USB2.0 和 USB3.0 接口 PCB 布局布线：核心要求与技术细节

USB，即通用串行总线，是连接外部装置的串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。它被广泛应用于个人电脑、移动设备等信息通讯产品，还扩展到摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等领域。USB2.0 接口具有高达 480Mbps 的传输速率，而 USB3.0 的最大传输带宽更是高达 5Gbps，并且引入了全双工数据传输。在电子设计中，USB 接口的布局和布线有着严格的设计要求。

USB2.0 及 USB3.0 接口管脚定义如图 1 所示。

图 1 USB 2.0 与 USB 3.0 管脚定义

一、USB 接口的 PCB 布局要求

1.位置布局：USB 接口应靠近板边或根据结构定位放置，除直插接口外，需伸出板边一定位置，这样做是为了方便用户插拔设备，提高使用的便捷性。

2.器件放置：ESD（静电放电保护）、共模电感器件应靠近 USB 接口，放置顺序为 ESD - 共模电感 - 阻容。同时，要注意 ESD 和 USB 接口之间需留有一定间距，充分考虑后焊的情况，以保证焊接工艺的顺利进行。

3.差分线路优化：在布局时，应尽量使差分线路最短，缩短差分线距离。这是因为较短的差分线路可以减少信号干扰和衰减，提高信号传输的稳定性。

二、USB 接口的 PCB 布线要求

1.差分走线与阻抗控制：USB 要走差分线，阻抗控制为 90 欧姆，并进行包地处理。包地处理可以有效减少外界干扰对信号的影响。总长度最好不要超过 1800mil，以降低信号传输过程中的损耗。

2.走线长度与换层控制：应尽可能缩短走线长度，优先对高速 USB 差分（RX、TX 差分）进行布线。在走线过程中，要尽量减少换层过孔，因为过孔会造成线路阻抗的不连续，增加信号反射的风险。减少换层过孔可以更好地控制阻抗，保证信号的完整性。

3.回流地过孔设置：在每次打孔换层的地方，需要加一对回流地过孔，用于信号回流换层。这有助于维持信号的稳定传输，减少信号失真。

4.保护地处理：若 USB 两边定位柱接的是保护地，分割时要保证与 GND 的距离是 2MM，并在保护地区域多打孔，以保证充分连接。如图 2 所示，这样可以提高接地的可靠性，增强电磁兼容性。

图 2 外壳 GND 和信号 GND 的隔离

5.差分线长匹配：由于管脚分布、过孔以及走线空间等因素，差分线长容易出现不匹配的情况。布线长度不匹配会导致时序偏差，引起共模干扰，降低信号质量。因此，需要对差分对不匹配的情况进行补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在 5mil 以内，补偿按照差分等长规范进行。

USB2.0 与 3.0 的 PCB 布线要求对比如下表 1 所示：

表 1 USB2.0 与 USB 3.0 的 PCB 布线要求

图 3 USB 2.0 的布局与布线

图 4 USB 3.0 的布局与布线

三、Type - C 接口的 PCB 设计

USB Type - C，又称 USB - C，它只是一种接口，与 USB 的版本并无关联。该接口的亮点在于更加纤薄的设计、更快的传输速度（最高 10Gbps）以及更强悍的电力传输（最高 100W）。Type - C 双面可插接口最大的特点是支持 USB 接口双面插入，主要面向更轻薄、更纤细的设备。以下如图 7 - 23 所示，为 Type - C 接口的管脚定义。

图 7 - 23 Type C 接口的管脚定义

Type - C 接口的 PCB 设计要求如下：

1.器件放置：ESD、共模电感器件靠近 Type - C 接口，放置顺序是 ESD→共模电感→阻容。同样要注意 ESD 和 Type - C 的距离，留有一定间距，考虑后焊情况。

2.耦合电容设置：TX 信号线的耦合电容应靠近接口放置，RX 信号线的耦合电容由设备端提供。

3.阻抗控制与换层限制：Type - C 差分走线阻抗控制在 90ohm±10％，为保证阻抗的连续性，需要有良好的参考平面且不跨分割。信号打孔换层时数量不超过 2 个，以减少阻抗变化对信号的影响。

4.差分信号走线要求：Type - C 有 RX/TX1 - 2 四组差分信号，两组 D + /D - 差分信号，一共六对差分线。差分信号线要求至少紧邻一个地平面，两侧都紧邻地平面最好，走线尽量短，最长不要超过 6inchs，以降低信号干扰和衰减。

5.线长匹配与间距要求：要保证 Type - C 差分线长匹配，对内等长误差 < 6mil，等长按照差分等长规范。同时，要保证 Type - C 差分对于对间或者差分对于其他信号的影响，对内间距建议是大于等于 4 倍 Type - C 线宽，与其他信号之间的间距保持尽量大于等于 4 倍 Type - C 线宽。

6.关键引脚处理：CC1/CC2 是两个关键引脚，作用众多，如探测连接、区分正反面、区分 DFP 和 UFP（主从配置 Vbus）等。走线时需要对其进行加粗处理，以保证信号传输的稳定性。

需要注意的是，当 Type - C 连接器工作速率≥8Gbps 时，连接器优化建议进行设计处理。

图 7 - 24 Type - C 连接器布线示意

无论是 USB2.0、USB3.0 还是 Type - C 接口，在 PCB 布局布线设计中都需要严格遵循相应的要求，以确保接口的性能和稳定性，满足电子设备日益增长的高速数据传输和电力传输需求。