USB3.1高速接口设计指南

USB Type-C，又称USB-C，是一种通用串行总线（USB）的硬件接口形式，外观上最大特点在于其上下端完全一致，与Micro-USB相比这意味着用户不必再区分USB正反面，两个方向都可以插入。

01USB分类

谈到形式，刚才所说的mini-USB和micro-USB也算是这样，但这两个相对于标准USB来说的。而这个标准USB，其实它的名字叫USB Type-A。

这个图大致解释了不同形式的USB，可以看到，不同版本（2.0/3.0）对应的这些接口是有差别的，基本上USB 3.0时代都是为了兼容USB 2.0才做成了这样。

Type-A的USB 3.0和2.0形状一致，并且设备也可以相互兼容，而Type-B就不同了，2.0版Type-B的接线可以插到3.0版接口上，但是反过来就不行。

02Type-C有功能和特性

USB 3.1分为Gen 1/Gen 2两种，USB 3.1 Gen1是USB 3.0的改名，也就是说完全没变化。市面上所有未提及Gen 1/Gen 2区分的，一般都代指USB 3.1 Gen2。

USB 3.1 Gen 2的带宽为10Gbps，比USB 3.0高了一倍。

影音传输（USB AV）带宽增大，匹及HDMI1.4。

电力输出可达到100W。

编码标准变化，从8b/10b升级为128b/132b，极大的降低了编码损耗率。

03Type-C专属特性

1F支持正反插

虽然历代USB都有防插反设计，但这并不能防止“大力出奇迹”后的悲剧……于是乎这次从源头解决问题，正反插都能用，再也不会遇到插USB时要试一次后才能插进去的尴尬。

如图所示，typeC有24个引脚，每一边12个。没有连接时，两边的引脚定义是中心对称的，所以typeC正反插时都是一个情况。当然这个定义不是一直都这样的，连接后会根据识别情况发生变化。

2F支持替代模式（Alternate Mode/Alt Mode）

支持替代模式的前提，是机器已经搭载了支持USB PD协议的芯片，就是刚才提到的那个可以增大功率输出的玩意。

04Type-C接口引脚定义

表 1 和表 2 分别汇总了在 USB Type-C 型插座和插头上所使用的信号列表。

05Type-C 版本对比及载流

06PCB布局布线指南

Type-C接口有多种封装，最麻烦的（Jacob‘s Opinion）是带有EMI接地屏蔽的中置式贴片接口。通过对参考设计和EVM（评估模块）中总结的一些技巧，帮助PCB设计工程师更快更容易的设计出符合规范的工程。

（1）

从Type-C接口供应商处获取最新的封装并仔细检查。在理想情况下，与PCB电路板厂一起验证接口的使用面积和平面度，为整版布局提供必要的参考。

（2）

对type-c接口进行扇孔处理。参照之前的设计文档可以得知可以使用通孔8/16 mil过孔（没有盲孔和埋孔）。

就设计规则而言，我们将最小间距设置为3mil（最差情况）并将我们的过孔放置在（顶部/底部）。确保通孔没有碰到Type-C连接器上的焊盘，以避免“盘中孔”的出现。

（3）

在顶层和底层可以看到SSTX / RX这些差分对。由于这些是最重要的信号，因此要把这些差分线做特别处理，比如安全间距要满足3W走线，蛇形等长，在等长时，为了匹配长度尽可能一样而采用蛇形等长。而且尽可能确保阻抗计算的正确性。

（4）

为了满足阻抗计算的结果，接下来要对SBU，USB2和CC1 / 2等信号做以下布线处理。

（5）

由于Type-C接口最大的载流为5A，所以我们在进行PCB设计时。我们使用以下两种方法。

第一种是在内层使用相当大的平面来承载高电流。0.5盎司铜需要大约125毫米的铜宽度才能安全地满足5A。

第二种方法是使用顶部/底部层来承载大部分电流（放置走线/从数据路径倾泻而出）约65mil的0.5盎司铜和铺铜（0.5盎司）才能容易满足5A。

一旦电源接近Type-C接口，就会在内层上两次转换，以使连接器下方的VBUS过孔并使用一组过孔将它们缝合到顶部/底部来进行铺铜处理。

（6）

GND铺铜。通过一些新打的过孔，把整个板子上出现的空白区域都可以用添加回流GND过孔，并且把整个模块进行铺铜处理。

以上6点内容同样可以应用于其他Type-C接口的PCB设计中，把握好设计技巧后可以减少在Type-C系统上进行布局的时间。

除了这些规范外，我们考虑到EMC的问题，所以会在接口处添加相应的ESD器件来保护接口。