以下是瑞芯微RK3568下USB3.0的硬件设计要点:
接口选择与引脚连接
- USB3.0接口类型:常见的USB3.0接口有Type-A、Type-B、Type-C等。在设计时,需根据具体的应用场景和设备连接需求来选择合适的接口类型。例如,对于连接外部存储设备、鼠标、键盘等常见外设,Type-A接口较为常用;而对于一些便携式设备或需要正反插功能的场景,Type-C接口则更为合适.
- 引脚定义与连接:RK3568处理器的datasheet 中详细定义了 USB3.0 相关引脚的功能和电气特性。在硬件设计时,需严格按照datasheet的要求,将USB3.0 接口的引脚与 RK3568 对应的引脚进行正确连接,确保信号的正常传输 。
杭州维芯科的RK3568工控板USB3.0的设计采用的是Type-A的USB接口选型;严格按照datasheet规范进行设计。
电源设计
- 供电电压:USB3.0接口需要稳定的5V电源供应。在设计电源电路时,可从系统的主电源中通过电源转换芯片或线性稳压器等方式获取5V电源,并添加适当的滤波电容,以降低电源噪声,提高电源的稳定性,防止因电源波动导致 USB设备工作异常。
- 电源管理:为了实现对USB设备的有效电源管理,可在电路中添加电源开关或控制电路。这样可以根据设备的连接状态和工作模式,动态地控制USB接口的电源供应,节省系统功耗,同时也可以防止在设备插拔过程中出现电源浪涌等问题,保护系统和设备的安全。
杭州维芯科USB电源5V电路设计,选型的IC为TI的TPS54531(兼容圣邦微的SGM61450)
信号完整性设计
- 差分信号布线:USB3.0采用差分信号传输方式,包括TX差分对和RX差分对。在布线时,应尽量保证差分信号对的等长、等距布线,以减少信号传输过程中的skew和delay,提高信号的完整性和传输速率。同时,差分信号对之间的间距应符合一定的电气规则,避免信号之间的串扰.
- 匹配电阻设置:为了减少信号反射,提高信号质量,通常需要在USB3.0信号线上添加匹配电阻。匹配电阻的阻值应根据信号的传输特性和线路的阻抗来确定,一般可参考RK3568的datasheet或相关的USB3.0规范进行设置 。
- 地平面处理:良好的地平面设计对于保证信号完整性至关重要。应确保USB3.0 接口的地引脚与系统的地平面有良好的连接,降低地电位差,减少地弹噪声对信号的干扰。同时,在布线过程中,应避免信号线路与地平面之间形成过大的环路面积,以防止电磁辐射和干扰。
ESD 保护设计
- ESD 保护器件选择:由于 USB 接口经常会与外部设备进行插拔操作,容易受到静电放电(ESD)的影响,因此需要添加 ESD 保护器件。常见的 ESD 保护器件有 TVS 二极管、ESD 抑制器等,可根据具体的应用需求和成本因素选择合适的保护器件.
保护电路布局:ESD 保护器件应尽可能靠近 USB 接口放置,以确保在 ESD 事件发生时能够及时有效地将静电泄放到地,保护后端的电路和芯片不受损坏。同时,保护器件的接地引脚应与系统的地平面有良好的连接,降低接地电感,提高保护效果。
其他注意事项
- 热设计:在一些高数据传输率或长时间连续工作的USB3.0应用场景中,接口芯片和相关电路可能会产生一定的热量。因此,需要进行适当的热设计,如添加散热片、优化PCB布局等,以确保设备在正常工作温度范围内运行,提高系统的稳定性和可靠性。
兼容性设计:为了确保与各种不同类型的 USB3.0设备具有良好的兼容性,在硬件设计过程中,应充分考虑USB规范的兼容性要求,并进行严格的测试和验证。同时,还可以参考一些常见的USB兼容性设计指南和经验,对电路进行优化和调整,以提高设备的兼容性和通用性。