符合USB 2.0要求并解决实际应用难题.doc

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1、在全球的便携式设备制造商中存在着一种明确的趋势，那就是利用迷你型USB或微型USB连接器来标准化和简化器件的连接。为了节省空间，同时又不影响器件功能性，单个USB连接器必须能够共享多个独立的信号。在许多情况下，为了共享单个端口并显着增强便携式设备功能性，增加一个USB开关是最快捷可靠的方法。端口共享应用包括让单个端口共享专用高速USB控制器和集成式全速控制器，以及使到单个USB端口共享USB、音频和视频信号。(礼品U盘www.giftsusb.com)要选择正确的开关以实现这些目标，需要考虑到的数据表上的参数就不止一两个。在许多情况下，选择某个最适

2、合产品的原因不仅在于它满足眼图符合性要求，还因为它能够简化电路板版图，保护器件免受USB故障的损害，或者是节省电池能量。本文将简要介绍几个实际应用挑战，并解释主要的决策变量，我们涵盖的主题包括：• 获得一致的USB眼图符合性结果• ESD保护功能要求• 符合USB2.0VBUS短路保护要求• 保持低耗电量，延长电池寿命这些信息将有助于设计人员对各种不同的USB开关进行分类拣选，最终选出最适合自身应用的优化解决方案。获得一致的USB眼图符合性结果系统设计人员面对的挑战之一是在应用中比较不同的USB开关时，USB眼图结果不一致。大多数工程师明白到为了获

3、得良好的眼图，需要较低的导通阻抗(RON)和导通电容 (CON)，但这两个指标彼此竞争，要确定二者间的最佳平衡是很困难的。因此，在选择USB开关时，RON和CON之间的权衡十分重要。在大多数情况下，这两个指标呈逆相关，即RON改善，CON就变差，反之亦然。RON和CON之间的权衡在眼图中最容易观察到。图1为眼图示例，图中有一些标记可作为参考点。尽管这个示例显示一个非常干净的眼图，但仍然足以说明RON和CON对眼图符合性的影响。由图可见，RON值较低，信号衰减会相应减小，并导致眼罩和分层眼图间的“净空”更大。由于信号路径上的电容会降低信号的边缘速率，

4、所以在眼图中这表现为上升边缘的斜坡更缓。如果电容太大，眼图变扁，将会向两延伸触及眼罩，而较低的CON也会改进眼图符合性结果。要获得最佳结果，应该选择CON和RON在很低的USB开关，另外，在比较这两个彼此竞争的指标时，相比RON，给予CON优先考虑。 图1举例说明RON和CON对眼图的影响USB规范建议USB数据路径的总电容小于10pF。除了USB开关之外，造成线路电容的因素还有很多，包括USB收发器输出电容、杂散电容和其它共享D+/D-线路的任何组件。除固有的开关特性外，电路板设计和版图也对确定USB眼图符合性起着举足轻重的作用，因为它们各自都会

5、产生一些寄生电容，造成一定的信号衰减。鉴于此，我们强烈建议所有传输高速USB信号并需要满足USB符合性要求的PCB板都遵循高速电路板设计原则。主要原则如下：• USB开关尽可能地靠近USB控制器，这两者又尽可能地靠近USB连接器，始终保持迹线长度最小。而为了获得最佳性能，我们建议从控制器到开关的距离不超过传输电长度的1/4(或18mm)。• 确保每个D+/D-对使用紧密耦合的90欧姆差分控制阻抗迹线(如带状线或微带线)。• 当需要在邻近层上进行差分线对布线时，尽量让迹线呈正交方向。•如果可能，在同一层上的并行差分线对之间放置一个GND带。这样，信号

6、引脚和隔离GND线之间的间距应该如图2所示。 图2 PCB线路间距建议数值• 邻近层上的差分线对按正交方向进行布线。• 高速USB信号线上尽量减少通孔的使用。只在必要时使用通孔。• Vias上的通孔直径最小化，以尽量减少寄生电容。• 确保所有USB传输线长度相同，尽量避免歪斜。• 0.01uF的电源旁路电容尽可能靠近高速USB开关的VCC引脚放置。按照上述电路板版图指南进行设计，可以降低信号反射的机会，增加获得一致的USB眼图符合性数据的可能性。ESD事件保护功能USB开关一般尽量靠近USB连接器，同样也常常是最易受ESD事件影响的器件之一。因此，

7、应该选择具有稳健ESD保护功能的USB开关。在数据表上有好几种不同标准的ESD额定值，而大多数USB开关都有一个基于人体模型(HumanBodyModel,HBM)的ESD额定值，一般使用JEDEC标准来测试。这种额定体系应该视为单个IC实际ESD稳健性的最精确表示。IC组件上出现的第二个额定ESD是IEC系统级规范要求，最初设立是为了对系统能够承受的ESD进行等级划分。不过，IEC额定体系从来不是用来保证具体某个集成电路的，因为即使采用相同的USB开关，实际性能也可能因为系统不同而变化极大。基于这个原因，业界普遍认为8kV的JEDECHBM测试对

8、USB开关这类可能是放电路径上第一个器件的产品已经足够。另一个要点是，虽然USB开关保证ESD保护功能的级别，但它们通常只