Guía de diseño layout de PCB para USB Type-C

Introducción a USB Type-C

El USB Type-C (USB-C) es un estándar universal de conexión para la conectividad y carga de dispositivos. Como la última evolución de la interfaz USB, el USB-C ofrece varias ventajas, como la orientación reversible del conector, mayores velocidades de transferencia de datos y capacidades de salida de energía. Además, el USB Type-C puede transmitir señales de audio y vídeo, y es compatible con varios accesorios, como monitores, dispositivos de almacenamiento externo y cargadores.

Características de USB Type-C

Orientación reversible del conector: A diferencia de las interfaces USB tradicionales, el USB Type-C puede insertarse en cualquier orientación sin preocuparse por la dirección.

Transferencia de datos de alta velocidad: El USB Type-C soporta velocidades de transferencia de datos más altas, alcanzando las velocidades de USB 3.1 y Thunderbolt 3, lo que permite transferencias rápidas de archivos y reproducción de video de alta calidad.

Salida de energía: El USB Type-C soporta una mayor salida de energía, capaz de cargar dispositivos como laptops, tabletas y otros dispositivos de alto consumo energético.

Versatilidad: El USB Type-C puede transmitir señales de audio y video, y es compatible con varios accesorios, como monitores, dispositivos de almacenamiento externo y cargadores.

Icono de la señal

El conector USB Type-C tiene 24 pines. A continuación se muestran las imágenes de los pines del receptáculo y el conector USB Type-C.

La imagen de Microship

Requisitos de diseño de PCB para la Interfaz USB Type-C

Layout de USB Type-C:

● Los componentes ESD y inductores en modo común deben colocarse cerca de la interfaz Type-C en el siguiente orden: ESD → inductor en modo común → condensador. Mantenga una distancia adecuada desde el conector Type-C para tener en cuenta las situaciones posteriores a la soldadura.

● Los condensadores de acoplamiento para las líneas de señal TX deben colocarse cerca de la interfaz, mientras que los condensadores de acoplamiento para las líneas de señal RX deben situarse en el extremo del dispositivo.

● Reguladores de voltaje: También deben ubicarse lo más cerca posible del conector.

Diseño de enrutamiento (Routing):

Para prevenir la interferencia de señales, se recomienda mantener las líneas de señal diferencial USB de alta velocidad y las líneas de señal digital alejadas de otras trazas. Además, se debe minimizar el uso de vias y esquinas en las líneas de señal USB de alta velocidad, mantener el control de impedancia y prevenir reflexiones de señal.

Se prohíbe el uso de esquinas de enrutamiento de 90°. utilizar en su lugar dos esquinas de 45° o arcos para reducir la reflexión de señal y discontinuidades de impedancia.

Evitar colocar líneas de señal bajo osciladores de cristal, cristales, sintetizadores de reloj, dispositivos magnéticos e ICs multiplicadores de reloj. Evitar stubs cortos, y si son necesarios, asegurarse de que no superen las 200 mils.

Enrutar líneas de señal de alta velocidad en la misma capa siempre que sea posible. Asegurar que el camino de retorno de la pista tenga un plano espejo completo y sin segmentación, preferiblemente seleccionando el plano GND. Evitar que las pistas crucen líneas de segmentación del plano espejo para reducir inductancia y radiación de señal.

CC1 y CC2 son dos pines cruciales con múltiples funciones, incluyendo detección de conexión y extracción del cable, detección de orientación del conector y difusión de corriente. El enrutamiento de estos pines requiere de un enrutado audaz.

El siguiente diagrama ilustra cómo los pines CC1 y CC2 indican la orientación del zócalo/enchufe. En este diagrama, DFP representa Downstream Facing Port (puerto de dirección descendente), que actúa como anfitrión o fuente de energía en la transmisión de datos. UFP representa Upstream Facing Port (puerto de dirección ascendente), que está conectado al anfitrión o dispositivo consumidor de energía.

Enrutamiento de señales diferenciales:

El control de impedancia de las trazas diferenciales de Type-C es de 90 ohmios ±10%. Es esencial mantener la continuidad de la impedancia, asegurar un buen plano de referencia sin cruzar las líneas de segmentación y limitar el número de cambios de capa de señal a no más de 2.

Acortar la longitud de las líneas de señal USB de alta velocidad que corren paralelas a líneas de reloj de alta velocidad y líneas de señal AC, o aumentar el espacio entre ellas para minimizar la diafonía (crosstalk).

Asegurar que el espaciado entre líneas de señal diferencial y otras pistas de señal sea de al menos 50 mils. Adoptar modo de acoplamiento estrecho y determinar el espaciado y anchura específicos de las pistas mediante cálculo por software.

Mantener un espaciamiento consistente y una correspondencia de longitud para las señales diferenciales, con una diferencia máxima de longitud de 200 mils.

CC1 y CC2 son dos pines cruciales con múltiples funciones, incluyendo detección de conexión y desconexión del cable, detección de orientación del zócalo/enchufe y la transmisión de corriente. Se requiere un enrutamiento más amplio (bold routing) al enrutar estos pines.