USB3.1 Type-C 高速接口設計指南

USB Type-C，又稱USB-C，是一種通用串行總線（USB）的硬體接口形式，外觀上最大特點在於其上下端完全一致，與Micro-USB相比這意味著用戶不必再區分USB正反面，兩個方向都可以插入。

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談到形式，剛才所說的mini-USB和micro-USB也算是這樣，但這兩個相對於標準USB來說的。而這個標準USB，其實它的名字叫USB Type-A。

這個圖大致解釋了不同形式的USB，可以看到，不同版本（2.0/3.0）對應的這些接口是有差別的，基本上USB 3.0時代都是為了兼容USB 2.0才做成了這樣。

Type-A的USB 3.0和2.0形狀一致，並且設備也可以相互兼容，而Type-B就不同了，2.0版Type-B的接線可以插到3.0版接口上，但是反過來就不行。

USB 3.1分為Gen 1/Gen 2兩種，USB 3.1 Gen1是USB 3.0的改名，也就是說完全沒變化。市面上所有未提及Gen 1/Gen 2區分的，一般都代指USB 3.1 Gen2。

USB 3.1 Gen 2的帶寬為10Gbps，比USB 3.0高了一倍。

影音傳輸(USB AV)帶寬增大，匹及HDMI1.4。

電力輸出可達到100W。

編碼標準變化，從8b/10b升級為128b/132b，極大的降低了編碼損耗率。

雖然歷代USB都有防插反設計，但這並不能防止「大力出奇蹟」後的悲劇……於是乎這次從源頭解決問題，正反插都能用，再也不會遇到插USB時要試一次後才能插進去的尷尬。

如圖所示，typeC有24個引腳，每一邊12個。沒有連接時，兩邊的引腳定義是中心對稱的，所以typeC正反插時都是一個情況。當然這個定義不是一直都這樣的，連接後會根據識別情況發生變化。

支持替代模式（Alternate Mode/Alt Mode）

支持替代模式的前提，是機器已經搭載了支持USB PD協議的晶片，就是剛才提到的那個可以增大功率輸出的玩意。

表 1 和表 2 分別匯總了在 USB Type-C 型插座和插頭上所使用的信號列表。

Type-C接口有多種封裝，最麻煩的（Jacob's Opinion）是帶有EMI接地屏蔽的中置式貼片接口。通過對參考設計和EVM（評估模塊）中總結的一些技巧，幫助PCB設計工程師更快更容易的設計出符合規範的工程。

從Type-C接口供應商處獲取最新的封裝並仔細檢查。在理想情況下，與PCB電路板廠一起驗證接口的使用面積和平面度，為整版布局提供必要的參考。

對type-c接口進行扇孔處理。參照之前的設計文檔可以得知可以使用通孔8/16 mil過孔（沒有盲孔和埋孔）。

就設計規則而言，我們將最小間距設置為3mil（最差情況）並將我們的過孔放置在（頂部/底部）。確保通孔沒有碰到Type-C連接器上的焊盤，以避免「盤中孔」的出現。

在頂層和底層可以看到SSTX / RX這些差分對。由於這些是最重要的信號，因此要把這些差分線做特別處理，比如安全間距要滿足3W走線，蛇形等長，在等長時，為了匹配長度儘可能一樣而採用蛇形等長。而且儘可能確保阻抗計算的正確性。

為了滿足阻抗計算的結果，接下來要對SBU，USB2和CC1 / 2等信號做以下布線處理。

由於Type-C接口最大的載流為5A，所以我們在進行PCB設計時。我們使用以下兩種方法。

第一種是在內層使用相當大的平面來承載高電流。0.5盎司銅需要大約125毫米的銅寬度才能安全地滿足5A。

第二種方法是使用頂部/底部層來承載大部分電流（放置走線/從數據路徑傾瀉而出）約65mil的0.5盎司銅和鋪銅（0.5盎司）才能容易滿足5A。

一旦電源接近Type-C接口，就會在內層上兩次轉換，以使連接器下方的VBUS過孔並使用一組過孔將它們縫合到頂部/底部來進行鋪銅處理。

GND鋪銅。通過一些新打的過孔，把整個板子上出現的空白區域都可以用添加回流GND過孔，並且把整個模塊進行鋪銅處理。

以上6點內容同樣可以應用於其他Type-C接口的PCB設計中，把握好設計技巧後可以減少在Type-C系統上進行布局的時間。

除了這些規範外，我們考慮到EMC的問題，所以會在接口處添加相應的ESD器件來保護接口。