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[参考译文] PCM2901:USB 数据在极短距离内损坏

Guru**** 2455560 points
Other Parts Discussed in Thread: PCM2901, TUSB2036

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/1327245/pcm2901-usb-data-corruption-over-very-short-distance

器件型号:PCM2901
主题中讨论的其他器件: TUSB2036

在这里认真检查我的发现。 最近、我在几种设计型号中使用了 PCM2901、大多数情况下它都没有出现问题。 但是、我偶尔会遇到器件无法枚举的问题。  用手指触摸器件附近的器件或对芯片进行回流通常会恢复功能。

在本例中 、PCM2901 通过22Ω 串联电阻连接到 TUSB2036集线器上的下行端口。 对于 D-、总线长度为12.0mm、对于 D+、总线长度为10.3mm。 集线器上的另一个器件(ATmega16U2)从未出现 USB 问题。

我碰巧在我的工作台上有一个原型、能够可靠地表现出无法枚举的问题。 我预计这会是电源定序的问题、因此我开始仔细研究数据和轨信号、看看我是否可以找出这个问题。 令我惊讶的是、我发现:

 在 D- Net 上使用10倍探头时、枚举完全成功、在没有探头的情况下、枚举为0%。 在附加后加电、附加下加电方面都是如此、甚至在一切都启动并运行的时候也是如此。  修改电源序列、连接时序或总线复位行为没有区别。

我在任何数据线路上都看不到任何信号完整性问题。 似乎有很大的余量。 当然、由于测量行为消除了问题、因此无法直接测量故障场景。

我在 D-网络中增加了22pF 电容、不再有枚举问题。

那么我的问题是、 PCM2901在负载非常轻的总线中驱动过硬、是否会导致数据完整性问题? 我质疑 PCM2901的原因是、我可能发现的唯一信号完整性问题的迹象是、当我关闭示波器上的带宽滤波器并捕获到总线上的 RX/TX 事件时:

此处、通道1 (黄色)是上游(从集线器到主机) D-、通道2 (青色)是上游 D+、通道3 (品红色)是下游(在集线器和 PCM2901之间) D-、通道4 (蓝色)是下游 D+。 我很确定光标左侧(x 轴中点)的数据是从主机到器件的数据(因为上游信号表现出电缆噪声迹象、而下游端口转换稍迟一些)。 而在光标右侧、则是从器件到主机(因为上游信号与本地3.3V 电源更一致、并且下游端口转换稍早一些)。 请注意、上行端口上的共模电压偏移衰减可能是由于 USB 和接地之间存在铁氧体磁珠。

 由于探头环路面积较大(即接地线夹连接到~5cm 远的接地端)、因此高频成分应大部分考虑噪声。 但我认为重要的是、器件到主机的转换比另一个方向具有更多的过冲和振铃。 我已经圈出了下游 D-信号上的过冲和下冲示例。

布线未完全控制阻抗、因为我们仅讨论全速通信、 而且布线非常短、因此串联电阻和引脚终端始终占主导地位。 但出于完整性考虑、 我在连续的接地层上使用了0.4mm 迹线、0.2mm 间距。 根据该计算器、这给出了90.6Ω 差分阻抗、

实际布局如下图所示。 我画了蓝绿色的 D-和蓝色的 D+。 PCM2901位于顶部、TUSB2036位于底部。 串联电阻位于中间、D+上的1.5kΩ 上拉电阻关断至右侧。

有人看到过这样的行为吗? 它看起来是否合理? PCM2901是否是特别硬的发送器? 少量高频振铃是否可能导致枚举失败? 短总线上的振铃是否是已知问题、分立式总线电容是否是已知的缓解措施? 我不熟悉 USB 通信信号的诊断、因此也很感谢在该领域提供任何指导。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Heath!

    我们还没有看到与 PCM2901驱动强度相关的问题、我在数据表中看不到任何电容要求的提及。 添加电容器似乎会滤除上行流量中看到的噪声/振铃、这就是为什么枚举会成功的原因。 添加您的手指可以解决问题(端接)的类似原因。 如果铁氧体磁珠影响总线的共模、它也与我有关。 PCM2901应用图中没有该电感器。

    遗憾的是、PCM2901和 TUSB2306属于不同的团队、因此对于后者、我不太擅长。 但是、您是否仔细检查了 TUSB2306的布局指南? 我也很好奇、如果您切换 PCM2901器件、您能看到相同的情况吗?

    此致、
    J·麦克弗森

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    好的、很高兴知道、谢谢您。 铁氧体位于 连接至外部世界的上游端口的接地引脚上。 我同意这种模式比人们想象的更常见、但它仍在0.8-2.5V USB 规格范围内、似乎不会引起问题(因为它会影响所有 USB 通信)。 之所以会出现这种情况、是因为我遇到了板载其他器件在首次连接 USB 时对接地偏移过于敏感的问题、而且实际上在 早期版本的电路板上也没有出现枚举问题。 一个要注意的,虽然-我可以很容易地把它短路,以测试理论。

    TUSB2036数据表规定:

    所有 USB DP、DM 信号对都需要约27Ω 的串联电阻器来确保正确端接。 为了实现 EMI 抑制、建议使用一个大约22 pF 的可选滤波电容器。 根据 USB 规范的第7.1.6节、如果使用了该电容器、则必须将其放置在集线器端子和串联电阻器之间。

    这是完全有意义的、不会发射任何额外的光。  我也非常严格地遵循了很多关于布局的其他合理指导。 我现在看到的一条准则是"差分对不应超过50密耳相对布线长度的差异"、这违反了规范。  我的速度约为67密耳、但我不得不想知道~10ps 的传播差异 会产生什么。

    您的意思是"如果切换 PCM2901器件"? 您是说更换芯片吗? 我 在使用此芯片的几个电路板上都遇到过枚举问题、但这是我最先看到的问题。 这是 新布局的第一个原型、我不知道电路板之间的一致性是否一致。 但 具有一个不可靠的测试对象是一个有用的测试用例。

    您是否具有已知良好枚举事件的任何波形? 我真的不知道事件的顺序应该是什么,所以很容易知道 它是什么样的,这样我就不去追逐鬼。

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    您好、Heath!

    我的意思是更换芯片、但似乎这个问题更可能取决于您到目前为止的描述。

    我没有任何 USB 波形、但您看到的蓝色/紫色与青色/黄色波形的示波器截图可以很好地参考。 您可以仔细检查 PCM2901上的逻辑电平规格、以查看该噪声是否违反逻辑阈值并导致错误。

    此致、
    J·麦克弗森

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    好的。 我担心逻辑阈值的评估会引发鬼影-从根本上说、"眼图"在两个轴上都能令人满意。 噪声太短且高频、无法(a)很好地测量、以及(b)与阈值有很大差异。 所以我会粗略地寻找其他一些情况的证据、比如由于振铃或其他因素导致的协议断续。

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    我不是一个很强的 USB 专家、不知道引线长度是否会导致问题发生、 但我认为您看到的现象是两个器件之间的驱动强度差异、但我不确定具体的值、因为振铃仅在一个方向上发生。 如果额外的电容可保持强大的眼图和一致的枚举(尤其是在多个电路板上)、我认为这是一个强大的解决方案。 额外的电容/端接可解决此问题。 我也建议你满足差分对长度的要求、即使我怀疑这是这个具体问题的关键所在。

    此致、
    J·麦克弗森