Power Delivery Motherboards

Power Delivery Design Issues

para Hi-Speed USB

Placas base

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Power Delivery Problemas de diseo del Hi-Speed USB en placa base 08 2002

Tabla de contenidos

Tabla de contenidos ......................................................................................................... ....... 1 1. Introduccin ......................................................................................................... ............ 2 2. Disear para Voltaje Droop .............................................. ............................................ 2 2.1. Qu es la tensin de la inclinacin? ............................................. ......................... ..................... 2 2.2. USB Power Line Layout Topologa ............................................. ............................. 3 2.3. Disear para Prevenir Voltaje Droop ............................................. .......................... 3 2.3.1. Bypass Bulk Storage Capacitor .............................................. ........................... 4 2.3.2. Conexin de condensadores de derivacin a Port USB ............................................ ........... 4 2.3.3. VBUS rastro Ancho ............................................... ............................................... 5 2.4. Proteccin del circuito ..................................................................................................... 6 2.4.1. Polimrico coeficiente de temperatura positivo (PPTC) ....................................... 6 2.4.2. Dispositivo de gestin de energa Puerto .............................................. ......................... 7 2.4.3. Errores comunes ................................................ ............................................ 7 3. El diseo de la cada de tensin .............................................. .............................................. 9 3.1. Qu es la gota de voltaje? ............................................. ................................................ 9 3.2. Elementos que contribuyen a la Cada de tensin ............................................. ..................... 9 3.2.1. Fuente de alimentacin inadecuada o excesiva longitud del cable del arns ...................... 10 3.2.2. Underrated dispositivo sobre la proteccin actual ............................................. ...... 10 3.2.3. Insuficiente potencia rastro Ancho .............................................. ......................... 12 3.2.4. Perlas de ferrita excesivamente resistivas .............................................. .......................... 12 3.3. Voltaje Presupuesto gota ............................................... ......................................... 13 4. Frente Consideraciones de diseo Panel .............................................. ................................. 13 4.1. USB del panel frontal Cabecera Diseo y Pin Salida ......................................... ............... 14 4.2. Panel frontal Cabecera Enrutamiento y componentes Colocacin ....................................... 14 4.3. Cable y conector para tarjetas .............................................. ....................................... 15 4.4. Panel frontal de cableado ............................................... ................................................ 16 5. Conclusin .................................................................................................................... 17

1


1. Introduccin

Este documento proporciona directrices para el diseo de suministro de alimentacin adecuado para los puertos USB de alta

velocidad y cabeceras del panel frontal en las placas base. El material cubierto aqu se divide en tres categoras principales: el diseo para la prueba de cada, el diseo de la prueba de gota, y las consideraciones del panel frontal de E / S. USB de

alta velocidad funcionamiento se describe en la Especificacin USB Revisin 2.0 y ruteo de seal USB de un 4 capas placa base se describe en las Instrucciones de diseo de la plataforma de alta velocidad del USB, ambos ubicados en (http://www.usb.org/developers/docs.html). 2. Disear para cada de tensin

2.1. Qu es la tensin de la inclinacin?

USB permite a los usuarios conectar y desconectar los dispositivos USB mientras el ordenador se encuentra todava en

operacin. Cuando un USB dispositivo est conectado a un puerto, la corriente de entrada se producen como condensador de derivacin interna del

dispositivo recin conectado cargos a su mximo potencial. Esta corriente se dibuja desde el plano de alimentacin VBUS del USB de la placa base y hace que el VBUS se combe momentneamente. Este hundimiento se conoce como cada. Prueba de cada de voltaje evala la puerto en virtud de la capacidad de la prueba para soportar una carga mxima dispositivo equivalente de carga de 100 mA en

paralelo con un Condensador de 10F se conecta en caliente en un puerto adyacente. La conexin en caliente simulada, generada por la cada accesorio de la prueba, se produce en aproximadamente 1 segundo de intervalo. La prueba se realizar con el puerto de la

vctima (puerto bajo prueba) y todos los otros puertos USB cargados con carga de 5 unidades (500 mA), excepto el puerto agresor (puerto con la conexin en marcha simulada). Un osciloscopio se utiliza para controlar la cada de amplitud de voltaje del VBUS en el puerto vctima. La especificacin USB 2.0 permite que esta cada sea no ms de 330mV. Figura 1A muestra una seal de cada de tensin de paso, mientras que la Figura 1b muestra una falla en la prueba.

92mV = PASS

520mV = FALLO

La Figura 1a. Pase de cada de tensin Figura 1b. Cada de voltaje falla

2


Una mayora de los fallos Droop se puede atribuir a las razones siguientes:

1.

2.

3.

4. 5.

La seleccin incorrecta del bypass capacitor de almacenamiento a granel a travs de los planos de

alimentacin VBUS cerca de la Puertos USB (vase la seccin 2.3.1, 2.3.2). Ancho de traza inadecuada o mal diseo de avin de tensin entre el condensador de derivacin y USB puerto (vase la seccin 2.3.3). Inadecuada ruta ancho de traza VBUS de la red por la placa base o regulador de voltaje para Puerto USB (ver seccin 2.3.3). Dimensionamiento incorrecto del elemento fusible (ver seccin 2.4). Topologa de la colocacin incorrecta del elemento fusible (ver seccin 2.4).

2.2. USB Power Line Layout Topologa

La siguiente es una topologa sugerido para la distribucin de energa de VBUS a los puertos USB. Los circuitos de este

tipo proporcionar dos tipos de proteccin contra la corriente de entrada durante el dispositivo de conexin en caliente y la

desconexin: droop limitacin y proteccin dinmica del tiempo de retorno de desconexin. Flyback de desconexin dinmica se produce

cuando un dispositivo es dibujo de alimentacin de la placa base se separa haciendo que la inductancia en el cable para generar un gran tensin de retorno. Estas dos situaciones diferentes requieren tanto la capacitancia de derivacin (por cada) y la capacitancia de filtrado (por dinmica detach flyback filtrado tensin). Es importante reducir al mnimo la inductancia y la resistencia entre los condensadores de acoplamiento y los puertos USB por lo que los restos lo ms corto y ms amplio posible.

Sobrecorriente Dispositiv o de proteccin

220uF

5V 5V Sus

5V Interruptor

VBUS 470pF

Gnd

1 Puerto1

4

1

4

OC1, 2 Durante Indicadores actuales: Seal al controlador de host

VBUS 470pF

Gnd Puerto 2

Figura 2. Buena conexin de energa aguas abajo (topologa se acopla con otro)

2.3. Disear para prevenir cada de tensin

Las siguientes recomendaciones se refieren a los errores ms comunes en el diseo de la placa base que resultado en el fracaso de cada en la prueba de conformidad con USB Hi-Speed. Aunque esta seccin no se ocupa de todos

los las cuestiones droop, se centra en las directrices y recomendaciones que deberan ser de diseo ms importantes seguido.

3


2.3.1. El condensador de derivacin de almacenamiento a granel

Es importante para proporcionar suficiente capacitancia cerca de cada puerto USB para evitar que el poder suministrada a los otros puertos de ir fuera de tolerancia. Un error comn que causa tensin inclinarse fracaso en la prueba de conformidad es la seleccin del condensador de almacenamiento a granel de

derivacin. Este condensador tiene que tener resistencia suficientemente baja en serie equivalente (ESR) para poder funcionar adecuadamente. Un problema comn que se observa aqu es el uso de mayor calidad de bypass de bajo costo y baja condensadores de almacenamiento que tienen un alto ESR o no lo suficiente capacitancia nominal. De acuerdo a la Revisin de especificacin USB 2.0, las lneas de alta tensin VBUS deben ser anuladas con no menos de 120F capacitancia de bajo ESR capacitancia por puerto USB.

Dependiendo de la disposicin y de enrutamiento, el diseador tiene la opcin de utilizar una o varias condensadores de almacenamiento a granel de derivacin, siempre y cuando la capacitancia total por puerto se ajusta

a lo anterior nmeros. Al reemplazar mltiples condensadores de almacenamiento a granel con uno grande, es importante ser asegrate de revisar la proximidad del condensador de almacenamiento a granel de derivacin al puerto USB y el uso

ms amplio rastros.

2.3.2. Bypass de condensadores de conexin a puerto USB

Los condensadores se deben colocar lo ms cerca posible al puerto y las huellas de transporte de energa deberan ser lo ms amplia posible, de preferencia, un avin. Tambin debe haber dobles vas de alimentacin y tierra redes y la longitud de traza deben ser lo ms cortos posible. Encaminamiento de derivacin estndar y diseo mtodos deben ser usados en todo momento para minimizar la inductancia y la resistencia entre masa de bypass condensadores de almacenamiento y los conectores USB.

DUAL USB CONECTOR

5 1

Hacer una estela a medida amplia y corto posible o ampliar avin bajo SOBRE CORRIENTE Pines de alimentacin USB. DISPOSITIV O DE

PROTECCIN

Conecte a 5V y 5V espera de PC Fuente de alimentacin

+ _

8 4 Plano potencia USB

PADS capacitor de paso (lugar lo ms cerca posible a USB conector)

MOSFET Medio puente (N- y P-Channel) o USB regulador de voltaje

CONECTA R A AVIN DE TIERRA

Figura 3. Buen diseo de la muestra para las conexiones de capacitor de paso, reajustable elemento fusible y conector USB.

4


2.3.3. VBUS rastro Ancho

El ancho de traza de la ruta actual VBUS de la fuente VBUS al almacenamiento a granel de bypass pins del condensador, ms el dispositivo de proteccin de corriente y potencia conector USB y de tierra deben estar

en menos 0.050 pulgadas de ancho, con 1.5-oz a 2-oz de cobre en la capa exterior, para garantizar la corriente adecuada la capacidad de transporte.

Es esencial para que las huellas de transporte de energa lo suficientemente ancho que el sistema de sobre corriente la proteccin se dispara en lugar de fusionar las huellas de mesa en un evento de sobrecarga. En funcin de la

calificacin del dispositivo de proteccin de sobre corriente, una buena "regla de oro" es asegurar el poder-en libros huellas son suficientemente amplia como para llevar por lo menos el doble de la capacidad nominal de amperaje de la

proteccin sobre corriente dispositivo. La mayora de las placas base utilizan una larga ruta para VBUS, como se ve en la figura 4, que debe ser lo

suficientemente amplia en Para apoyar el nmero de puertos USB en el panel posterior. La capacidad de manejo de potencia de un pista de circuito impreso depende principalmente de su rea de la seccin transversal y el aumento de la temperatura

permitida.

USB 5V Regulador de potencia (Origen de las trazas de potencia USB)

PODER Trace para USB Puerto del panel frontal (s)

Vreg 5V USB CONECTOR DE ALIMENTACIN

PODER Trace para USB Puerto del panel posterior (s)

MEMORIA

En el panel frontal USB Conector (s)

SLOTS AGP / PCI

PROCESADOR CHIPSET de

PLACA MADRE

2xUSB Conector (s)

Figura 4. Colocacin de la placa base y el enrutamiento comn para USB de carga de potencia rastro.

La figura 5 muestra un diagrama de muestra relativa mxima capacidad de manejo de potencia a temperaturas

suben. El rea de seccin transversal medida de eje horizontal en unidades de pulgadas cuadradas para la traza y el eje vertical muestra la corriente permitida para que traza en un determinado aumento de temperatura. Un

conservador

5


lmite superior al calentarla traza el interior productos de computacin es de 10 C. Esta carta se puede

utilizar para determinar la anchura de las trazas de potencia USB.

100

20

Corriente RMS media (A)

10 10

5

Temperatura aumento ( C)

1

0.1 10-6

Transversal son de traza (mm2) 10-5 10-4 10-3

Figura 5. Capacidad de carga de cobre pistas de circuito impreso. * NO TA: El grfico no real, los valores son usados slo con fines de demostracin! Revise la hoja de datos para los valores exactos

Como regla general, anchuras de trazas ms anchas son mejores. Sin embargo, si sus vas de envo son restringidas, usted puede conseguir la misma rea transversal mediante el enrutamiento de dos o ms pistas de potencia utilizando

diferentes rutas.

2.4. Proteccin del circuito

Por sobre la proteccin actual, la especificacin USB requiere que un dispositivo de proteccin de corriente en ser utilizado

en el diseo de los circuitos de suministro de potencia USB. Un buen diseo de placa base tendr algn tipo de seguridad sistema a fin de evitar que el usuario, la placa base, y el dao perifrico. El propsito de la corriente a lo largo dispositivo de proteccin es limitar la cantidad de corriente al puerto USB puede dibujar, tal como en un cortocircuito situacin. No debe, sin embargo, ser el diseo para que funcione como un polica actual cuando el dispositivo aguas abajo el consumo de energa alcanza cerca de los lmites del puerto permisible dada su necesidad de potencia declarada. La dimensionamiento del dispositivo de proteccin de corriente a lo largo debe ser elegido principalmente para proteger la

seguridad del usuario y contra daos a la propiedad. Sobre la proteccin actual no se debe utilizar para hacer cumplir los lmites de corriente (500 mA) que Se requieren dispositivos USB de cumplir. 2.4.1. Polimrico coeficiente de temperatura positivo (PPTC)

Dispositivos PPTC (comnmente conocidos como polyfuses) son una solucin utilizada para cumplir con USB requisitos de seguridad. Un dispositivo PPTC basa en los cambios estructurales inducidos por la temperatura en

un

6


material de polmero compuesto. El dispositivo presenta una baja resistencia elctrica en el funcionamiento normal y cuando aparece una condicin de corriente a lo largo, que presenta un fuerte aumento de la resistencia. PPTC son populares para su uso como sobre los dispositivos de proteccin de corriente en aplicaciones USB debido a que son

auto- reposicin y el parmetro de tiempo de salida al viaje que PPTCs demuestran inherentemente elimina las falsas

circuito viajes debido a las corrientes de entrada. Esta es la solucin de eleccin para los fabricantes de placas base, debido a precio y caractersticas operacionales mencionados. PRECAUCIN - Tenga en cuenta que a medida que aumenta la corriente, tambin lo hace la resistencia en serie

del PPTC, especialmente si cerca de la corriente nominal mxima. Esta condicin puede aadir resistencia no deseada al circuito.

2.4.2. Dispositivo de gestin de energa de puerto

Dispositivos de administracin de energa del puerto son tpicamente un diseo de circuitos integrados para la

energa del puerto gestin de los puertos USB downstream. Proporciona control de programacin de la alimentacin VBUS y OFF, adems de sobre la proteccin actual. Cuando el flujo de corriente excede un umbral predefinido el dispositivo de silicio se apagar la alimentacin del puerto USB y har valer el controlador de host USB sobre pins actuales OC [05:01] #. Por ejemplo, si una condicin de sobre corriente se produce en el puerto USB 1, entonces

el dispositivo de administracin de energa para ese puerto har valer OC1 en el controlador de host USB. Estos

dispositivos se utilizan principalmente en los concentradores USB y rara vez se encuentran en las placas base, debido a los costos. Al seleccionar un dispositivo de administracin de energa del puerto, es importante evitar los que viaje cuando el dispositivo aguas abajo excede ligeramente la demanda de potencia USB declarado.

2.4.3. Errores comunes

1. Seleccin de dispositivo de proteccin contra corriente - Un error comn que causa el cumplimiento el fracaso es bajo-dimensionamiento del dispositivo de proteccin contra sobrecorriente. Dimensionamiento de

la corriente a lo largo dispositivo de proteccin con muy baja de una clasificacin de provocar un fallo de cada en la prueba de

conformidad debido a la resistencia en serie aadido. Se recomienda el valor predeterminado sea de 2,5 a 3 veces el corriente mxima permisible de puerto de manera que las corrientes transitorias (por ejemplo, durante el

encendido o dinmica adjuntar o reconfiguracin) no viaje el protector de sobrecorriente. El diseador debe seleccionar cuidadosamente el dispositivo fusible en funcin de la media de valor de corriente de

funcionamiento, tensin de funcionamiento, la temperatura ambiente, y las caractersticas de corriente-resistencia.

Durante conectable en caliente inicial, un dispositivo USB legal puede dibujar muchas corriente transitoria

significativa veces por encima del consumo de energa de funcionamiento en las especificaciones. El dispositivo de

proteccin contra sobrecorriente no debe limitar las condiciones de irrupcin legales y debe tolerar esta corriente transitoria por unos 100 micro-segundos sin activar. Esto es debido al hecho de que los dispositivos a veces dibujan muchas veces la carga mxima de 500 mA durante un breve perodo de tiempo durante la conexin en

caliente. Estas corrientes de entrada son causados por conexiones iniciales del dispositivo (capacitancia dispositivo)

y la transicin de no configurado a estados configurados. De irrupcin Una tpica del dispositivo dentro de las

especificaciones

7


corriente normalmente durar decenas de microsegundos y puede llegar a un pico de corriente de unos pocos

amperios. La figura 6 muestra acontecimiento corriente de entrada que pasa a pruebas de conformidad.

Irrupcin corriente

5 amperios! Pero slo por ~ 10usec. Este dispositivo pasa.

Figura 6. Corriente de conexin para el dispositivo USB que pasan las pruebas de

cumplimiento.

Un enfoque conservador para la proteccin de mltiples puertos con un solo elemento fusible es elegir un componente con un valor de disparo que es tres veces la carga mxima admisible, segn siempre y cuando se dispara antes de que el lmite mximo de 5A.

Por ejemplo, si un dispositivo de proteccin de sobre corriente se utiliza para proteger durante dos puertos

USB, y luego un nivel de disparo razonable sera 3A o mayor. Si se utiliza para un nico puerto, un viaje razonable valor sera de 1,5 o mayor.

2. La colocacin del dispositivo de proteccin contra corriente - Adecuada colocacin de sobre corriente dispositivo de proteccin tambin es importante para evitar el fracaso de cada. Figura 7a muestra

recomiendan sobre la colocacin del dispositivo de proteccin de corriente en un circuito de muestreo. Aqu la corriente a lo

largo dispositivo de proteccin se coloca aguas arriba (con respecto a la fuente de alimentacin) de la mayor parte

de bypass condensador de almacenamiento. La figura 7b muestra la colocacin incorrecta de la proteccin sobre

corriente dispositivo, colocado aguas abajo del condensador de almacenamiento a granel de derivacin. Esta colocacin

aade ESR adicional a la lnea entre el condensador de almacenamiento a granel de derivacin y el puerto USB, la mitigacin de su eficacia.

8


OC1

5V 5V Sus

Con indicador de situacin actual OC1

VCCV 1

4

Con indicador de situacin actual

5V Interruptor

Sobrecorriente Dispositivo de proteccin

Puerto1

5V 5V Sus

5V Interruptor

Sobrecorriente Dispositivo de proteccin

V CCV 1 Puerto1

220uF Gnd 4 220uF Derivacin Condensador

Gnd Derivacin Condensador

La Figura 7a. Correcta disposicin elemento

fusible. Figura 7b. Incorrecta diseo elemento fusible.

Es importante tener en cuenta que la proteccin-puerto individual ofrece una ventaja sobre mltiples puerto (se acopla con otro) la proteccin en que si un puerto falla, los otros puertos no se ven afectados. La

mayor costo diseos sensibles optan por la topologa se acopla con otro (ver figura 2).

Tenga en cuenta que algunos controladores de host USB, como el I / O Controller Hub Intel con integrada Hi-Speed USB (82801DB ICH4), requiere sobre la informacin actual para el anfitrin controlador (pines de entrada OC [05:00] #). Estas seales activan determinados bits correspondientes en

el USB se ha producido controladores para indicar que una condicin de sobrecorriente. Por favor, recuerde conectar correctamente estos ms banderas actuales.

3. Actuales 'Cops' - Algunos dispositivos de administracin de energa del puerto estn diseados para ser

"policas" actuales en que van a limitar, si el consumo de corriente sobrepasa ligeramente el consumo de energa 500mA lmite (el mximo que un dispositivo USB se deja de consumir) de alta potencia de bus- dispositivo alimentado. Esto har que viaje molestia durante la conexin en caliente de dispositivos

compatibles. Con dispositivos de proteccin no debe ser concebido como actuales "policas". Su principal funcin debe ser diseado para ofrecer una proteccin de seguridad.

3. El diseo de la cada de tensin

3.1. Qu es la gota de voltaje?

De acuerdo con la especificacin USB revisin 2.0, el voltaje de funcionamiento de los puertos USB debe permanecer en el rango de 4.75V a 5.25V, mientras que proporcione de 0A a 500mA por puerto. Para asegurar que todos los puertos de bajada cumplen con este requisito, una prueba de cada de tensin verifica el voltaje entre VBUS y GND est dentro del rango de 4.75V a 5.25V, cuando todos los puertos USB en el sis tema son totalmente (con carga 500mA por puerto) cargados, y tambin cuando no estn cargados todos los puertos USB en el sistema.

3.2. Elementos que contribuyen a la Cada de tensin

Hay algunas causas comunes de fallas en las pruebas de cada de tensin:

1. Potencia inadecuada alimentacin (consulte la seccin 3.2.1.) 2. Juego de cables de alimentacin del sistema excesivamente larga (ver seccin 3.2.1.).

9


3. 4. 5. 6. 7.

Regulacin de la carga de alimentacin deficiente sistema de alimentacin (consulte la seccin 3.2.1.). Subestimado sobre el dispositivo de proteccin de corriente (vase la seccin 3.2.2.). Insuficiente potencia rastro Ancho (vase la seccin 3.2.3.). Cuentas de ferrita excesivamente resistivas (ver seccin 3.2.4.). Calibre de cable inadecuada para VBUS y GND en el arns del conjunto de puerto USB (consulte la seccin 3.2.1.).

3.2.1. Fuente de alimentacin inadecuada o excesiva longitud del cable del arns

Mientras que el presupuesto para la cada de tensin en las placas base, es importante darse cuenta de que Power PC suministros a menudo varan en la potencia suministrada a la placa base. Dependiendo de la calidad del proveedor el control de la fuente de alimentacin de PC, los niveles de tensin suministrada a la placa base pueden variar (VNL = 4.95V, VNL = 5.1V, etc) de un proveedor a otro, as como sobre una base unitaria.

Es importante tener en cuenta que el uso de una fuente de alimentacin de PC que cumpla mnimamente la

ATX/ATX12V Poder Gua de alimentacin Diseo no es suficiente para superar los requisitos de USB. De acuerdo con la ATX especificacin, los voltajes de salida de corriente continua se mantendrn dentro de los rangos de regulacin de 5V

5% (4.75V a 5.25) cuando se mide en el extremo de carga de los conectores de salida de bajo toda la lnea, la carga y condiciones ambientales. Esto no es suficiente para superar los requisitos de USB desde una fuente de alimentacin que opera en el rango de tensin inferior tendr cero presupuesto izquierda para el enrutamiento placa base y cada de tensin componente. Se ha sabido para las placas base a tener ms de 350 mV de cada de tensin, por lo que requiere de alimentacin mnima 5.15V con el fin de pasar la prueba elctrica USB. Por favor, seleccione las fuentes de alimentacin con cuidado para que tengan suficiente tensin para el sistema /

placa base con el fin de pasar la prueba elctrica USB. Arneses de cables de energa de PC de suministro tambin se suman la cada de tensin debido a la resistencia asociada a la cables de conexin y se puede agregar una resistencia considerable si la longitud del mazo de cables es excesiva.

Tenga en cuenta que no existen requisitos especficos para las longitudes del arns de cables de salida. Idealmente, los cables deben ser

cortos para minimizar la impedancia elctrica y se recomienda que sean, al menos, 18 AWG (16 AWG para Configuraciones de 300W). 3.2.2. Underrated dispositivo sobre la proteccin actual

Como con la prueba de cada, el uso de un elemento fusible subestimado puede causar insuficiencia cada de

tensin. Un elemento fusible subestimado es probable que tenga una ms alta que la resistencia deseada, aadiendo as

excesiva cada de tensin en el componente. El PPTC comnmente utilizado en las placas base exposiciones aumento exponencial en la resistencia con aumento con respecto a la temperatura ambiente, lo que resulta en aumento de la cada de tensin. Dimensionamiento incorrecto aqu puede resultar en una falla de conformidad con

USB.

10


Resistencia Log () Resistencia Log ()

FUNCIONAMIENTO CON ALTA RESISTENCIA

RAT = 1,0@ I> 1A

R0.5- 0,7

PUNTO DE VIAJE RIL = 0,15@ I


Al seleccionar un elemento fusible reajustable de mayor categora, el diseador puede reducir an ms el

elemento fusible resistencia (RIL). Esto permitir una mejor presupuesto cada de tensin. A continuacin la tabla muestra algunas valores de ejemplo para un montaje en superficie PTC.

IHOLD (Un)

0,50 * 0,75 * 1,10 * 1,25 * 1,50 *

ITRIP (Un)

1,00 * 1,50 * 2,20 * 2,50 * 3,00 *

RIL ()

0,15 * 0,11 * 0,04 * 0.035 * 0.030 *

Tabla 1. Valores de funcionamiento de ejemplo para montaje superficial elemento fusible

reajustable. * NO TA: La tabla no real, los valores son usados slo con fines de demostracin! Revise la hoja de datos de su dispositivo para valores especficos.

3.2.3. Insuficiente potencia rastro Ancho

La causa ms comn de insuficiencia cada de tensin en el suministro de alimentacin USB es la resistencia asociada a la traza VBUS. Mientras que el presupuesto para la cada de tensin, el diseador debe tener en teniendo en cuenta la longitud de la traza, la corriente mxima que se suministra para el funcionamiento normal, y

el total de resistencia asociada con la traza VBUS. Hay muchas herramientas en la web que puede realizar ancho de traza, longitud, y los clculos totales de resistencia.

Por ejemplo, la fuerza de sustentacin de rastreo que suministra 3A, a una distancia de 20 pulgadas, 0,100 pulgadas

de ancho, con 2-oz de cobre en la capa exterior tendr una resistencia total de aprox. 0.046 y cada de tensin de 0.14. La misma huella en 0.050 pulgadas de ancho tendr una resistencia total de aprox. 0.09 y el voltaje gota de 0.28. Hacer trazas de potencia tan amplia como sea posible!

3.2.4. Perlas de ferrita excesivamente resistivas

Granos de ferrita (o reactancias de ferrita) se utilizan a veces en el camino de la corriente de placas base para cumplir EMI requisitos (interferencia electromagntica). La seleccin incorrecta de los granos de ferrita puede causar fracaso cada de tensin. En funcin de las dimensiones y de calificacin, cuentas de ferrita pueden presentar una

alta DC resistencias (DCR) a la mxima valoracin actual. Por ejemplo, una perla de ferrita en 1206 con envases mx. corriente nominal de 1000mA tendr 0.1 resistencia. Esto dar lugar a una cada de tensin de 0,1 V.

Perlas de ferrita se colocan nominalmente entre el condensador de derivacin y el pin puerto USB de VBUS.

12


3.3. Cada de tensin Presupuesto

Presupuestacin Cada de tensin es una tarea importante a tener en cuenta en el diseo de la entrega de potencia a los puertos USB. La Figura 9 muestra todas las reas que contribuirn a la cada de tensin en el puerto USB de un placa base. Mediante la determinacin de cada IR aproximado asociado con el mazo de cables, fusible reajustable elemento, el rango de tensin de funcionamiento admisible de la fuente de alimentacin de PC, a continuacin, el diseador

tendr algn sobra cada IR para determinar la anchura mnima de la huella VBUS para cumplir con el mnimo de 4,75 y Requisitos mximos 5.25V (Ecuacin 1).

ALAMBRE VBUS RUTA

SOBRE CORRIENTE PROTECCIN DISPOSITIVO

Yo PUERTO USB

RWH RVREG *

RPC

RTRACE RFUSE +

ALIMENTACIN PC SUMINISTRO

+

-

RLOAD

Si el voltaje del USB se utiliza regulador.

RESTO DEL PC

10 nominal 4.75V

-

La Figura 9. Las reas que contribuyen cada de tensin para el puerto USB en una placa

base.

Ecuacin 1 - Cada de tensin Presupuesto

5.25V VPC_PO WER_SUPPLY - [(me RWIRE_HARNESS) + (I RVBUS_TRACE) + (I RV REG) + (I RFUSE ELEMENT)] 4.75V

4. Consideraciones del Panel Frontal Diseo

Muchas placas base incluyen soporte para puertos USB que no se encuentran en la placa base (por ejemplo, frente Conectores del panel). Este apoyo se proporciona tpicamente por medio de pasadores de estaca en la placa base con un cable

que va a los conectores del panel frontal. Algunos cables tienen conectores USB integrados al final de ellos, otros soluciones tienen una tarjeta auxiliar de panel frontal separada donde se montan los conectores USB. La siguiente seccin proporciona pautas para asegurar el diseo cabecera del panel frontal de calidad para el panel frontal

diferente soluciones.

13


4.1. USB del panel frontal Cabecera Diseo y Pin de salida

Se recomienda un diez pines, montaje clavija de la estaca de 0,1 pulgadas. Cada cabecera 2x5 admite dos puertos. Figura

10 muestra un cabezal USB del panel frontal muestra y descripcin de salidas de patillas.

Perno 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nombre de la seal VREG_FP_USBPWR0 VREG_FP_USBPWR0 USB_FP_P0- USB_FP_P1- USB_FP_P0 + USB_FP_P1 + Suelo Suelo

Descripcin USB del panel frontal de alimentacin (Puertos 0,1) USB del panel frontal de alimentacin (Puertos 0,1) USB del panel frontal Puerto 0 Negativo Seal USB del panel frontal Puerto 1 Seal negativa USB del panel frontal Puerto 0 Seal positiva USB del panel frontal Puerto 1 Seal positiva

9 1

10 2 CLAVE USB_FP_OC Seal de sobrecorriente USB del panel frontal (Puertos 0,1)

(OPCIONAL - usado si se aporta elemento fusible en placa hija del panel frontal)

Figura 10 - Panel frontal USB encabezado de pines

4.2. Panel frontal Cabecera Enrutamiento y componentes de colocacin

Se recomienda que el dispositivo de proteccin de sobre corriente para la cabecera del panel frontal se incluy en el placa madre para evitar daos en la placa base. Esto debera aplicarse slo si el panel frontal solucin no incluye una tarjeta de conexin que incluye la proteccin contra sobrecorriente. Si un panel frontal especfico no se proporciona solucin de cable, que es ms seguro suponer la solucin panel frontal no proporcionar ms actual proteccin. Siendo este el caso, incluir la proteccin sobre corriente en el tablero y claramente documentar Se provee proteccin contra sobrecorriente en el tablero. Asegrese de colocar el dispositivo de proteccin contra

sobrecorriente aguas abajo del condensador de almacenamiento a granel de derivacin de modo de no provocar un fallo de cada.

VCC Sobre corriente dispositivo de proteccin

VBUS

CBYPASS 1 2

DM1 DP1 GND CLAVE

9 10

DM2 DP2 GND NC o OC [0:5] #

Figura 11 - Frente encabezado esquemtica USB del panel

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La ubicacin de la cabecera del panel de E / S frontal en la placa base debe tener en cuenta la longitud de traza en el tablero de la placa madre y la interfaz, as como la longitud del cable del panel frontal, de lo contrario la calidad de la

seal podra verse afectada. Consulte la Especificacin USB Revisin 2.0 y el panel frontal de E / S de conectividad Diseo Gua para los detalles y la informacin de prueba.

Al realizar el enrutamiento de las patillas del conector del panel frontal USB, siga estos enrutamiento consideraciones:

1. Las huellas o formas superficiales de VCC a los dispositivos de proteccin sobre corriente, a CBYPASS ya la pines de alimentacin del conector y tierra deben ser de al menos 50 milsimas de pulgada de ancho para garantizar

la corriente adecuada la capacidad de transporte. 2. No debe haber dobles vas en las redes de alimentacin y de tierra, y las longitudes de trazas debe mantenerse lo

ms corto como sea posible.

4.3. Conector de tarjeta de cable y

Hay dos opciones en el diseo de los conectores USB del panel frontal: el uso de un panel frontal combinada cable y solucin conector y el uso de una tarjeta de la tarjeta hija o conector, como se ve en las Figuras 12a y 12b.

Figura 12a. Cable combinado y solucin de conectores.

Figura 12b. Tarjeta de conexin con cables.

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En el diseo de la solucin de panel de cable / conector frontal combinados, los componentes EMI / ESD / fusibles tendr que ser colocado en la placa cerca de la cabecera del panel frontal. Las reglas en la Seccin 4.2 se aplican en el enrutamiento y la colocacin de los componentes.

Por otro lado, si el integrador de sistemas planea utilizar una tarjeta de conector, que es importante no tener duplicar componentes EMI / ESD / fusibles colocados en la placa base, ya que esto suele causar gota / inclinacin y la degradacin de la calidad de la seal o el fracaso. En el diseo de tarjeta de conexin, por favor, siga las siguientes pautas:

1. Coloque el bypass VBUS capacidad de almacenamiento a granel y componentes de supresin de la EDS en la tarjeta de conexin lo ms cerca posible a las patillas del conector. 2. Siga las mismas pautas de control de diseo, enrutamiento e impedancia como se especifica para placas base. 3. Minimizar la longitud de traza en la tarjeta conector del panel frontal. A menos de 1 pulgada de longitud de

pista es recomendada. 4. Utilice el acoplamiento mismo conector pin-out que se describi para la placa base en la Seccin 4.1.

4.4. Panel frontal de cableado

Cuando se disea para un cable de interfaz USB del panel frontal para ser utilizado en conjunto con el panel frontal de E / S tarjeta de interfaz y la tarjeta principal, es importante seguir las especificaciones de los cables adecuados. Los requisitos son figuran en la seccin 4.4 de la E / S Gua de diseo de conectividad del panel frontal. Tanto la longitud del cable y los cables

con una variacin de impedancia fuera de los lmites de especificacin USB podra hacer que los dispositivos USB del panel

frontal para dejar de funcionar de forma fiable. Por favor, consulte la gua de diseo de arriba para la seleccin adecuada de los cables .

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5. Conclusin

Este documento pretende ser una gua para el diseo de suministro de energa para los puertos USB en las placas base. En el

documento se aborda los problemas ms comunes que causan fallos en la prueba elctrica USB-IF y mtodos de diseo para prevenir este tipo de problemas.

Para la placa madre y la prueba de conformidad del sistema, pngase en contacto con uno de los Laboratorios de pruebas

independientes. Para el ltima informacin sobre las pruebas de USB-IF cumplimiento y requisitos de ensayo, por favor visite el USB-IF Programa de Cumplimiento sitio web.

Estas son guas adicionales que pueden ser tiles en el diseo de USB:

oUniversal Serial Bus Revisin 2.0 Especificaciones - http://www.usb.org/developers/data/usb_20.zip

o Instrucciones de diseo de la plataforma de alta velocidad USB - http://www.usb.org/developers/data/hs_usb_pdg_r1_0.pdf

oE / S Gua de diseo del panel frontal Conectividad - http://www.formfactors.org/developer/fpio_design_guideline.pdf .

oGua de fuentes de alimentacin ATX/ATX12V Diseo - http://www.formfactors.org/developer/specs/atx/atx12vPSDGV1.pdf .

oUSB-IF USB 2.0 Prueba elctrica Especificacin - http://www.usb.org/developers/data/compliance/USB-IF_USB_2.0_Electrical_Test_Spec.pdf

Si tiene alguna duda o comentario acerca de las reas analizadas en este documento, por favor enve todos correspondencia a [email protected].

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