¿El conector USB hace algo especial como la coincidencia de impedancia o es solo una forma de conectar dos dispositivos entre sí?

Los conectores USB 1 y 2 A / B son solo conectores, no hay magia especial dentro de ellos. Los conectores USB 3 A / B también son solo conectores, pero están alcanzando velocidades en las que el control de los parásitos en el conector, el mantenimiento de la impedancia característica, etc., se vuelve realmente importante.

Siempre que se mantengan las impedancias correctas, ir directamente de un chip a otro debería estar bien. Incluso si no tiene una interfaz de "velocidad completa", seguramente funcionará.

Los conectores USB C pueden tener cierta inteligencia en el interior, pero en general están relacionados con las cosas de "entrega de energía".

Sí, es posible conectar un host y un dispositivo en la misma PCB simplemente ejecutando un par diferencial de la impedancia apropiada entre ellos. En la práctica, puede evitar algunos desajustes, por lo que puede hacer esto en FR4 sin ningún problema, incluso sin requerir una fabricación especial de impedancia controlada. Muchas computadoras integradas o portátiles hacen esto.

Nunca he tenido ninguna dificultad con USB 2.0 de alta velocidad (480 Mbps) simplemente siguiendo las prácticas básicas de diseño de alta velocidad; USB 3.0 requeriría más cuidado y, probablemente, simulación.

La conexión de dispositivos USB con microprocesadores host en la misma placa sin ningún conector intermedio se denomina "USB incorporado". Muchas computadoras portátiles y de escritorio incorporan dispositivos USB integrados. En cierto sentido, la integridad de la señal puede ser incluso mejor, suponiendo que las trazas diferenciales del HS se implementen con una impedancia de 90 ohmios, ya que cualquier conector siempre es una desviación de la traza de PCB y, por lo tanto, se introduce una discrepancia de impedancia.

Sin embargo, hay una advertencia que con frecuencia se pasa por alto. El protocolo de conexión USB normal implica la detección de VBUS en el lado de la conexión del dispositivo, lo que solicita al dispositivo que inicie el protocolo de "conexión" tirando de la línea D + (o D- en el caso del dispositivo LS) DESPUÉS de que se reciba el VBUS (después de conectar el cable). El problema es que en el diseño integrado, se asume que el VBUS (y la alimentación del dispositivo) está siempre encendido, lo que hace que los dispositivos USB confirmen el evento de conexión (pull-up) ANTES de que el host se encienda, se inicie, el controlador USB esté configurado y el software USB La pila se carga haciendo que el host esté listo para comunicarse. En muchos hardware de host heredados, esta afirmación prematura de estado de conexión puede interrumpir la funcionalidad normal de configuración del host, y es probable que se requieran soluciones de software adicionales. Puede funcionar, pero en algunos ciclos de encendido, la conexión USB integrada puede fallar.

Si un diseñador no quiere sorpresas de encendido, el host debe implementar una línea GPIO adicional (análoga a VBUS) que mantendría a los dispositivos USB incorporados en estado desconectado hasta que el host se inicie y esté listo para comunicarse a través de USB. O use ese GPIO adicional para encender los chips USB integrados solo después de que la pila USB del host esté lista.

Creo que tener un buen cable y conectores adecuados, en la mayoría de los casos, es una cuestión de minimizar la pérdida y la degradación de la señal cuando su aplicación le REQUIERE que transfiera una señal a una distancia.

Lo más corto suele ser mejor.

Dudo mucho que el cable proporcione alguna función esencial más allá de transferir las señales del punto A al punto B con la menor degradación posible. Dicho esto, observo que numerosos comentarios expresan inquietudes sobre el USB 3.0, por lo que espero que haya otras consideraciones si se implementa.