一秒,U盘改造成Usb Type-C接口

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OFweek电子工程网讯 Type-C只是一种接口,最直观的特点就是能够正反两面都能插上。于是在USB2.0协议下,需要将连接器A组的D+、D-端子与B组的对应端子直接相连。由于USB2.0的最高速率可以达到480Mbps,因此残桩不得长于2.5mm。
  跟着博文做实验,那么我们最先考虑的必然就是将什么东西迁移到Type-C下。最常见的USB设备就是U盘了,那么我们可以先拿它来做个实验。
  最常见的U盘是USB Type-A接口的,就是所谓的“插三次才找对方向”那种,该接口共有四个触点,从左往右分别是VBUS、D-、D+、GND。并不需要用到Type-C定义的CC接口,因此将U盘迁移到Type-C下面变得容易无比:只需要将这四根线分别对应连起来就可以了。
  其实刚刚有提到,为了保证信号完整性,残桩大小不得超过2.5mm,同样的,虽然平常情况下我们认为USB2.0的抗干扰性很好,但是为了保证信号高速稳定传输,还是要考虑传输线的特征阻抗才行。
  在一间不能进行阻抗控制的厂家制版,那么我们就需要自行计算(估算)线宽线距等参数,尽量让差分线的特征阻抗落在90Ω±10Ω的范围内,不然信号质量将得不到保证。
  祭出PCB特征阻抗计算神器Polar SI9000,结合双层板的参数,计算出差分线的线宽线距等参数,只要按照这样的参数来设计板子就好了。
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  可以知道差分线线宽13mil,线距6mil的时候能够基本达到目标。但是这样我们还不过瘾,调整一下参数看看,发现G1和G2的宽度只要一致,对特性阻抗几乎没有什么影响。于是,我们可以放心的在差分线周边铺铜了:
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  画好之后测量了一下残桩的长度,大概在2.45左右,侥幸满足要求,
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  这里要提一下就是由于A端与B端的D+和D-线正好是交叉分布的,所以至少需要穿过板层2次才能满足电气连接的需要。
  然而板层厚度就有1.0mm,如果让某一条线穿过板子2次,那么就难以在2.5mm残桩长度的要求之下完成任务。因此在本例中让两条线各穿过板层一次,从而达到目的。
  整个板子的连线方式见下图:
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  板子总面积为32*30mm。
  接下来就是送出制板,采购元件等。在此之前看到USB Type-C的连接件时还有些忐忑,觉得引脚非常难以焊接。后来咨询了淘宝卖家(出售连接件的),才知道原来可以将后部的屏蔽壳拆下来焊接的,只不过拆下屏蔽壳之后就前往别尝试连接Type-C 的插头,不然会将中间的芯顶出来,焊好之后屏蔽壳也装不回去了。
  由此看来Type-C的连接件是一种基于机器焊接的设计。
  最初计算参数的时候,PCB板厚被设置常规厚度1.6mm了,后来仔细查阅资料的时候才发现,Type--C座子的针长还不足1.6mm,如果使用1.6mm的板厚,将完全无法将座子稳定的焊接到PCB上。因此将板厚设置成为1.0mm之后重新计算的参数。
  我们先来看看座子:
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  贴片引脚完全藏起来了,无法焊接。背面:
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  揭开屏蔽盖:
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  依旧不容易焊接:
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  这个时候千万不要连接插头,不然就是下面这个样子了:
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露在外面的引脚很容易被碰弯,赶紧装回去,焊在板子上,从Type-C口看过去,真的是正反都一样的:
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  接上U盘,接上Type-A转Type-C的转接线,U盘被顺利点亮了,计算机也识别到了盘内的数据:
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  貌似看不出Type-C的正反,于是找了两张不干胶胶纸,分别贴在线缆的正面和反面。当然,粘贴的方式是不一样的,一个横着贴,一个竖着贴以示区分:
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  横贴贴纸面向上的时候,数据传输率:
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  不干胶竖贴面向上的时候的数据传输速率:
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  由此可见线缆正反面数据传输率相差不大,信号完整性在可控范围内。
  突然想起以往参加活动曾经获赠过一个很牛的U盘,传输速率可以超过100MB/秒的。
  立马把它掏出来,发现U盘里还存储着一个用于测试传输的视频文件(大小大约为4G),将线缆竖贴贴纸面向上:
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  再将横贴贴纸面向上:
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  我们知道,USB2.0的理论速度是480Mbps,那么换算成MB/秒就是60M/秒。
  从这里我们可以看出,基本上已经达到USB2.0的理论速率了,那么,这个U盘在USB20下工作的真实速率到底是多少呢?
  使用同样的文件,我们将U盘接入PC背部的USB2.0接口,再次重复这一实验:
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  由此可以知道,基本上正反连接线缆都已经达到了该USB口的峰值速率。由此可见这次的实验还是很成功的。
  将USB储存设备(U盘)迁移到Type-C下,看起来并不是一件太复杂的事情,遵照博文中的介绍基本上能够实现,并且保持不错的传输性能。(当然,没使用眼图来分析信号完整性是硬伤,谁让我没有示波器捏)。
  实验结束之后,我重新审视了一下Type-C的说明,发现还有些地方并不是那么的明确。
  举个例子来说,U盘作为便携设备,如果按照我当前的设计使用USB插座的话,是否每次都需要携带一根Type-C的线缆才能使用这个U盘?如果直接用插头的形式来设计这个U盘,可以省去一根线缆,那么有没有可能出现两个插头设备需要相互连接的情形?(在失去主从的角色之后,Type-C连接件的插头插座定义也开始变得混乱)
  做完这个小实验,仍有些意犹未尽。两个插头一块PCB就简单的完成了这个实验,会不会未免太简单了。
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