USB-telakan piirilevyjen suunnittelu ja valmistus keskittimeen perustuvaa laajennusta varten

USB-keskitin laajentaa ensisijaisesti USB-dataportteja. USB-telakointiasema lisää yleensä muita hyödyllisiä liitäntöjä keskittimen arkkitehtuurin ympärille. USB-C-monitoimitelakointiasema voi lisäksi käyttää Type-C-ominaisuuksia, kuten DisplayPort Alt Modea tai Power Deliveryä, jos sen ohjaimet ja ylävirran isäntä tukevat niitä.

USB-keskitin laajentaa yhden USB-liitännän useiksi USB-porteiksi; USB-telakointiasema lisää tyypillisesti muita toimintoja, kuten Ethernetin, näyttöliitännät tai kortinlukijat; USB-C-monitoimitelakointiasema voi käyttää myös vaihtoehtoisia tiloja ja virransyöttöä. Nämä kategoriat ovat päällekkäisiä markkinoilla, joten piirilevyartikkelissa on määriteltävä kohdearkkitehtuuri ennen valmistuksen käsittelyä. Muuten on olemassa riski, että näyttö- tai lataustoiminnot liitetään tuotteisiin, jotka toteuttavat vain USB-dataa.

Tehtaalla tästä määritelmästä tulee porttikartta ja lohkokaavio. Se tunnistaa ylävirran liitännän, keskittimien tasot, alavirran portit, valinnaiset sillat ja tehonsyöttöroolit. Nämä tiedot ohjaavat ohjaimen ohjelmointia, osaluetteloiden täyttämistä ja toiminnallisia testejä. Hyvin jäsennellyn tarjouspyynnön tulisi siksi sisältää se Gerber- ja osaluettelotiedostojen rinnalla sen sijaan, että kokoonpanijan odotettaisiin rekonstruoivan toiminnallisuuden liittimien jalanjäljistä.

Ylävirran liitäntä ja keskittimen ohjain määrittävät käytettävissä olevan USB-datapolun. USB 2.0- ja USB 3.x -signaloinnilla on erilaiset reititys- ja testausvaatimukset, ja tuote saattaa tukea useampaa kuin yhtä sukupolvea taaksepäin yhteensopivuuden takaamiseksi.

Ylävirran USB-polku määrittää datakapasiteetin, jonka muu keskitin voi jakaa. Keskittimen ohjaimen valinnan, kiteen/kellotuksen, EEPROM- tai laiteohjelmiston konfiguroinnin, nollausjärjestyksen ja alavirran porttikartoituksen on kaikkien vastattava julkaistua suunnittelua. USB 2.0- ja SuperSpeed-polut voivat esiintyä rinnakkain, mutta niillä on hyvin erilaiset reititysvaatimukset, joten niitä ei pitäisi käsitellä yhtenä yleisenä "USB-signaalina".

Ohjaimen MPN, referenssikellotus, EEPROM/laiteohjelmiston konfigurointi ja alavirran porttikartoitus tulisi olla versiokohtaisia. Korvaava keskitinohjain ei ole ostopäätös, jos se muuttaa laiteohjelmistoa, kaistan allokointia, virrankulutuskäyttäytymistä tai ajurien yhteensopivuutta.

Valmistuksen on myös säilytettävä keskittimen ja ohjaimen välisten hihnan vastukset, konfigurointimuisti ja hyväksytyt kello-osat, koska pienetkin osaluettelon muutokset voivat muuttaa luettelointia tai porttien toimintaa. Ensimmäisen artikkelin koonnin aikana varmista laitteen identiteetti ja porttikartoitus ennen varsinaista tuotantoa. Tämä havaitsee konfigurointivirheet ennen linjan lopputestausta, jossa piirilevy saattaa luetteloida, mutta näyttää väärän määrän tai tyypin portteja.

Keskittimen topologia vaikuttaa myös kaistanleveyden jakamiseen ja porttien toimintaan. Kaskadoidut keskittimen vaiheet, sisäiset siltalaitteet ja tapahtumakääntäjät voivat luoda riippuvuuksia, jotka ovat näkymättömiä pelkästään liittimien lukumäärän perusteella. Tehtaan ei tarvitse suunnitella kyseistä topologiaa uudelleen, mutta sen tulisi varmistaa, että julkaistuun porttikarttaan on ladattu oikea ohjainpopulaatio ja kokoonpano ennen linjan lopputestausta.

USB-C-tuotteissa piirilevy voi sisältää Type-C/CC- tai PD-säätö, suunnan multipleksointi ja nopea kaistan reititys. DisplayPort Alt Mode käyttää uudelleen Type-C:n nopeat kaistat DisplayPortille, kun sitä tuetaan; USB PD neuvottelee virransyötöstä itsenäisesti.

USB-C-liitäntä voi tukea vain perus-USB-dataa tai huomattavasti monipuolisempaa roolien yhdistelmää. DisplayPort Alt Mode, USB Power Delivery ja nopeammat USB/USB4-toiminnot riippuvat ohjaimen ominaisuuksista ja järjestelmän suunnittelusta. Artikkelissa tulisi siksi käyttää ehdollista kieltä ja vaatia projektin porttiroolien määritelmää sen sijaan, että nämä ominaisuudet esitettäisiin USB-C:n luontaisina ominaisuuksina.

Koska nämä ominaisuudet ovat valinnaisia, valmistuspakkauksessa tulee ilmoittaa, onko ylävirran portti vain dataa varten, tukeeko se Alt-tilaa, hyväksyykö vai syöttääkö se PD-virtaa ja millä alavirran Type-C-porteilla on mitkäkin roolit. Pelkät porttitunnisteet eivät riitä tuotantomääritelmäksi.

Jos Alt Mode tai PD on mukana, piirilevy voi lisätä CC/PD-ohjauksen, kaistamuksauksen, signaalinmuokkauksen ja suojatut suurvirtareitit. Laiteohjelmistosta ja hyväksytyistä signaalireittikomponenteista tulee osa validoitua kokoonpanoa. Tehdastestien tulisi varmistaa asiakkaan määrittelemät neuvotellut tilat, kun taas vaatimustenmukaisuus-/sertifiointitestaus pysyy erillään rutiininomaisista piirilevyn toiminnallisista tarkastuksista.

USB SuperSpeed ​​-kaistat ovat herkkiä impedanssi, epäjatkuvuudet ja paluureitin laatuLiittimien käynnistykset, ESD-kytkimet, mahdolliset yhteismuotoiset komponentit, läpiviennit ja kerrossiirtymät vaikuttavat kaikki kanavaan.

SuperSpeed ​​USB -reititys on herkkä impedanssin epäjatkuvuuksille, pätkille ja suojauskomponenttien loiskapasitanssille. Liittimen laukaisu, ESD-suoja, mahdollinen yhteismuotoinen kuristin, kentän ja ohjaimen haaroitusliitännän kautta vaikuttavat kaikki kanavaan. Valmistajan tulisi työskennellä julkaistujen pino-up- ja ohjatun verkon vaatimusten mukaisesti sen sijaan, että impedanssia käsiteltäisiin lopullisena kuponkimittauksena.

Levypaja voi valmistaa impedanssisäädeltyjä levyjä ja tarkistaa suurnopeuspiirilevyjen vaatimukset asiakkaan pinoa vasten. ESD-suojaus tulee sijoittaa ja koota julkaistun suunnitelman mukaisesti; liiallisen kapasitanssin lisääminen hyväksymättömällä korvaavalla aineella voi vaikuttaa suurnopeuskatteisiin.

• Säilytä differentiaaliparien geometria ja referenssitasot.
• Minimoi suunnittelemattomat tynkät ja tarpeettomat tasosiirtymät.
• Pidä suojaus ja liittimien jalanjäljet ​​sidottuina hyväksyttyihin osiin.
• Määrittele impedanssi ja mahdolliset kuponki-/testausvaatimukset valmistustiedoissa.

ESD-suojaus on myös hankintariski. Suojauslaitteen korvaaminen merkittävästi eri kapasitanssilla tai kotelogeometrialla varustetulla laitteella voi pienentää suurnopeusmarginaalia, vaikka sen ylijännitesuojaus vaikuttaisi sopivalta. Siksi signaalipolkujen korvaamiseen tulisi vaatia tekninen hyväksyntä. Tämänkaltainen yksityiskohta tekee artikkelista ammatillisesti hyödyllisen hankinnalle sen sijaan, että siinä vain luetellaan "ESD-suojaus" ominaisuutena.

Jopa datakeskeinen USB-keskitin jakaa virtaa muille laitteille. Tehokkaampiin telakointiasemiin voi lisätä tehokkaampia USB-C-portteja tai isäntälatausta. Tämä kääntää liittimen virtakapasiteetin virtakytkimet, suojaus ja säätimen lämpövastukset keskitettyihin piirilevyihin.

Alavirran porttien virrankulutus on budjetoitava koko telakointiasemalle. Väyläkäyttöisiä malleja rajoittaa ylävirran liitännän tarjoama teho; omalla virtalähteellä varustetuissa telakointiasemissa voi olla enemmän käytettävissä olevaa tehoa, mutta ne tarvitsevat silti virranrajoituksen, suojauksen ja lämmönhallinnan jokaiselle porttiryhmälle. C-tyypin alavirran porteilla voi myös olla omat mainostetut virta- tai PD-käyttäytymisensä suunnittelusta riippuen.

Virrankulutus tulisi ilmaista porttikohtaisesti ja järjestelmätason budjettina. Piirilevyjen valmistaja ja kokoonpanija voivat säilyttää kuparireitit ja lämpöominaisuudet, kun taas toiminnalliset testit varmistavat virtaraja- tai PD-käyttäytyminen asiakkaan asettamien rajoitusten mukaisesti.

Lämpötilan tarkistuksen tulisi pysyä sidottuna julkaistuun virrankulutusbudjettiin ja kuormitusskenaarioon sen sijaan, että se perustuisi yleiseen väitteeseen USB-telakan teholuokituksesta.

Piirilevyjen valmistuksen tulisi säilyttää suurvirtatasot, liittimien kupari ja lämpöominaisuudet, kun taas toiminnallisessa testissä sovelletaan asiakkaan määrittelemiä kuormitustapauksia. Dataa välittävä portti ei todista sen virransyöttöreitin oikeellisuutta, eikä kuormittamattoman jännitteen tarkistus todista virran jakautumista useiden laitteiden välillä. NPI:n edustavien kuormitusyhdistelmien määrittäminen antaa suunnittelulle paljon vahvempia todisteita ennen määrämittaista julkaisua.

Oikea kerrosmäärä riippuu SuperSpeed-kaistojen määrästä, valinnaisista näyttö-/verkkoliitännöistä, virranjakelusta ja piirilevyn pinta-alasta. Pieni USB-keskitin voi olla paljon yksinkertaisempi kuin monitoiminen USB-C-telakointiasema, vaikka molemmat kohdistuvatkin avainsanaan "USB-telakointiasema".

USB-telakan kerrosten määrä riippuu portin nopeudesta, ohjaimen tiheydestä ja valinnaisista näyttö-/verkkotoiminnoista. Yksinkertainen keskitin voi olla suhteellisen vaatimaton; monitoimitelakka saattaa vaatia enemmän referenssitasoja ja reitityskerroksia. Pinoamisen tulisi pitää SuperSpeed-parit lähellä jatkuvia referenssejä, tarjota riittävästi tehonmuunnoksen kuparia ja välttää tasojen jakautumista herkkien reittien alle.

Käytä monikerrosrakenteita, läpivientejä ja materiaalikompleksisuutta vain vapautuvien signaalin eheys- ja tiheysvaatimusten täyttämiseksi. Tuotantolaajuus voi tukea monikerroksisten piirilevyjen valmistus kun suunnittelu sitä vaatii.

Valmistuskatselmuksessa tulisi ottaa huomioon myös liittimien reunojen tiheys ja mekaaninen tasaisuus. Suuret USB-A-, Type-C-, HDMI- tai Ethernet-liittimet voivat aiheuttaa rasitusta levyn reunaan, ja epätasainen kupari tai ohuet rakenteet voivat vaikuttaa samantasoisuuteen. Paneelointi, työkalut ja purkamisstrategia tulisi sopia ennen NPI:tä, jotta liittimien kohdistusongelmia ei havaita vasta kotelon kokoonpanon aikana.

Valmistusmuistioissa tulisi yksilöidä, mitkä differentiaaliparit vaativat kontrolloitua impedanssia, mitkä läpiviennit tai stubit ovat rajoitettuja ja onko materiaalihäviölle asetettu rajoituksia. Tämä estää edullisen keskittimen ylirakentamisen Thunderbolt-rakenteen tapaan, mutta antaa silti monitoimiselle USB-telakointiasemalle sen SuperSpeed- ja näyttöpolkujen todella tarvitsemat ohjaimet.

Kokoonpano yhdistää keskittimen/ohjaimet, teholaitteet, ESD-komponentit ja mekaanisesti kuormitetut liittimet. Ensimmäisen kappaleen tarkastukset tulee vahvistaa liittimen tyyppi, suunta, lisävarusteiden määrä ja ohjelmoitu kokoonpano ennen erän jatkamista.

Kokoonpanoprosessin ohjauksen tulisi heijastaa hienojakoisten napa-/siltaohjainten, pienten ESD-osien, teholaitteiden ja suurten liittimien yhdistelmää. Ensimmäisen kappaleen varmennus on erityisen hyödyllinen moniporttisilla piirilevyillä, koska samanlaisia ​​liittimiä tai toistuvia ESD-ryhmiä voidaan ladata väärin monissa asennoissa. Toissijaiset juotokset tai manuaaliset toimenpiteet tulisi tunnistaa nimenomaisesti juoksupiirissä sen sijaan, että ne jätettäisiin käyttäjän tulkinnan varaan.

USB-telakointiaseman testaussuunnitelman tulisi luetella kaikki asennetut portit. Testaa USB 2.0/3.x -tiedonsiirto soveltuvin osin ja tarkista sitten erikseen valinnaiset Ethernet-, näyttö-, kortinlukija-, ääni- tai PD-toiminnot. Tuotanto voi suorittaa toiminnallisia testejä asiakkaan määrittelemien menettelyjen ja kalusteiden mukaisesti.

Lopputestin tulisi noudattaa julkaistua porttikarttaa: ylävirran luettelointi, jokainen alavirran USB-portti, valinnaiset Ethernet/näyttö/korttiliitännät ja virtatoiminnot. Kun piirilevy tukee useita SKU-yksiköitä, testiohjelmiston tulisi lukea tai sille tulisi määrittää oikea variantti, jotta tarkoituksella tyhjillään olevat portit eivät aiheuta vääriä vikoja. Jäljitettävien tulosten avulla voidaan myös eristää, onko kenttäongelma liitäntäkohtainen vai koko erän kattava.

A USB-telakan piirilevy Tarjouspyynnössä tulee mainita ylävirran liitin/tyyppi, USB-sukupolvet, alavirran porttikartta, Type-C-roolit, Alt Mode/PD-vaatimukset, valinnaiset ohjaimet, pinoaminen ja testimatriisi. Tämä estää yleisluontoisen tarjouksen peittämästä telakan todellista monimutkaisuutta.