德立華工程師告訴你,十秒,U盤改造成Usb Type-C接口
最常見的U盤是USB Type-A接口的,就是所謂的“插三次才找對方向”那種,該接口共有四個觸點,從左往右分別是VBUS、D-、D+、GND。并不需要用到Type-C定義的CC接口,因此將U盤遷移到Type-C下面變得容易無比:只需要將這四根線分別對應連起來就可以了。
其實剛剛有提到,為了保證信號完整性,殘樁大小不得超過2.5mm,同樣的,雖然平常情況下我們認為USB2.0的抗干擾性很好,但是為了保證信號高速穩定傳輸,還是要考慮傳輸線的特征阻抗才行。
在一間不能進行阻抗控制的廠家制版,那么我們就需要自行計算(估算)線寬線距等參數,盡量讓差分線的特征阻抗落在90Ω±10Ω的范圍內,不然信號質量將得不到保證。
祭出PCB特征阻抗計算神器Polar SI9000,結合雙層板的參數,計算出差分線的線寬線距等參數,只要按照這樣的參數來設計板子就好了。

可以知道差分線線寬13mil,線距6mil的時候能夠基本達到目標。但是這樣我們還不過癮,調整一下參數看看,發現G1和G2的寬度只要一致,對特性阻抗幾乎沒有什么影響。于是,我們可以放心的在差分線周邊鋪銅了:

畫好之后測量了一下殘樁的長度,大概在2.45左右,僥幸滿足要求,

這里要提一下就是由于A端與B端的D+和D-線正好是交叉分布的,所以至少需要穿過板層2次才能滿足電氣連接的需要。
然而板層厚度就有1.0mm,如果讓某一條線穿過板子2次,那么就難以在2.5mm殘樁長度的要求之下完成任務。因此在本例中讓兩條線各穿過板層一次,從而達到目的。
整個板子的連線方式見下圖:

板子總面積為32*30mm。
接下來就是送出制板,采購元件等。在此之前看到USB Type-C的連接件時還有些忐忑,覺得引腳非常難以焊接。后來咨詢了淘寶賣家(出售連接件的),才知道原來可以將后部的屏蔽殼拆下來焊接的,只不過拆下屏蔽殼之后就前往別嘗試連接Type-C 的插頭,不然會將中間的芯頂出來,焊好之后屏蔽殼也裝不回去了。
由此看來Type-C的連接件是一種基于機器焊接的設計。
最初計算參數的時候,PCB板厚被設置常規厚度1.6mm了,后來仔細查閱資料的時候才發現,Type--C座子的針長還不足1.6mm,如果使用1.6mm的板厚,將完全無法將座子穩定的焊接到PCB上。因此將板厚設置成為1.0mm之后重新計算的參數。
我們先來看看座子:

貼片引腳完全藏起來了,無法焊接。背面:

揭開屏蔽蓋:

依舊不容易焊接:

這個時候千萬不要連接插頭,不然就是下面這個樣子了:

露在外面的引腳很容易被碰彎,趕緊裝回去,焊在板子上,從Type-C口看過去,真的是正反都一樣的:

接上U盤,接上Type-A轉Type-C的轉接線,U盤被順利點亮了,計算機也識別到了盤內的數據:

貌似看不出Type-C的正反,于是找了兩張不干膠膠紙,分別貼在線纜的正面和反面。當然,粘貼的方式是不一樣的,一個橫著貼,一個豎著貼以示區分:


橫貼貼紙面向上的時候,數據傳輸率:


不干膠豎貼面向上的時候的數據傳輸速率:


由此可見線纜正反面數據傳輸率相差不大,信號完整性在可控范圍內。
突然想起以往參加活動曾經獲贈過一個很牛的U盤,傳輸速率可以超過100MB/秒的。
立馬把它掏出來,發現U盤里還存儲著一個用于測試傳輸的視頻文件(大小大約為4G),將線纜豎貼貼紙面向上:

再將橫貼貼紙面向上:


我們知道,USB2.0的理論速度是480Mbps,那么換算成MB/秒就是60M/秒。
從這里我們可以看出,基本上已經達到USB2.0的理論速率了,那么,這個U盤在USB20下工作的真實速率到底是多少呢?
使用同樣的文件,我們將U盤接入PC背部的USB2.0接口,再次重復這一實驗:


由此可以知道,基本上正反連接線纜都已經達到了該USB口的峰值速率。由此可見這次的實驗還是很成功的。
將USB儲存設備(U盤)遷移到Type-C下,看起來并不是一件太復雜的事情,遵照博文中的介紹基本上能夠實現,并且保持不錯的傳輸性能。(當然,沒使用眼圖來分析信號完整性是硬傷,誰讓我沒有示波器捏)。
實驗結束之后,我重新審視了一下Type-C的說明,發現還有些地方并不是那么的明確。
舉個例子來說,U盤作為便攜設備,如果按照我當前的設計使用USB插座的話,是否每次都需要攜帶一根Type-C的線纜才能使用這個U盤?如果直接用插頭的形式來設計這個U盤,可以省去一根線纜,那么有沒有可能出現兩個插頭設備需要相互連接的情形?(在失去主從的角色之后,Type-C連接件的插頭插座定義也開始變得混亂)
做完這個小實驗,仍有些意猶未盡。兩個插頭一塊PCB就簡單的完成了這個實驗,會不會未免太簡單了。
標簽: Type-C接口
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