2-lagiges USB 2.0-Hochgeschwindigkeitsrouting

Erst einmal:

• Dies ist für ein einmaliges (oder zweifaches) Hobbyprojekt, nichts Ernstes. Wenn dies ein kommerzielles Design wäre, würde ich sofort 4-lagig arbeiten (obwohl ich ein solches Projekt überhaupt nicht entwerfen würde).
• 4-Schicht zu gehen ist nur akzeptabel, wenn es WIRKLICH notwendig ist ; Solche Platinen kosten in diesen Mengen mindestens doppelt so viel, und die 2-Lagen-Leiterplatte kostet immer noch mehr als die Komponenten zusammen.
• Das Ziel ist es, das meist unversehrte USB 2.0-Signal zwischen zwei Anschlüssen (USB-B an USB-A, beide weiblich) weiterzuleiten, nicht mehr; Meine Platine verwendet das Signal nicht wirklich.

(Wenn diese Punkte den Pfosten in ein "zu enges" Gebiet verschieben, können Sie sie ignorieren :-)

Die Frage ist also: Ist dies mit akzeptablen Ergebnissen möglich? Das Hauptziel ist natürlich, eine Hochgeschwindigkeitskommunikation (480 Mbit / s) zu ermöglichen.

Gemäß der USB-Spezifikation sollte das Differentialpaar eine Differentialimpedanz von 90 Ohm und eine charakteristische Impedanz gegen Masse von 30 Ohm haben. USB scheint jedoch einiges an Missbrauch zu tolerieren. In einem SMSC-App-Hinweis (PDF), in dem das zweischichtige USB 2.0-Leiterplattenlayout erläutert wird, wird erwähnt, dass die Impedanz mit einem Ende nicht so kritisch ist wie das Differential und dass ein Bereich von 45 bis 80 Ohm akzeptabel ist.

Die Platinenspezifikationen sind 1 Unze Kupfer mit 63 mil FR-4 dazwischen.
Nach einigen Impedanzrechnern wie diesem (der, sofern ich nichts falsch verstehe, nicht auch die Impedanz mit einem Ende anzeigt) scheint es, dass 50-mil- Spuren mit 10-mil-Abstand eine Differenz von ~ 90 Ohm und ~ 80 ergeben Ohm Z0.
(Diese Werte stammen aus dem Saturn PCB Toolkit-Rechner, der kostenlos ist, jedoch heruntergeladen werden muss.)

Die Spuren würden in der Größenordnung von 3 Zoll lang sein und wahrscheinlich in einer umgedrehten U-Form in die Nähe der Platinenkanten gehen, so dass ich Platz habe, um alles andere (nur Sub-MHz-Signale) zu routen, ohne die Grundebene zu brechen unter den USB-Spuren.

Mir ist natürlich klar, dass das ganze Unterfangen ein bisschen verrückt ist; Aber auch hier handelt es sich um ein Hobby-Board, und es scheint auch von seriösen Unternehmen gemacht worden zu sein.
Highspeed ist mir eigentlich noch ein bisschen unverständlich, aber der Rest des Projekts ist einfach; Ich muss nur dieses Signal über die Leiterplatte leiten und alles andere ist ein Kinderspiel.

Wenn Sie es verpasst haben, lautet die Hauptfrage: Ist dies mit akzeptablen Ergebnissen möglich?
Wenn es bessere 2-Layer-Routing-Methoden gibt (in diesem kurzen Artikel wird beispielsweise koplanares Wellenleiter-Routing für diesen Zweck verwendet), teilen Sie dies bitte mit. Ich kann darüber überhaupt nicht viele Informationen finden (die sowohl detailliert als auch verständlich sind, aber keine Details oder Erwähnungen zu Gleichungen / Taschenrechnern enthalten).

Zusammenfassender Kommentarpfad als Antwort :

Voraussetzung ist ein Leiterplattenlayout für einen Durchgang zwischen USB 2.0 A- und B-Anschlüssen auf einer Leiterplatte. Der Rest der Schaltung auf der Platine interagiert nicht mit dem USB-Signalpfad.

Lösungsvorschlag :

Durch Ändern der physischen Anordnung der beiden Buchsen, um nahe beieinander und nicht wie ursprünglich vorgesehen an gegenüberliegenden Seiten der Platine zu sein, werden die Bedenken hinsichtlich der Länge der Signalspur und des Übertragungseffekts verringert.

Durch Anordnen der beiden Steckverbinder im rechten Winkel zueinander an einer Ecke des Platinenbereichs wird außerdem die Notwendigkeit behoben, zwischen ihnen Platz zu lassen, damit Kabel eingesteckt werden können: Die Kabel würden entlang verschiedener Kanten des Kabels angeschlossen Brett und würde sich nicht berühren.

Dies ermöglicht auch eine Vereinfachung des Routings:

• Die Empfehlung für Signalpfade gleicher Länge wird von Natur aus angesprochen
• Die Anordnung beeinträchtigt den Rest des Leiterplattenlayouts nicht, da sie in einer Ecke ausgeschaltet ist
• Mit der angegebenen kleinen Spurlänge sind Übertragungsleitungs- und Antenneneffekte für USB 2.0-Hochgeschwindigkeitsübertragungen vernachlässigbar

(wie von OP gepostet).

Bedenken, die möglicherweise angegangen werden müssen :

• Physikalische Robustheit der Leiterplatte, um den Belastungen durch wiederholtes Einführen von Kabeln standzuhalten - Eine Befestigungsschraube an der Ecke zwischen den Steckverbindern sollte dies beheben.
• Die effektive Gesamtlänge des USB-Kabels, addiert die A-seitigen und B-seitigen Kabel, kann die maximale USB-Kabellänge überschreiten. Der sehr kurze Leiterplattenabschnitt würde lediglich als Verlängerung des Kabels dienen.
• Kreative Lösungen für das geeignete Verpacken der Platine mit Anschlüssen an der Ecke.