USB criteria and mechanicals

2024/03/13閱讀時間約 6 分鐘

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當我們討論到USB時，大家都知道USB對於一般的使用者來說是接觸性非常高的一個接口，舉凡手機、電腦、電視、收銀機….，都會使用到USB接口。雖然國際上已經定義了USB-C (USB type-C)是未來統一的一種接口，但就目前而言，USB connector的種類到底有幾種? 對於機構設計人員要特別注意的事項到底有哪些呢？在以往的實際案例中，接口的機構設計，最常發生的問題有以下狀況

1. 機構設計在PCB上沒有按照USB standards (USB criteria) 來擺放connector的位置而造成外部線材插頭 (plug)插不到connector的底部，進而影響了USB的訊號或電源不穩定或斷訊、斷電。

2. 機構設計沒有考慮到外部USB 線的緊固程度而造成外部線材插頭 (plug)鬆脫或鬆動，進而影響了USB的訊號或電源不穩定或斷訊、斷電。

3. 機構設計沒有考慮到USB connector和相鄰connector的距離，進而造成外部相鄰的線材插頭 (plug)有干涉的狀況。

4. 機構設計在PCB上擺放USB connector時，USB connector的 pin 腳太接近了PCB的板邊造成焊接不良、或是 pin 腳太接近相鄰connector的pin 腳而造成短路的情況。

5. 機構設計選用了錯的USB connector。

6. 機構設計把USB connector放在PCB上的另外一面、或者在3D圖上USB connector 沒有正確的貼放在PCB表面，錯誤的把USB connector 沉到了PCB內、或是浮在半空中。

7. PowerUSB connector的latch和機箱設計不搭配 (沒有讓位)，而造成了 Power USB 的 latch無法扣合。

8. Power USB 12V 和 24V的位置顛倒, 甚至造成I/O label 的印刷符號位置顛倒了。

9. 每種USB connector 的印刷符號必須按照USB standards 的規定來印製 (或 molding icon、或stamping icon)。

10. 如前面發表的文章中所提的事項，未做 TA 所造成的 mechanical mistake。

至於USB cable (USB 線) 的長度限制，在規格上是沒有定義的。也就是說，USB 的訊號傳輸，不會因為線材的長度而會有衰減的狀況。

以機構外觀形狀來區分的話，在目前的市面上比較 popular的USB cords種類有 Micro USB、Mini USB、standard type-A USB、standard type-B USB、Power USB、Proprietary USB、standard-A-like receptacle(non-compliant)。很重要的幾個動作是....

1. 各種的USB connector 和 USB plug必須儲存到3D library。特別注意的這些儲存到library裡的component 3D圖必須按照USB規範建立.並且和PCB layout 部門的engineer 確認 foot-print。

2. Library 中的component 3D圖，也可以按照各個廠商的型號來建立，

例如 CONN_USB2_FOXCONN-A102.prt

例如 CONN_USB2_MOLEX-13532.prt

3. 這些3D 圖面在導入專案時，必須再次核對廠商來的connector 3D是不是有特殊的 featiure，同時確認客戶的外接cable plug是不是有特殊的feature(特徵)。

4. 當收到 Product spec 時，必須確定USB的種類，並核對導入到專案的component 3D是正確的。

5. 除了要確認USB connector 3D圖放置到PCB 3D圖時要避免以上的錯誤之外，還必須確認外部USB 線材的插頭作業空間。例如: Power USB cable 的插頭 unlock時，手指需要的操作空間，Power USB cable 插頭的扣勾所需要在機箱的feature。

6. 如果專案中，客戶(或product spec中)有指定使用USB dongle (如大拇哥硬碟)，機構設計人員必須要到該dongle的尺寸圖或3D圖。

7. USB-C cable的拉拔力很小，必要時請採用有螺絲的 cable plug，也必須在機箱上做出螺牙孔特徵。這也是一個重要的 TA item 之一。

8. PCB co-lay (co-layout)必須用導入不同廠商的USB connector時，相關位置也必須follow USB standards。

9. 對於每一種的USB connector的電器功能，機構設計人員也必須做確認，避免擺放的位置和電器功能相衝突。

雖然未來對於USB 的應用都會被統一成USB-C，但是其他種類的USB在短期內還是會被應用，所以建議各位朋友還是必須對各種 USB 的規格多加了解。