บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และตัวแปลง USB ที่ดีที่สุด ปี 2026

ตัวแปลง USB ทำหน้าที่เชื่อมต่อระหว่างพอร์ต USB บนคอมพิวเตอร์ของคุณกับอินเทอร์เฟซที่อุปกรณ์ของคุณต้องการใช้งานจริง ไม่ว่าจะเป็นพอร์ตอนุกรม อีเธอร์เน็ต HDMI เสียง CAN bus หรือ GPIO ไอซีตัวแปลงแต่ละประเภทมีรูปแบบการออกแบบ PCB ข้อกำหนดด้านการปฏิบัติตามมาตรฐาน และตลาดที่แตกต่างกัน คู่มือนี้ครอบคลุมตัวแปลง USB ทุกประเภทหลัก พร้อมหมายเลขชิ้นส่วนไอซี ช่วงรายการวัสดุ (BOM) และข้อจำกัดของ PCB ที่สำคัญสำหรับแต่ละประเภท

สารบัญ

1. USB to Serial: UART, RS-232, RS-485 และ RS-422
2. USB เป็น Ethernet, HDMI, DisplayPort และ VGA
3. USB เป็นอุปกรณ์เสียง, CAN Bus, GPIO, I²C และ SPI
4. แท่นเชื่อมต่อ USB-C แบบหลายพอร์ต: ผลิตภัณฑ์จาก The Convergence
5. กฎการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ใช้กับตัวแปลง USB ทุกประเภท
6. การผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับตัวแปลง USB ที่ Highleap

1. USB to Serial: UART, RS-232, RS-485 และ RS-422

เป็นหมวดหมู่ตัวแปลง USB ที่มีปริมาณการใช้งานมากที่สุดในแอปพลิเคชันทางอุตสาหกรรมและระบบฝังตัว

สำหรับตัวแปลง RS-485 และ RS-422 ในภาคอุตสาหกรรม การแยกทางไฟฟ้าเป็นคุณลักษณะด้านความน่าเชื่อถือที่สำคัญ หากการแยกทางไฟฟ้าไม่เพียงพอ ความผิดพลาดบนสาย RS-485 อาจทำให้พอร์ต USB ของพีซีเสียหายได้ การแยกทางไฟฟ้าที่เสริมความแข็งแรง (2.5 kV ต่อเนื่อง, 10 kV ชั่วขณะ ตามมาตรฐาน IEC 60664-1) ต้องใช้ระยะห่างเฉพาะระหว่างวงจรด้าน USB และด้าน RS-485 บนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ตัวแยกทางไฟฟ้าแบบดิจิทัล: Silicon Labs Si8410, Analog Devices ADuM1201

ชิป FTDI FT232R และ CH340 ปลอมเป็นปัญหาที่พบได้ทั่วไปในห่วงโซ่อุปทาน การอัปเดตเฟิร์มแวร์ของ FTDI อาจทำให้ชิปปลอมใช้งานไม่ได้ ส่งผลให้ลูกค้าส่งคืนสินค้า ควรจัดหาชิ้นส่วนจากผู้จัดจำหน่ายที่ได้รับอนุญาตเท่านั้นการจัดหาชิ้นส่วนที่ได้รับอนุญาตจะช่วยลดความเสี่ยงนี้ได้

2. USB เป็น Ethernet, HDMI, DisplayPort และ VGA

ตัวแปลง USB เป็น Gigabit Ethernetวงจรบริดจ์: Realtek RTL8153 (USB 3.0, พบได้ทั่วไป), ASIX AX88179, Microchip LAN7800 บริดจ์นี้มีอินเทอร์เฟซ USB, Ethernet MAC และ PHY ในตัว ส่วนประกอบภายนอก: โมดูลแม่เหล็ก Ethernet + แจ็ค RJ-45 แผงวงจรพิมพ์ (PCB): 4 ชั้น, 40 × 25 มม. รายการชิ้นส่วน (BOM): 3.50–7.50 ดอลลาร์สหรัฐ การใช้งาน: แล็ปท็อปที่ไม่มี Ethernet, การเชื่อมต่อเครือข่าย Raspberry Pi, Thin Client

ตัวแปลง USB-C เป็น HDMI (4K60)ใช้ DisplayPort Alt Mode ผ่าน USB-C แปลงเป็น HDMI โดยใช้ไอซีแปลงโปรโตคอล: Parade PS176, Realtek RTD2172, Lontium LT8711 ตัวแปลงรับสัญญาณ DisplayPort จากช่อง USB-C SuperSpeed ​​และส่งออกเป็น HDMI แผงวงจรพิมพ์ (PCB): 4–6 ชั้น พร้อม HDI สำหรับการกระจายสัญญาณ USB-C ขนาด 50 × 30 มม. ราคาชิ้นส่วน (BOM): 6.50–15.00 ดอลลาร์สหรัฐ

ตัวแปลง USB-C เป็น HDMI สองช่อง (4K60 × 2)ต้องใช้ชิปประมวลผลสัญญาณ DisplayPort 1.4 MST (Multi-Stream Transport) ระหว่างช่องรับ USB-C และช่องต่อ HDMI สองช่อง แผงวงจรพิมพ์ (PCB): 6–8 ชั้น, ขนาด 70 × 40 มม. ต้นทุนการผลิต: 15–30 ดอลลาร์สหรัฐ นี่คือกลุ่มผลิตภัณฑ์ระดับพรีเมียมที่ขับเคลื่อนด้วยการทำงานระยะไกลแบบหลายจอภาพ

ตัวแปลง USB เป็น VGAใช้ชิปอะแดปเตอร์แสดงผล USB DisplayLink DL-3500 หรือชิปที่คล้ายกัน — คอมพิวเตอร์โฮสต์จะมองอะแดปเตอร์นี้เป็น GPU เสมือน เอาต์พุต: VGA แบบอนาล็อกผ่าน DAC ในตัว แผงวงจรพิมพ์: 4 ชั้น ขนาด 40 × 30 มม. ต้นทุนการผลิต: 8–20 ดอลลาร์สหรัฐ ปริมาณการผลิตลดลงเนื่องจากจอ VGA กำลังเลิกใช้ สำหรับส่วนวิดีโอแบบอนาล็อก จะ ใช้เทคนิค การออกแบบแผงวงจรพิมพ์แบบผสมสัญญาณ (แยกกราวด์อนาล็อกและดิจิทัล, กรองไฟสำหรับ DAC)

3. USB เป็นสัญญาณเสียง, CAN Bus, GPIO, I²C และ SPI

อินเท อร์เฟซเสียง USBไอซีบริดจ์: TI PCM2906 (สเตอริโอพื้นฐาน), Cirrus Logic CS42L42 (ตัวแปลงสัญญาณหูฟัง), ESS Sabre ES9018 (DAC ระดับออดิโอไฟล์) ช่วงราคา: อะแดปเตอร์หูฟัง USB ราคา 5 ดอลลาร์ ไปจนถึงอินเทอร์เฟซสตูดิโอราคา 1,000 ดอลลาร์ ความซับซ้อนของ PCB แปรผันตามคุณภาพเสียง: 2 ชั้นพื้นฐานสำหรับผู้บริโภค, 4-6 ชั้นพร้อมการแยกกราวด์อนาล็อก/ดิจิทัลและขั้วต่อแบบมีฉนวนสำหรับมืออาชีพ หลักการ ออกแบบ PCB ของเครื่องขยายเสียงสามารถนำไปใช้กับวงจรเอาต์พุตหูฟังได้

ตัวแปลง USB เป็น CAN busใช้ในระบบวินิจฉัยยานยนต์ (OBD-II) เครือข่าย CAN ในอุตสาหกรรม และระบบอัตโนมัติในโรงงาน วงจรเชื่อมต่อ: ตัวควบคุม CAN Microchip MCP2515 + ตัวรับส่งสัญญาณ MCP2561 หรือโซลูชันแบบชิปเดี่ยวของ Kvaser การแยกทางไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ CAN ในอุตสาหกรรม (เพื่อกำจัดวงจรลูปกราวด์ระหว่างยานพาหนะ/เครื่องจักรและพีซี) แผงวงจรพิมพ์ (PCB): 4 ชั้นพร้อมฉนวนกั้น ขนาด 70 × 40 มม. รายการชิ้นส่วน: 10–25 ดอลลาร์สหรัฐ

ตัวแปลง USB เป็น GPIO / I²C / SPIใช้โดยวิศวกรฝังตัวสำหรับการพัฒนาและทดสอบ ไอซีบริดจ์: FTDI FT2232H (สองช่องสัญญาณ, SPI + JTAG), Microchip MCP2221A (I²C + GPIO), Cypress CY7C68013A (การถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูง) แผงวงจรพิมพ์: 2–4 ชั้น, 50 × 30 มม. พร้อมหัวต่อแบบแยกขา รายการชิ้นส่วน: 3–10 ดอลลาร์สหรัฐ

การแปลง สัญญาณจาก USB เป็นไร้สาย (บลูทูธ, Wi-Fi, 4G/5G)ปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นโมดูลแบบชิปเดี่ยว — ไอซีบริดจ์และตัวส่งสัญญาณวิทยุถูกรวมไว้ในตัวเดียวกัน แผงวงจรพิมพ์ (PCB) จะมีขั้วต่อ USB, วงจรควบคุมพลังงาน และเสาอากาศ (เสาอากาศแบบลายวงจรบน PCB, เสาอากาศแบบชิป หรือ u.FL สำหรับภายนอก) PCB: 2–4 ชั้น มักมีขนาด 30 × 20 มม. หรือเล็กกว่า รายการชิ้นส่วนส่วนใหญ่เป็นโมดูลไร้สาย (5–50 ดอลลาร์สหรัฐ)

4. แท่นเชื่อมต่อ USB-C แบบหลายพอร์ต: ผลิตภัณฑ์แห่งการรวมระบบ

หมวดหมู่ตัวแปลง USB ที่เติบโตเร็วที่สุด คือ การรวมตัวเชื่อมต่อหลายตัวเข้าไว้ในผลิตภัณฑ์เดียว นั่นคือ สถานีเชื่อมต่อ USB-C สายเคเบิลเพียงเส้นเดียวจากแล็ปท็อปสามารถให้การเชื่อมต่อได้หลากหลาย ได้แก่ ข้อมูล USB (ฮับ), วิดีโอ (HDMI/DP), เครือข่าย (Ethernet), เสียง, ตัวอ่านการ์ด และพลังงาน (PD pass-through) โครงสร้าง IC ทั่วไป:

แผงวงจรพิมพ์ (PCB): HDI 6–8 ชั้น ขนาดประมาณ 100 × 60 มม. ต้นทุนการผลิต (BOM): 25–60 ดอลลาร์สหรัฐ ราคาขายปลีก: 80–250 ดอลลาร์สหรัฐ นี่คือผลิตภัณฑ์ USB สำหรับผู้บริโภคที่ซับซ้อนที่สุด — การออกแบบวงจรต้องมีการแบ่งส่วนอย่างระมัดระวังระหว่างส่วนดิจิทัลความเร็วสูง สัญญาณเสียงอนาล็อก และส่วนจ่ายไฟกระแสสูงการผลิต PCB HDIด้วย vias แบบซ่อน/ฝัง เป็นมาตรฐานสำหรับผลิตภัณฑ์ประเภทนี้

5. กฎการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ใช้กับตัวแปลง USB ทุกประเภท

ไม่ว่าจะเป็นตัวแปลง USB ประเภทใดก็ตาม แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของตัวแปลง USB ทุกตัวจะมีข้อกำหนดเหล่านี้เหมือนกันในส่วนของด้าน USB:

อิมพีแดนซ์ของคู่ดิฟเฟอเรนเชียล USB: 90 Ω ±10% (USB 2.0) หรือ ±5% (USB 3.x) ควรใช้การผลิต PCB ที่ควบคุมอิมพีแดนซ์ร่วมกับคูปองที่ผ่านการตรวจสอบ TDR แล้ว

การป้องกัน ESD:ติดตั้งชุดไดโอด TVS บนขั้วต่อ USB ภายนอกทุกตัว ภายในระยะ 1.5 มม. จากแผ่นวงจร ไม่มีข้อยกเว้น — การเกิด ESD ครั้งแรกโดยไม่มีการป้องกันจะทำให้ไอซีบริดจ์เสียหาย

การแยกสัญญาณรบกวน:ตัวเก็บประจุเซรามิก X7R ขนาด 100 nF ภายในระยะ 2 มม. จากขาจ่ายไฟของไอซีบริดจ์ทุกตัว ตัวเก็บประจุแบบก้อนขนาด 10 µF บนรางหลักแต่ละราง สำหรับไอซีบริดจ์ที่ทำงานที่ความถี่สูงกว่า 1 GHz ภายใน จะต้องเพิ่มตัวเก็บประจุขนาด 1–10 nF เพื่อครอบคลุมช่วงความถี่กลางถึงสูง

การวางคริสตัล/ออสซิเลเตอร์:ไอซีบริดจ์ USB ส่วนใหญ่ต้องการคริสตัล 12 MHz (±50 ppm) พร้อมตัวเก็บประจุโหลด 18 pF วางคริสตัลไว้ภายในระยะ 5 มม. จากไอซี โดยใช้เส้นทางเดินสายสั้นๆ และสมมาตร เดินสายทองแดงกราวด์ใต้คริสตัลเพื่อลดการรบกวนจากสัญญาณรบกวน

การปฏิบัติตามมาตรฐานอินเทอร์เฟซเอาต์พุต: Ethernet ต้องการแม่เหล็กตามมาตรฐาน IEEE 802.3; HDMI ต้องการการควบคุมอิมพีแดนซ์ TMDS; CAN ต้องการการปฏิบัติตามมาตรฐานตัวรับส่งสัญญาณ ISO 11898 แต่ละเอาต์พุตมีข้อจำกัดของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่แตกต่างกันไป — ด้าน USB เป็นเพียงครึ่งหนึ่งของการออกแบบเท่านั้น

การจัดการความร้อน:ไอซีบริดจ์ที่ใช้พลังงานมากกว่า 1 วัตต์ (อีเธอร์เน็ต วิดีโอ เสียง พร้อมแอมป์หูฟัง) จำเป็นต้องมีรูระบายความร้อนใต้ไอซีเพื่อเชื่อมต่อกับระนาบกราวด์ภายใน หากไม่มีรูระบายความร้อน ไอซีจะทำงานเกินอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อที่กำหนดไว้ ซึ่งอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงหรือเสียหายก่อนกำหนด

6. การผลิตแผงวงจรแปลงสัญญาณ USB ที่ Highleap

Highleap ผลิตแผงวงจรแปลงสัญญาณ USB ทุกประเภท ตั้งแต่สาย USB-to-UART ที่มีต้นทุนการผลิต 0.50 ดอลลาร์ ไปจนถึงแท่นวางเชื่อมต่อ USB-C ที่มีต้นทุนการผลิต 50 ดอลลาร์ขึ้นไป

ความยืดหยุ่นด้านปริมาณการผลิต:ตั้งแต่การผลิตต้นแบบ 50 ชิ้นสำหรับผู้ผลิตชิ้นส่วนอุตสาหกรรมเฉพาะทาง ไปจนถึง 100 ชิ้นขึ้นไปสำหรับผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค กระบวนการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) และคุณภาพเดียวกันในทุกระดับ

การประกอบแบบผสมผสานเทคโนโลยี: SMT (วงจรบริดจ์ IC, ESD, การแยกสัญญาณ) + แบบรูทะลุ (ขั้วต่อ USB, RJ-45, DB9, ขั้วต่อเทอร์มินัล, แจ็คทรงกระบอก) ใช้การบัดกรีแบบรีโฟลว์ SMT ก่อน จากนั้นใช้การบัดกรีแบบคลื่นเลือกเฉพาะสำหรับขั้วต่อแบบรูทะลุ บริการประกอบ PCB แบบครบวงจรจัดการจัดหาชิ้นส่วนทั้งหมดผ่านช่องทางที่ได้รับอนุญาต

การทดสอบการทำงาน:อุปกรณ์ทดสอบแบบกำหนดเองสำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์: การระบุอุปกรณ์ USB, อัตราการส่งข้อมูลบนอินเทอร์เฟซที่แปลงแล้ว (ความแม่นยำของอัตราการส่งข้อมูล UART, การสูญเสียแพ็กเก็ต Ethernet, การตรวจสอบความถูกต้องของเอาต์พุตวิดีโอ), การทดสอบการแยกส่วนสำหรับตัวแปลงสัญญาณอุตสาหกรรม

ขอใบเสนอราคาสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ตัวแปลง USBโดยระบุประเภทของตัวแปลง ปริมาณ และข้อกำหนดด้านการรับรองต่างๆ

ที่เกี่ยวข้อง: การออกแบบ PCB ฮับ USB · การรวมขั้วต่อ USB-C · ระบบขยายพอร์ต USB · ผลิตภัณฑ์ขยายพอร์ต USB