オン・セミコンダクターの
SuperSpeed USB 3.1スイッチ
・ファミリのPCB
はじめに
USB Type−C
のは、からデスクトップ、さらにはそれよりのにるまでい プラットフォームにおいて、
USB3.1
データ・レート のがするきっかけとなりました。Type−C
の は、なインタフェースのために、 々なを じるでしょう。 High Speed USB2.0
は、USB
ア イ・コンプライアンスに"しようとする#$メーカーに'して、(くのシステムの を+しました。データ・レートが 10
,あるいは20
,にも-すると、HS
で.きこされたより もはるかに/0な1が するでしょう。これら のシステムのPCB
トレースは、234のインピーダ ンス78がとなる9:な;として<わ なければなりません。デバイス>で?のシステムに@をぼすABがあるCD34やEなFGを
ぐために、これらのをAなりHなも
のにするためのIJのKLがMです。Hな;をNするパラメータは、P
､QFR､ワイヤレスU に!"するVWXY
の1など、?の(くのZYを[#しなければなら ないシステム$にとって<いにくいものです。また、システムの\]を%う^の_&'(が、
WX)の78U において`aでないABが
あります。SuperSpeed
bはシステムのレイアウト cdeにfg*をくするMがあります。+h、これはコネクタやフレックス・ケーブルで PCB
をmnしないP,かつ`aに78された;をoし、!"Pを-にp.させて
することによって%います。これらのルールにqわ ない"、リドライバやリクロッキング・デバイス などの/wbがMになることがあり、システム のコストがxwしydが01になります。High Speed USB
には、WXYに2zするMがあるCDは
DP
とDM
の2
つしかありません。1
ペアだ けなので、PCB Pおよびトレースの／は
|4}~です。
SuperSpeed
には、インタフェース の+CとType−C
コネクタのA5Bのために4
ペ アのCDがあります。これに5
ピンではなく24
ピン に'するコネクタ・フットプリントが/wされま す。このようなコネクタ・パッド:では、ボード$はこれらの SuperSpeed
ペアを6みレイヤ でして、?のPの/wや?のトレースのをb7しなければなりません。これには;に ビアをoするMがありますが、ビアにより にE"8Bが じます それの(くのケースで
ースをできたはずです
)
。E`aなインピーダン ス78にする による@をえるために、(くの;<とルールがあります。E`aなイン ピーダンス78の による@をえるために
できる、(くの;<とルールがあります。
この=ではこれらのをいくつか>していま す。
WXシステムにおける;のP,に@を
ぼす9なパラメータの?をに@します。1. PCB
・WX
PCB
yAには 々なBCがありま す。なFR4
は、Dの(くのEシ ステムにIなです。どの に とってもコストがなFなので、GA$は PCB
のアップグレードにはで あり、B Jのために?のを¡Hする でしょう。2.
・78されたインピーダンスを+¢でき る;yAには(くのスタイルがありま す。yAのBは、ボードのスタックアッ プ、スペースのIきJ£、または
EMI !"の 2z<によって¤nすることができます。
+h、これらのなトレースはK¥ルータ
ではされず、¦¥で%うことができま す。3.
トレース・トレースのはLに、Pのパッドのサ イズが©z/くMされたトレースとNな るときに、インピーダンス78でª«を¬た すことができます。ときによっては、p8す るデバイス・パッドの.くでトレースのサ イズをOすることが®Pです。QE¯°の
±によって7Rされるため、これが²Sな
"があります。
4.
レイヤのとビア・;では、!"するビアyAがイ
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APPLICATION NOTE
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め、スタックアップがになる"があり ます。スルービアに!"する;スタブ を7ける¦があります。
5.
トレース・`aに78された;でさえも、トレ ースの}T、インダクタンス、および³´に
!"する 34が じます。これは FR4
な どの34のきいµ¶をoする"にはU にそうです。SuperSpeed
に!"するPは、これらの34をI#にえるために·
¸にしなければなりません。
6.
コネクタ・·Vコネクタやインピーダンスが78され たコネクタでもE"8Bがあるので、Aで あればb7すべきです。モバイル・システム では、これらは+hはPのにKW:を ºたせるために、フレックス・ケーブル・ア センブリとペアになっています。
7.
をけやすい$・¼ましくないクロストークやFGを7ける
ために、
SuperSpeed
;は?の@を½けやすいbからシールドするMがありま す。これはモバイル・システムでは²S な"があります。
PCB
レイアウトに!しては(くの¾¿がÀて おり、ボードのプロセスにªXつツールも(く ÂÃします。ÄAなIもµÅなツールは、PCB
トレース・インピーダンスMツールです。(くのMツールがYÆされておりオンラインでZ Èできます
｡ここでは Polar Instruments \の ｢ Polar Instruments Si8000 Quick Solver ｣というGPをoし
ます。このGPは、ボードのスタックアップ、トレ ースÉJ、ボードにµづいて、インピーダンス に!するなÊËを+¢します。また、(くのLなトレースyAをÌえており、ÍzにBでき
るためどのようなアプリケーションにも"しま す。Figure 1. Pi8000 Basic Menu
_のように、(くの`aのyAがあり、bにじてBできます。Ïに@す
2
つは、Lにモ バイル・デバイスのPCB
の ¥ルートにoされて います。どちらをBするかは、:や?のシ ステムに!"する1によって¤nします。ブロードサイドc"アプローチは、 ¥トレースd を}~にeºできるので
(
が?のにある)
、¦¥ルーティングではѬです。によって は、スタックアップやレイヤがÄできないために
エッジc"がしている"もあります。プログラ ムのメイン・メニューには、;yAに!する
fgデータ (
|QEhe r
をÖむ)
をÈLするためのÈL ボックスが(Yあります。|QEhはPCB
の@を½け、LにはGA$にじて 4.2
〜4.5
の×をºつ
FR4
です。これらのZYをOして、دなbのニーズに"わせて 々なÙでNiする
ことができます。Figure 2. Boardside Coupled Approach
Figure 3. Edge Coupled Approach
インピーダンス78のための/wノイズajオプ ションやÛÜÉJオプションのために、_Ýに@
すようにグランドをコプレーナßXàでyAに Öめることができます。yAのBは、すなわち られたスタックアップJ£でどれだけのインピーダ ンスをeºできるかということになります。(くの システムで、
PCB
には(áyAがMですが、â¯な°さがU]のさ (
Ýえば、Ekなど)
をl えることはできません。トレースのまたはÏにMなãaな°さをmäするために、トレース、Q E¯の°さ、またはnpáのoåæçによって、
トレードオフをèらなければならないこともありま す
(2B2A
のÝをéê)
。Figure 5. Strips 2B2A Example
SuperSpeed USB
の"、Bした;yAは ¥c"されています。ボードのスタックアップ、QE¯の°さ、およびグランドとyAの!"Bにµ
づいて、このyAには(くのÉëがÂÃします。¥トレースyAの"、 ¥ペアのìトレースが
·インピーダンスと·トレースdをeºするこ とがEAíです。トレースîのZïやトレースと
npするCDとのpðcもCD;qでの
な;<です。のUSB−IF
に!するèもéêして ください。Figure 6. Bending Rules
www.onsemi.jp 4 Figure 8. Serpentine Routing Routine
システムにおけるもう 1
つのなF は、システムでのr}34を'ることです。USB3.1
の"、USB−IF
はUSB3.1
チャネルでòóできる3 4Tをs]しています。Ïのèは、システムに!する
USB−IF
のプレゼンテーションから.したものです。
Figure 9. USB−IF Specific Channel Lesses (23 dB Reference Channel Loss, Symmetric)
これらのケースでは、34TはCõCDIC
のピ ンから、ボードPCB
トレース、ビア、コネクタなど をWして、·じPCB
、コネクタtをoする½C õデバイスへのケーブルまでのuöでs]され ます。これらの34Tは、Ivシステムでのの¥cを¤nするためのボード・シミュレーション、
またはNwのó]のøなùでなければなりませ ん。
Figure 10. PCB: Via Stub Discontinuity
Figure 10
に@すように、ビアのNxは、;のE"8Tに 々な@をúえるABがあり
ます。_のにwえて、ûのアプローチとして ブラインド・ビアがあります。ブラインド・ビアで はp8されているレイヤを+るだけで、ボードâ¯の°さをy+することはありません。このでは スタブは じません。
Figure 11. Method Producing No Stub Board Thickness Blind Via (no stub)
システムのもうつのなüý<がクロ
ストークです。.z(NEXT)
と{z(FEXT)
のìで､クロストークの2çにしたがあります。
Ïのèは、レイアウトUのѬ
/
Äþを@してい ます。Figure 12. Packages: NEXT Mitigation in Main Route
Figure 13. PCB Further FEXT Mitigation
in Main Route
アプリケーション
•
?スマートフォン•
?タブレット•
?ノートブック•
?ハード・ドライブ•
?パワーバンク•
?ルータ•
?フラッシュサポートされるプロトコル
•
?USB 3.1 SuperSpeed (Gen 2), 10 Gbps
•
?PCI Express, Gen 3
•
?SATA
•
?Fibre Channel
•
?Display Port 1.3
*+,-
[1] USB 3.1 Developer Days Seminar Day 1 20140915.pdf [2] USB 3.1 Developer Days Seminar Day 2 MECH 20140916.pdf [3] Polar Instruments Si8000 Quick Solver
./0123
• http://www.onsemi.com/PowerSolutions/parametrics.do?id=17642
• http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=FUSB340
ON SemiconductorびON SemiconductorのロゴはON SemiconductorというをうSemiconductor Components Industries, LLC しくはその のび/またはの におけるです。ON Semiconductorは、、、トレードシークレット()との に!する"を# します。ON Semiconductorの$%/ の&'!(リストについては、*+のリンクからご-いただけます。www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. ON Semiconductorは./なしで、0123の$%の45を 6うことがあります。ON Semiconductorは、いかなる7の8での$%の&9:について#;しておらず、また、お<=の$%において>?の@'や'からAじたBC、
に、DE、FE、GHなIJなどKLのIJに!して、いかなるBCもMうことはできません。お<=は、ON SemiconductorによってNOされたサポートやアプリケー ションSTのUVにかかわらず、すべてのWX、YZ、[\:の]^あるいは_の`aをbむ、ON Semiconductor$%を'したお<=の$%とアプリケーションについてK LのBCをMうものとします。ON Semiconductorデータシートやd=1にeされるfg:のある「_」パラメータは、アプリケーションによってはkなることもあり、lm の:gもnFのopにより4qするfg:があります。「_」パラメータをbむすべてのrパラメータは、ご'になるアプリケーションに@じて、お<=のstuvw においてxyz;されるようお{い|します。ON Semiconductorは、そのやそのの"の+、いかなるライセンスも}しません。ON Semiconductor$%は、A~
や、いかなるFDA (% %)クラス3の、FDAがしないにおいてKもしくはのものとyされる、あるいは、へのを!(
としたにおける]%などへの'をしたはされておらず、また、これらを'!(としておりません。お<=が、このようなされたものではない、fさ れていないアプリケーション'にON Semiconductor$%をまたは'した9、たとえ、ON Semiconductorがその%のまたは$にしてp があったと¡¢され たとしても、そのようなせぬ'、また£fの'に¤した¥¦§から、DE、¨はFEにAじるすべてのクレーム、ª'、IJ、oª、および«¬®などを、
お<=のBCにおいて¯°をお{いいたします。また、ON Semiconductorとその±²、³²、 、¤ 、´µ¶に!して、いかなるIJも·えないものとします。
ON Semiconductorは¸' ¹§/º»¼½¸'¡です。この¾®は&'されるあらゆるWの!(となっており、いかなる¿WによってもÀÁすることはできません。
