若無USB夾具幫忙，PCB改板也枉然！
發(fā)布時間：2021-03-08 18:02
作者：一博科技高速先生自媒體成員 黃剛
通過一個很費(fèi)成本的案例告訴大家USB夾具對于定位USB相關(guān)產(chǎn)品問題的有效性、準(zhǔn)確性以及便捷性。
要是看現(xiàn)在高速發(fā)展的進(jìn)程，我們正在從成熟25Gbps到逐漸推廣的56Gbps到對112Gbps的研發(fā)慢慢推進(jìn)。在這一條高速的道路上，USB3.0對應(yīng)的5Gbps已經(jīng)不算很高速的協(xié)議了。不過從行業(yè)的細(xì)分來看，USB的產(chǎn)品依然占有重要的地位，高速先生團(tuán)隊見過的USB設(shè)計和案例也不在少數(shù)。USB的設(shè)計也有他們自身的特點(diǎn)和難點(diǎn)，一般來說USB產(chǎn)品要通過USB連接器或者USB線纜來和主控設(shè)備連接，所以一旦出現(xiàn)問題，其實(shí)是不好去定位到底是哪一部分的問題，高速先生今天就給大家分享一個解決過程很復(fù)雜但是解決方案很簡單的案例。
高速先生從去年開始進(jìn)軍通用夾具的開發(fā)，在第一期宣傳的高速先生文章中，大家看到了我們已經(jīng)做出來的各種標(biāo)準(zhǔn)的夾具。其實(shí)也吸引了不少我們高速先生粉絲的關(guān)注，而且還有不少粉絲還是帶著問題來關(guān)注的。例如有一天我們收到了一位粉絲的求助，內(nèi)容如下：
這位粉絲通過我們當(dāng)?shù)胤植康氖袌鋈藛T聯(lián)系上了我們高速先生團(tuán)隊，并和我們更深入的描述了他們遇到的這個USB設(shè)備的問題。原來客戶的產(chǎn)品是一個USB的設(shè)備，通過cable和主控設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系通信，在這個過程中，USB3.0只能跑到2.0，運(yùn)行3.0時總是有誤碼，而且他們已經(jīng)連續(xù)改了2版PCB的設(shè)計依然沒有解決問題。我們這邊內(nèi)部討論了下，認(rèn)為我們有USB的夾具，看看能不能通過測試來定位到真正的問題。于是就讓客戶把他們的USB設(shè)備產(chǎn)品和配套的cable寄過來我們實(shí)驗(yàn)室，我們來進(jìn)行測試分析。
我們看到客戶的產(chǎn)品和cable大概是下面的樣子，為了保密需求，高速先生稍微模糊處理一下下哈。
我們看到除了本身的USB設(shè)計板之外，配套的cable是一條type A轉(zhuǎn)type B的線纜，也就是像下面這樣的線纜。
其中和客戶的USB產(chǎn)品連接的一頭是type B，和主控設(shè)備連接的是type A，高速先生剛好是有type A的夾具，于是利用網(wǎng)絡(luò)分析儀和夾具把測試環(huán)境搭起來，就是下面這個樣子了。
這個時候我們就能夠從夾具開始一直測試到USB設(shè)備上主芯片里面，包括和夾具的阻抗，USB線纜的阻抗，USB連接器的阻抗，USB設(shè)備上PCB走線的阻抗等。
我們先看看客戶的兩個版本的PCB走線的情況，阻抗如下：
可以看到，兩個版本的PCB設(shè)計都是可以的，控制90歐姆的阻抗也在±10%左右，而且對于5Gbps的速率來說，信號是具有一定裕量的，高速先生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為肉眼見不到的大問題一般來說都不會是導(dǎo)致誤碼的原因，因此我們判斷客戶的PCB設(shè)計應(yīng)該是OK的，可能不是主要的原因。
因此我們除了看PCB的阻抗外，還把目光放在整個鏈路中去，就在這不經(jīng)意間，我們發(fā)現(xiàn)了整個鏈路的阻抗有一個很低的點(diǎn)。無論是TX還是RX信號都存在這個阻抗低點(diǎn)。
高速先生隱約感覺到找到關(guān)鍵的原因了，但是我們需要確定這個低點(diǎn)是我們本身夾具里面的還是與客戶產(chǎn)品配套的線纜的。因此我們又做了這樣一個測試，把type A的這一頭進(jìn)行open測試，和之前連接的狀態(tài)進(jìn)行對比，就能知道這個低點(diǎn)是在哪個部分了。
果然通過這個做法，從下圖的結(jié)果看，就證明了低點(diǎn)來自線纜內(nèi)部靠近A頭連接器的位置，換句話說也就是線纜的問題了。
然后我們還做了另外一個很有意思的事情，也就是我們另外拿（mai）來一根同樣的type A轉(zhuǎn)type B的線纜，比之前的長，之前是半米，現(xiàn)在這根是1米的，我們同樣來測試下A頭這個位置，看是不是有同樣的阻抗低點(diǎn)。
結(jié)果出乎高速先生的意料，另外一根線纜阻抗并沒有這個低點(diǎn)，連續(xù)性明顯更好。
于是我們就和客戶提供了一個可行的方案，讓他們試下用我們這根USB線纜，看看是否有改善。
果然客戶再嘗試完之后，也給出了我們想要的答案。
最后再簡單回顧下這個案例，從最終的結(jié)果上看，其實(shí)優(yōu)化的方法是很簡單的，也就是換一條USB的cable。但是我們看看整個解決的過程就會發(fā)現(xiàn)，如果沒有USB的夾具，你無法定位到是cable的問題，也無法精確的換一條性能好的cable來代替，可能你只會不斷的進(jìn)行USB設(shè)備板子的改版，不僅浪費(fèi)成本和時間，最后還無法解決問題，因?yàn)閏able還是差的cable，問題是出在線纜上并不是出在USB板子上，要找到問題才能解決問題。
最后給出我們這塊USB type A 夾具的技術(shù)指標(biāo)：
