的长度，以减少差分线走线距离。合理的布局方式是使差分线尽可能短而直，避免不必要的弯曲和绕行。同时，优先绘制差分线，并确保一对差分线上的过孔数量不超过两对。过孔会增加线路的寄生电感，从而影响线路的信号完整性。因此，在布局时应尽量减少过孔的使用，并对称放置过孔以保持差分线的平衡。

差分线走线方式

差分线应采用对称平行走线的方式，以保证两根线紧耦合。避免使用90°走线，因为这种走线方式会引入额外的寄生电容和电感，影响信号的完整性。相反，弧形或45°走线方式能够更好地保持差分线的平衡和一致性。此外，在走线过程中还应注意差分串接阻容、测试点以及上下拉电阻的摆放位置，以确保信号的稳定性和可靠性。

差分线长匹配与补偿

由于管脚分布、过孔以及走线空间等因素的存在，差分线长易出现不匹配的情况。一旦线长不匹配，就会引入共模干扰并降低信号质量。因此，在设计过程中需要对差分对不匹配的情况进行补偿，使其线长匹配。通常来说，长度差应控制在5mil以内，并根据具体情况进行相应的补偿。通过合理的补偿措施可以确保差分信号的稳定性和可靠性。

电源完整性与信号完整性

USB的输出电流为500mA，因此在设计过程中需要注意VBUS及GND的线宽。如果采用1Oz的铜箔，线宽大于20mil即可满足载流要求。当然，线宽越宽电源的完整性越好。普通USB设备差分线信号线宽及线间距与整板信号线宽及线间距一致即可。然而当USB设备工作速度较高时（如480Mbits/s），仅依靠上述措施可能无法满足信号完整性的要求。此时还需要对差分信号进行阻抗控制以确保高速数字信号的稳定传输。