480Mbpsでデータを転送するUSB2.0のプリント基板設計 ――In-System Design社が示す設計ガイドライン

Michael M. Abraham, David Luke

tag: 組み込み 実装

技術解説 2001年12月20日

 データの信号にスキューが入らないように,D+とD-のトレースをできるだけ同じ長さにする必要があります.長さの差は2.5mm以下にしてください.信号にスキューが入ると,クロスオーバ電圧の劣化の原因となり規定違反になるかもしれません.USB規格ではトランシーバからコネクタに信号が伝わる時間を1ns以下にしなければならないので,そのトレースの長さは75mm以下にしてください.できれば30mm以下にすることをお勧めします.また,ビアを通すと反射やインピーダンスの変化が生じるおそれがあるので,D+やD-の信号ラインは必ず一つの階層だけで配線してください.

 抵抗器やそのほかの受動部品をデータ信号に接続する必要がある場合,そのパッドをできるだけトレースの近くに置いてください.長いスタブがあるほど反射が生じて,信号の特性が劣化してしまいます.このようにノイズが入ることによって,認定評価テストをクリアすることが難しくなります.また,高周波成分が含まれることによって不要輻射もひどくなり,後のノイズ対策もその分難しくなります.最初からきれいに設計するほうが,問題のある設計に後から対策を施すよりずっと簡単です.

 さらにノイズを防止するため,USBの信号をできるだけほかの信号から遠ざけることもたいせつです.例えば,VCCやGNDの階層をUSBコネクタの周りで切って,その領域をできるだけ独立させると効果的です.クロックやデータ・バスなど,変化の激しい信号を遠ざけるべきであることは言うまでもありません.

 図7にD+とD-の理想的な配線を示します.この配線には上記に示したくふうがすべて入っています.第1層と第4層は信号の階層であり,D+とD-は第1層にあります.第2層はグラウンド(GND)で,第3層は電源(VCC)です.GNDはUSBコネクタの周り以外,完全にベタ・パターンになっています.

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〔図7〕D+とD-の理想的な配線
図はコネクタ-USBチップ間の理想的なD+とD-の配線を示している.直列抵抗とプルアップ抵抗のパッドを信号線の上に配置すること,これらの抵抗をUSBチップの近くに置くことに注意する.グラウンド・プレーンである第2層は,D+とD-の適切な差動インピーダンスを得るためにベタ・パターンとなっている.

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