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4点搞定Type-C接口的PCB可制造性设计优化!

2023-12-08 10:18
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Type-C接口逐渐显现出成为未来主流接口的趋势,连一贯坚持用lighting接口的苹果手机也转向使用Type-C接口。

Type-C接口具有支持正反插、体积更小、传输速度更快、支持更大的功率传输等优点,因此广泛应用于各种电子设备,包括智能手机,笔记本电脑,平板电脑等。今天我们研究研究如何卓越打造USB Type-C接口的PCB设计,提升可制造性!紧跟科技潮流!

1、Type-C引脚的定义与功能

对于Type C,大家最直观的感知应该是:手机充电时直插即可,不用判断正反。这是因为Type C是一组对称的连接器,它共有24个引脚,两边对称分布,各12个引脚。


这些引脚在接口中扮演着不同的角色,以实现各种功能。一般而言,这些引脚可以分为以下几类:

1.电源引脚:用于提供电源供应,通常包括Vbus等引脚,确保设备能够正常接收电源。

2.接地引脚:通常标为GND,用于建立电路的参考电位,提供稳定的电信号环境。

3.数据传输引脚:用于实现数据传输功能,包括USB 2.0、USB 3.0等数据的传输,通常会有多对差分信号引脚,如SSTXp1/SSTXn1等。

4.配置引脚:例如CC1和CC2,这些引脚用于支持正反插入的功能,还可以协商电压和电流。

请注意,具体的引脚定义可能会因为不同厂商、不同设备的设计而略有差异。因此,详细、准确的信息还需要参考厂商提供的技术规格或相关文档。

2、Type-C的PCB设计

设计Type-C接口的原理图时,需要考虑与注意的问题很多。

首先,确定电源供给需求。在设计Type-C接口的原理图时,首先需要根据设备的电源需求来确定接口的电源供给能力。Type-C接口支持较高的功率传输,因此需确保电路能够稳定地提供足够的电流和电压。

其次,要考虑数据传输协议。Type-C接口支持多种数据传输协议,如USB 2.0、USB 3.0等。在原理图设计中,需要确保接口电路兼容这些协议,并保证数据传输的稳定性和速度。

另外,需要控制好信号传输。Type-C接口采用多个引脚用于信号的传输和控制。在原理图设计中,需要合理规划这些引脚的连接方式,确保信号的正确传输,以及信号的控制和保护机制,如过压保护、过流保护和短路保护等。还有电磁兼容性和静电放电同样需要注意,要采取适当的措施,如滤波、屏蔽等,来减少电磁干扰和静电放电对接口信号的影响。


最后,对Type-C接口进行布局布线时,最好遵循以下布局规范:

ESD、共模电感器件的布局:ESD(静电放电保护)器件和共模电感器件应靠近USB Type-C接口放置。推荐的放置顺序为:ESD→共模电感→阻容。为了确保后焊的可行性,ESD器件与USB接口之间应留有1.5mm的间距。

差分信号线的布局:Type-C接口包含RX/TX1-2四组差分信号以及两组D+/D-差分信号,总计六对差分线。差分信号线在布线时,要求至少紧邻一个地平面。两侧都紧邻地平面为最佳布局方式。为确保信号质量,应保证差分线在走线过程中的线间距的一致性。差分线长度应尽量等长。当两根线长度相差较大时,可以通过绘制蛇行线来增加短线长度,以确保信号同步和完整性。

CC1/CC2关键引脚的布局:CC1/CC2是两个关键引脚,它们的作用包括:探测连接,区分正反面,区分DFP(下行端口)和UFP(上行端口),以及主从配置Vbus。在走线时,由于它们的重要性,应对这两个引脚进行加粗处理,以确保其稳定性和可靠性。


3、Type-C的可制造性优化设计

本文重点来了!

为了确保Type-C接口的可制造性和生产效率,需要对Type-C接口的可制造性设计进行优化,4点优化建议如下:

1、焊盘设计的优化:

对于贴片焊盘,设计应精确地满足目标器件脚位的长、宽和间距的尺寸要求,以确保稳定的焊接效果。对于插件焊盘,引脚孔的大小是关键。孔径过大可能导致插件松动,而孔径过小则可能使插件难以插入。建议根据目标器件的引脚尺寸确定合适的孔径。

2、阻抗叠层设计的考虑:

为了减少信号传输过程中的损耗和干扰,阻抗叠层设计是关键。电路板的设计师需要合理地选择线路板的层数、阻抗线宽线距和介质厚度,以确保满足阻抗的要求值。这样的设计能够确保信号的稳定性和完整性。

3、线宽、线距设计的成本与生产效率考量:

在设计Type-C接口的线宽和线距时,除了满足电气性能外,还需要考虑到制造成本、维护成本、生产效率以及产品的良品率。过细的线宽可能增加生产难度和成本,而适当的线宽和线距可以提高生产效率并降低不良品率。

4、提前检查设计文件,避免可制造性问题:

华秋DFM是一款可制造性检查的工艺软件,对于Type-C连接器的PCB可制造性,可以检查最小的线宽、线距,焊盘的大小,阻焊桥以及是否漏引脚孔。可以提前预防Type-C连接器的PCB是否存在可制造性问题。


结语:

综上所述,Type-C接口的PCB设计要关注电源、数据、控制及电磁兼容,因此合理布局是关键!同时需要优化焊盘、阻抗和线宽提高可制造性。对此,我们可以借助先进软件来提高我们PCB设计与可制造性优化的效率,比如华秋DFM,进而使后续产品生产的效率与良品率得到保证。


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