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USB 터미네이션 및 신호 무결성 계산기

USB 2.0 및 USB 3.0의 USB 버스 터미네이션 저항값, 차동 임피던스, 케이블 전파 지연, 신호 상승 시간 및 아이 오프닝을 계산합니다.

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공식

Rterm=Z0;tpd=L/vpropR_term = Z₀; t_pd = L/v_prop
R_term— 터미네이션 저항기 (Ω)
Z₀— 특성 임피던스 (Ω)
t_pd— 전파 지연 (ns)
v_prop— 신호 전파 속도 (~0.2c) (m/s)

작동 방식

이 계산기는 고속 (480Mbps), 슈퍼스피드 (5Gbps) 및 슈퍼스피드+ (10-20Gbps) 데이터 속도에서 신호 무결성에 대한 USB 차동 종단 저항 값을 결정합니다.PCB 설계자와 하드웨어 엔지니어는 이를 사용하여 USB-IF 규정 준수 요구 사항을 충족합니다.USB 2.0 사양 섹션 7.1.2 (범용 직렬 버스 사양 개정 2.0, USB 구현자 포럼) 및 IEC 62680-1-2 (데이터 및 전원을 위한 범용 직렬 버스 인터페이스 — 파트 1-2: 공통 구성 요소 — USB 전력 공급 사양) 에 따라 고속 모드에서는 각 데이터 라인의 접지에 45Ohm 종단의 90옴 (+/ -15%) 차동 임피던스가 필요합니다.USB 3.2 (슈퍼스피드) 는 USB 3.2 사양 섹션 6.5.2에 따라 85옴 차동 임피던스를 지정합니다.적절한 터미네이션을 사용하지 않으면 임피던스 불연속에서의 신호 반사로 인해 아이 다이어그램이 닫힙니다. USB-IF 테스트에서는 눈 높이가 150mV (HS) 또는 100mV (SS) 미만인 장치는 USB-IF 테스트에서 제외됩니다.10cm의 종단되지 않은 USB 3.0 트레이스는 5Gbps에서 아이 클로징을 30% 발휘하지만 적절한 42.5옴 터미네이션 성능은 5% 미만으로 감소합니다.USB 수신기에는 접지 45ohm의 온다이 터미네이션 (ODT) 이 포함되어 있지만 커넥터 인터페이스에서의 임피던스 매칭을 위해서는 외부 직렬 저항 (일반적으로 22-33Ohm) 이 필요합니다.

계산 예제

USB 3.2 Gen 2 (10Gbps) 허브 설계에는 8cm 초고속 트레이스가 있는 4레이어 PCB에 대한 터미네이션 계산이 필요합니다.USB 3.2 사양 섹션 6.5.2.1에 따름: 목표 차동 임피던스 = 85옴 (+/ -15%).트레이스 지오메트리 (1온스 구리, 5밀 트레이스, 8밀 FR4에서의 5밀 공간): 계산된 z_diff = 90옴.직렬 종단 저항: R_시리즈 = (90 - 85)/2 = 라인당 2.5옴.가장 가까운 표준값으로 반올림: 2.7옴 (E96 시리즈).TUSB1002 리드라이버 사용 시 (온다이 터미네이션 42.5옴): 총 터미네이션 = 회선당 접지 대비 42.5옴, USB 3.2 요구 사항과 일치합니다.아이 다이어그램 시뮬레이션은 10Gbps에서 180mV의 눈 높이를 보여 주는데, 이는 80% 마진으로 최소 100mV를 초과한 수치입니다.

실용적인 팁

  • ✓USB-IF PCB 설계 가이드라인에 따라 커넥터 반사를 흡수하도록 USB 커넥터로부터 500밀 (12.7mm) 이내에 22-33옴 계열 종단 저항을 배치하십시오.
  • ✓USB 2.0 고속의 경우 트레이스 임피던스를 90옴 +/ -10% (81-99옴) 이내로 유지하여 USB-IF 컴플라이언스 테스트 아이 마스크를 통과하십시오.
  • ✓초고속 터미네이션에는 0.402 이하의 SMD 저항을 사용하여 기생 인덕턴스를 0.5nH 미만 (5Gbps 이상에서 임계) 으로 최소화합니다.

흔한 실수

  • ✗온다이 터미네이션에만 의존하여 직렬 종단 저항을 완전히 생략하면 고속 및 컴플라이언스 실패에서 15-25% 의 아이 클로저가 발생합니다.
  • ✗초고속 터미네이션을 위한 0805 패키지 저항기 사용 - 1-2nH 기생 인덕턴스로 인해 10Gbps에서 10dB 삽입 손실이 발생합니다.
  • ✗길이가 일치하지 않는 USB 3.x TX 및 RX 쌍을 5mm 불일치로 라우팅하면 50ps의 스큐가 발생하여 30ps USB 3.2 사양 제한을 초과합니다.

자주 묻는 질문

USB 2.0/3.2 사양에 따라 터미네이션은 수신기 아이 다이어그램을 닫는 신호 반사를 방지합니다.480Mbps에서 10% 의 임피던스 불일치로 인해 20mV 반사가 발생합니다. 이는 허용 가능한 수준입니다.10Gbps에서 동일한 불일치로 인해 100ps의 심볼 간 간섭이 발생하여 아이 오프닝이 100mV 컴플라이언스 임계값 미만으로 감소합니다.
USB 2.0: 회선당 접지까지 45옴 (90옴 디퍼런셜).USB 3.x: 회선당 접지까지 42.5옴 (85옴 디퍼런셜).이 값은 호환 트랜시버의 온다이 터미네이션을 통해 제공됩니다.외부 계열 저항 (22-33옴) 은 커넥터 및 트레이스 임피던스 변동을 일치시킵니다.
계산: R_시리즈 = (Z_트레이스 - Z_타겟)/2.90옴을 목표로 하는 100옴 트레이스의 경우: R_시리즈 = 라인당 5옴.1% 허용 오차 저항을 사용하십시오 (USB 3.x의 경우 0402 이하).TDR 측정을 통해 수신기의 총 임피던스가 사양 (USB 2.0의 경우 +/ -15%, USB 3.x의 경우 +/ -15%) 에 속하는지 확인하십시오.

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