Problemas con el diseño de PCB para conexiones USB3

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Estoy luchando para que una conexión USB3 funcione. La PCB necesita dos receptáculos hembra USB3-A, para jugar una especie de rol de "hombre en el medio".

No puedo proporcionar muchos detalles, ya que es parte de un proyecto de investigación en curso, sin embargo, reducí el problema a un PCB mínimo que realmente fabricamos (como prueba de depuración). Aquí está el diseño, diseñado con gEDA PCB:

Lastrazasfinassonde12mildeancho,lastrazasVBUSyGNDgruesassonde35mildeancho.Lasconexionesdeorificiopasanteparalospasadoresdelosreceptáculostienenundiámetrodeorificiode28mil(menoselgrosordelaplaca)yundiámetrodelaalmohadillade43mil.

LaideaesquemeconectedesdelaPCaestaplacaconuncabledeextensiónmacho-macho,yluegoconecteeldispositivodesdeelotroreceptáculoenestaplaca(usandoelmismocablequeusaríaparaconectareldispositivodirectamentedesdelaORDENADORPERSONAL).Elreceptáculoqueuséesel Amphenol 10117835-002LF .

La placa se fabricó con material de "Alta frecuencia", con un grosor de 1 mm (la opción "PCB avanzada" en Seeed Studio). Sin embargo, un detalle es que no fabricé con control de impedancia (ni hice ningún cálculo de impedancias de traza, por un lado, no pensé que fuera necesario, en este momento en el tiempo ” No estoy seguro de que sea así y, por otro lado, las especificaciones del receptáculo no incluyen la impedancia característica).

El problema que tengo es: funciona intermitentemente; o tal vez debería decir de forma poco fiable . Estoy probando con un analizador lógico USB3 que tenemos, y parece que uno funciona bien (configuro la captura a la tasa más alta que admite el dispositivo, y la captura, sin reportar ningún error). Sin embargo, lo intento con una cámara USB3, y esa funciona algunas veces, reporta errores algunas veces, la cámara se congela de vez en cuando, etc.

¿Alguna idea sobre lo que hice mal (específicamente, cosas que podrían explicar la falta de fiabilidad), o sugerencias para que funcione de manera más confiable?

    
pregunta Cal-linux

2 respuestas

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Hay algunas cosas a considerar:

  1. "un cable de extensión macho-macho" es una construcción ilegal desde el punto de vista estándar de USB. Como tales, estos cables no se pueden certificar oficialmente en un laboratorio calificado, y quienquiera que haya fabricado ese cable en una fábrica de talleres en China no tiene idea de lo que está haciendo, ni del equipo adecuado para probar nada. Por lo tanto, la calidad de transmisión general de este cable es el principal sospechoso. Este es un factor # 1.

  2. Su placa es esencialmente un convertidor "hembra-hembra", que le permite volver a configurar su cable de extensión macho-macho en la extensión "macho-hembra" (que también está en contra de las especificaciones USB de BTW). De esta manera, ha introducido un conector de acoplamiento más en el enlace. La razón por la que los extensores están excluidos de las especificaciones USB es que introducen conectores adicionales y, como se señaló en esta pregunta SE EE , es físicamente difícil mantener una buena impedancia diferencial uniforme a través de conexiones no coaxiales. Estas imperfecciones pueden tener una forma casi arbitraria y no pueden corregirse en los receptores USB 3.x, a diferencia de las pérdidas del cable plano. Cualquier falta de homogeneidad de impedancia a lo largo del canal introduce reflexiones que, combinadas juntas (también conocidas como "interferencia entre símbolos") causan temblores horribles, y los circuitos de recuperación de datos de reloj USB no pueden tolerar / adaptarse a esto. Lo malo de su cable combinado es que tiene dos pares adicionales de conectores de acoplamiento, que probablemente rompen cualquier calidad esperada del canal, incluso si sus trazas / almohadillas están diseñadas de la mejor manera posible.

  3. Algunos analizadores lógicos USB 3.x están diseñados con repetidores activos, para detectar el tráfico y ramificarlo para su registro y análisis. Como tales, pueden reconfigurar y reordenar la señal, y es por eso que podría "funcionar" de manera un poco más confiable.

  4. Los cables USB 3.0 no tienen un límite formal sobre el tiempo que pueden durar, siempre que sus características de pérdida no excedan las especificaciones, por lo que las capacidades de los receptores USB para "igualar" (adaptarse a) las pérdidas durante el entrenamiento del canal no son excedido. Por lo tanto, el cable puede ser tan largo como pueda reducir sus pérdidas (lo que cuesta). Sin embargo, la práctica demuestra que la mayoría de los cables A-B estándar no pueden cumplir con los requisitos de calidad (pérdida de inserción, límites de interferencia lejanos y cercanos) si son más largos que 2 m. Si se usan micro conectores, la opinión colectiva del consorcio USB-IF determinó que el cable de más de 1 m no vale la pena considerar, usar y probar. Y nuevamente, todas estas consideraciones no se aplican a los extensores, ya que introducen imperfecciones que no pueden ser modeladas universalmente y, por lo tanto, el algoritmo de corrección común es imposible.

  5. No todos los dispositivos USB y hosts se hacen iguales, particularmente en el sentido de que sus receptores pueden igualar las pérdidas de canal y cuán tolerantes son a la fluctuación de señal acumulada. Un certificado de conformidad con USB-IF es un buen comienzo para estar algo seguro de que el enlace funcionará de manera confiable. Si alguno de los componentes en el enlace no cuenta con la certificación USB-IF, existe la posibilidad de que no cumplan con los requisitos de USB y no puedan proporcionar una comunicación confiable, aunque sí se producen excepciones. Esto incluye su "una cámara USB 3.0".

Por lo tanto, no debería sorprenderte que tu doble conexión USB solo funcione de manera intermitente. Debes tener suerte de que funcione.

Para que funcione de manera confiable, debe excluir cualquier extensor, o, al menos, usar extensores naturales macho-hembra, hay algunos de buena calidad. Sin embargo, nunca lo sabrá a menos que tenga un TDR diferencial (Reflectómetro de dominio de tiempo) costoso o un analizador de red para probar la calidad de su canal. Si le preocupa una distancia, debe usar extensores "activos" basados en una nueva clase de dispositivos USB llamados "Repetidores-retimers ".

    
respondido por el Ale..chenski
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El diseño se ve mal.

Mirando el pin inferior del conector 1 (fila inferior, posición izquierda), el rastro rojo va a su equivalente en el conector superior.

Ahora mire los dos pines directamente arriba, la fila superior 1 y 2. Estos serían StdA_SSRX− y StdA_SSRX +. Estos se conectan a los pines debajo de la traza de color beige. Espero que se dirijan al par debajo de la traza roja en el conector superior.

Estos parecen conectarse a StdA_SSTX- y StdA_SSTX +, ¿tienes TR y Rx conectados incorrectamente aquí?

    
respondido por el Captain Barnacles

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