Esta nota de aplicación analiza las consideraciones de diseño de PCB para la familia de dispositivos controladores de concentradores de Microchip, incluidos USB57x4, USB553x, USB25xx y USB46xx. Esto es ampliamente aplicable a las implementaciones de dispositivos USB 2.0 y USB 3.1 Gen 1 de Microchip.
audiencia
Esta nota de aplicación está escrita para lectores que están familiarizados con el diseño de PCB, incluidos los conceptos de implementación de integridad de señal, señalización diferencial y gestión térmica.
el propósito
El objetivo de este documento es proporcionar información de implementación aplicable específicamente a los diseños de PCB que utilizan las familias de dispositivos controladores de concentradores USB57x4, USB553x, USB25xx y USB46xx de Microchip. La implementación cuidadosa de estas pautas asegurará un diseño exitoso.
descripción general
El funcionamiento adecuado de los controladores de concentradores USB de Microchip requiere una consideración especial en el diseño de la placa de circuito impreso (PCB). Todos los controladores Microchip Hub contienen una combinación de circuitos analógicos sensibles, lógica de núcleo digital y circuitos de E/S de alta velocidad. El diseño de la PCB es parte del sistema de circuitos de todos estos subsistemas y puede mejorar o degradar la operación deseada.
Se cubren problemas comunes como la colocación y el apilamiento. Además, se cubren problemas de subsistemas como la señalización/impedancia USB 2.0/3.1 Gen 1, conexiones de cristal y otros circuitos críticos. También se cubren el control de EMI, la distribución de energía del sistema y la gestión de la ruta de retorno de la señal.
Las pautas proporcionadas reemplazan los avisos anteriores para los dispositivos aplicables. Las siguientes recomendaciones se basan en la experiencia y el conocimiento de Microchip y pueden aceptarse o rechazarse. Microchip no garantiza ningún diseño. Cada empresa es la responsable última de determinar la idoneidad de sus diseños.
Chasis y cable a tierra
Un dispositivo concentrador USB se puede implementar de las siguientes maneras:
- Integrado en el controlador de host
- Integrado con una combinación de dispositivos integrados y puertos accesibles para el usuario y puertos inaccesibles
- Integrado con una combinación de hosts, dispositivos integrados en puertos inaccesibles y puertos accesibles para el usuario
- concentrador independiente
Cada uno de estos detalles de implementación puede afectar la mejor manera de conectar el chasis y el blindaje del cable USB a tierra digital. La mejor forma de realizar estas conexiones depende de los detalles del sistema de su diseño. Consulte los numerosos documentos de referencia y libros blancos sobre este tema disponibles en Internet. En particular, mire los publicados por miembros del consorcio USB y proveedores de placas base y dispositivos habilitados para USB.
Microchip ha observado un comportamiento positivo de EMI y ESD en diseños independientes cuando el blindaje del cable USB está conectado a tierra digital con una red RC (resistencia de 330 Ω y condensador de 0,1 µF en paralelo) en cada conector USB.
Reguladores de potencia VDD12 y VDD33
La familia de concentradores USB57x4 y USB553x utiliza dos voltajes de suministro externo, VDD12 de 1,25 V y VDD33 de 3,3 V.
El riel VDD12 se usa para funciones digitales centrales y USB 3.1 Gen 1 PHY. La corriente VDD12 consumida por los dispositivos concentradores varía mucho. Cuando el dispositivo está en estado de “suspensión”, consume muy poca corriente. Consume la corriente máxima cuando todas las interfaces USB 3.1 Gen 1 SuperSpeed están activas. El regulador seleccionado debe ser estable, de bajo ruido y preciso en todo el rango de potencia.
El riel VDD33 en dispositivos USB57x4 y USB553x es utilizado por PLL y otros circuitos. Además, los dispositivos USB25xx derivan su núcleo y otros rieles de VDD33. Por lo tanto, la fuente de alimentación del VDD33 debe estar muy limpia. El ruido en VDD33 debe filtrarse antes de que lo reciba el dispositivo concentrador. Algunos sistemas requieren menos de 5 mV de ondulación en VDD33 en los pines del dispositivo concentrador para aprobar la certificación SSC para el conjunto de pruebas USB 3.1 Gen 1. Los reguladores de conmutación son una fuente común de ruido VDD33.