一种usb转换芯片链路结构及pcb板
技术领域
1.本发明涉及usb转换芯片链路领域，具体涉及一种usb转换芯片链路结构及pcb板。
背景技术：
2.在pc（personal computer，个人计算机）设计中，系统配置日趋多样化，比如对于usb 链路，有的客户需求需要其支持键盘开机功能。在这种情况下，主板设计厂商会通过增加usb转换芯片，在不同阶段选择不同的通路。比如在系统上电的初始阶段，usb转换芯片将usb i/o接口芯片与mcu芯片相连，键盘发出的信号通过usb i/o接口芯片传递至mcu芯片，mcu芯片协助进行开机操作。当系统开机以后，usb转换芯片将usb i/o接口芯片与cpu芯片相连，以实现usb i/o接口芯片与cpu间的正常信号传输。
3.为了实现上述功能，当前主流设计拓扑如图1所示，其中usb 转换芯片包含三个端口，其中一个公共端口连接到usb i/o接口芯片,另外两个端口分别连接到mcu芯片和cpu芯片。usb转换芯片可以根据系统上电状态选择哪个端口与公共端口相连，以实现键盘开机功能。
4.虽然这种设计方法在原理上可以实现该功能，但在实际的pcb设计时会遇到困难。如图2所示，由于usb链路为差分链路，差分信号包含dp（差分信号正极）和dn（差分信号负极）两根信号线，在整个链路中需保证不同芯片之间dp始终与dp相连，dn始终与dn相连，不能进行极性反转（即dp与dn相连）。通常在主板设计时，cpu芯片和usb i/o接口芯片距离usb转换芯片较远，而mcu 芯片距离usb转换芯片较近，且mcu芯片与usb转换芯片都在pcb的正面。在这种情况下，usb转换芯片与其接近的mcu 芯片为了保证dp与dp相连，dn与dn相连，需要将信号换层。比如mcu芯片的信号在pcb表层出来后，无法直接和usb转换芯片相连（出现dp和dn 交叉）,信号需要先换到另一层，随后在接近usb转换芯片处再换到表层，实现与usb转换芯片的互连。这种设计方法虽然满足了usb的设计要求，但由于信号需要换两次层面，链路中增加了两个过孔，不仅占用更多的pcb空间，而且引入额外的阻抗不连续点，对信号质量产生影响，增加设计风险。
技术实现要素：
5.为解决上述问题，本发明提供一种usb转换芯片链路结构及pcb板，将usb转换芯片的dp和dn极性反转，避免usb转换芯片与其他芯片之间的信号换层，提高板卡空间利用率，同时减少链路过孔数量，提升信号质量，降低系统设计风险。
6.第一方面，本发明的技术方案提供一种usb转换芯片链路结构，包括与usb转换芯片在同一pcb板层的第一目标芯片，usb转换芯片与第一目标芯片之间通过差分信号通信；且usb转换芯片位于第一目标芯片左侧；usb转换芯片的右侧边设置第一usb转换信号端口，第一usb转换信号端口包括位于上侧的第一usb转换差分信号负极端口和位于下侧的第一usb转换差分信号正极端口；第一目标芯片的上侧边设置第一目标信号端口，第一目标信号端口包括位于左侧
的第一目标差分信号正极端口和位于右侧的第一目标差分信号负极端口；第一usb转换差分信号负极端口通过在usb转换芯片所在pcb板层上走线与第一目标差分信号负极端口连接；第一usb转换差分信号正极端口通过在usb转换芯片所在pcb板层上走线与第一目标差分信号正极端口连接。
7.进一步地，usb转换芯片与第一目标芯片之间的距离小于阈值。
8.进一步地，还包括第二目标芯片，第二目标芯片与usb转换芯片位于pcb板的不同层或者位于pcb板的同一层且两者之间的距离大于阈值；第二目标芯片与usb转换芯片之间通过差分信号通信，且第二目标芯片与usb转换芯片的连接链路上设置有过孔。
9.进一步地，usb转换芯片的上侧边设置第二usb转换信号端口，第二usb转换信号端口包括位于左侧的第二usb转换差分信号负极端口和位于右侧的第二usb转换差分信号正极端口；第二目标芯片设置有第二目标信号端口，第二目标信号端口包括第二目标差分信号正极端口和第二目标差分信号负极端口；第二usb转换差分信号负极端口通过过孔走线与第二目标差分信号负极端口连接；第二usb转换差分信号正极端口通过过孔走线与第二目标差分信号正极端口连接。
10.进一步地，还包括usb i/o接口芯片，usb i/o接口芯片与usb转换芯片位于pcb板的不同层或者位于pcb板的同一层且两者之间的距离大于阈值；usb i/o接口芯片与usb转换芯片之间通过差分信号通信，且usb i/o接口芯片与usb转换芯片的连接链路上设置有过孔。
11.进一步地，usb转换芯片的下侧边设置公共端信号端口，公共端信号端口包括位于左侧的公共端差分信号负极端口和位于右侧的公共端差分信号正极端口；usb i/o接口芯片设置有i/o信号端口，i/o信号端口包括i/o差分信号正极端口和i/o差分信号负极端口；公共端差分信号负极端口通过过孔走线与i/o信号差分信号负极端口连接；公共端差分信号正极端口通过过孔走线与i/o信号差分信号正极端口连接。
12.进一步地，第一目标芯片为mcu芯片，第二目标芯片为cpu芯片。
13.第二方面，本发明的技术方案提供一种pcb板，配置有上述任一项所述的usb转换芯片链路结构。
14.本发明提供的一种usb转换芯片链路结构及pcb板，相对于现有技术，具有以下有益效果：更改usb转换芯片的差分信号正极和差分信号负极定义，在满足usb转换芯片链路要求的前提下，保证usb转换芯片与其他芯片的正确互联，减少了链路中过孔个数，减少了过孔带来的阻抗不连续效应，减低信号完整性问题，提升系统可靠性。
附图说明
15.为了更清楚的说明本技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为当前usb键盘开机的usb转换芯片链路拓扑结构示意图。
17.图2为当前usb键盘开机的usb转换芯片与mcu芯片链路结构示意图。
18.图3为本发明提供的一种usb转换芯片链路一实施例结构示意图。
19.图4为本发明提供的一种usb转换芯片链路一实施例结构示意图。
20.图5为本发明提供的一种usb转换芯片链路一实施例结构示意图。
21.图6为usb转换芯片工作原理示意图。
具体实施方式
22.本发明的核心是，针对当前usb转换芯片设计拓扑会在链路中引入两个过孔，而usb 协议不支持有源器件的dp dn信号极性反转，无法消除此过孔的问题，本设计方案借助usb转换芯片器件的无源特性，即usb转换芯片不会识别dp和dn, 更改usb转换芯片的端口的极性，同时通过pcb的设计保证链路的正确互连，达到优化usb 链路的目的，可有效减少过孔对信号的影响，提升系统可靠性。
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.实施例一如图3所示为本实施例一提供的一种usb转换芯片链路结构示意图，包括usb转换芯片和第一目标芯片，usb转换芯片和第一目标芯片在同一pcb板层，usb转换芯片与第一目标芯片之间通过差分信号通信，且usb转换芯片位于第一目标芯片左侧。
25.其中，usb转换芯片与第一目标芯片之间通过差分信号通信，需要将usb转换芯片的差分信号负极端口与第一目标芯片的差分信号负极端口连接，usb转换芯片的差分信号正极端口与第一目标芯片的差分信号正极端口连接。
26.因usb转换芯片与第一目标芯片在同一pcb板层，且usb转换芯片位于第一目标芯片左侧，一般usb转换芯片右侧边的差分信号端口与第一目标芯片的上侧边差分信号端口连接。
27.为保证链路可正常互联，且减少过孔，本实施例使usb转换芯片的右侧边设置第一usb转换信号端口，第一usb转换信号端口包括位于上侧的第一usb转换差分信号负极端口和位于下侧的第一usb转换差分信号正极端口，同时第一目标芯片的上侧边设置第一目标信号端口，第一目标信号端口包括位于左侧的第一目标差分信号正极端口和位于右侧的第一目标差分信号负极端口。将第一usb转换差分信号负极端口通过在usb转换芯片所在pcb板层上走线与第一目标差分信号负极端口连接；第一usb转换差分信号正极端口通过在usb转换芯片所在pcb板层上走线与第一目标差分信号正极端口连接。
28.相对于现有的拓扑，本实施例更改usb转换芯片的差分信号正极和差分信号负极定义，在满足usb转换芯片链路要求的前提下，保证usb转换芯片与第一目标芯片的正确互联，减少了链路中过孔个数，减少了过孔带来的阻抗不连续效应，减低信号完整性问题，提升系统可靠性。
29.需要说明的是，usb转换芯片具有公共端口和另外两个信号端口，当其中一个信号
端口的差分信号极性反转（相对于现有usb转换芯片）后，另一个信号端口和公共端口的差分信号极性也相应反转。
30.另外，第一目标芯片一般离usb转换芯片较近，即usb转换芯片与第一目标芯片之间的距离小于阈值，因此在现有拓扑中需要多设计两个过孔，本发明的上述设计可无需在第一目标芯片和usb转换芯片之间设计过孔，减少过孔数量。而对于其他与usb转换芯片距离较远的目标芯片或不与usb转换芯片在同一层的目标芯片，则其本身（如图1所示，即现有的拓扑设计）链路之间即存在过孔，当usb转换芯片的差分信号极性反转后，仍然可以已有的过孔实现信号极性的正确互联，在过孔处调整极性。
31.同样的，usb转换芯片的公共端口与usb i/o接口芯片通信，usb i/o接口芯片与usb转换芯片不在同一pcb层或在同一层而距离较远，同样本身即存在过孔，当usb转换芯片的差分信号极性反转后，仍然可以已有的过孔实现usb转换芯片与usb i/o接口芯片之间信号极性的正确互联，在过孔处调整极性。
32.本实施例中，usb转换芯片的右侧边信号端口与第一目标芯片通信，上侧边信号端口与第二目标芯片通信，下侧边的公共端口与usb i/o接口芯片通信，实现与第一目标芯片、第二目标芯片之间的链路切换。
33.如图4所示，第二目标芯片与usb转换芯片位于pcb板的不同层或者位于pcb板的同一层且两者之间的距离大于阈值。第二目标芯片与usb转换芯片之间通过差分信号通信，且第二目标芯片与usb转换芯片的连接链路上设置有过孔。具体地，usb转换芯片的上侧边设置第二usb转换信号端口，第二usb转换信号端口包括位于左侧的第二usb转换差分信号负极端口和位于右侧的第二usb转换差分信号正极端口。第二目标芯片设置有第二目标信号端口，第二目标信号端口包括第二目标差分信号正极端口和第二目标差分信号负极端口。第二usb转换差分信号负极端口通过过孔走线与第二目标差分信号负极端口连接；第二usb转换差分信号正极端口通过过孔走线与第二目标差分信号正极端口连接。
34.usb i/o接口芯片与usb转换芯片位于pcb板的不同层或者位于pcb板的同一层且两者之间的距离大于阈值。usb i/o接口芯片与usb转换芯片之间通过差分信号通信，且usb i/o接口芯片与usb转换芯片的连接链路上设置有过孔。具体地，usb转换芯片的下侧边设置公共端信号端口，公共端信号端口包括位于左侧的公共端差分信号负极端口和位于右侧的公共端差分信号正极端口。usb i/o接口芯片设置有i/o信号端口，i/o信号端口包括i/o差分信号正极端口和i/o差分信号负极端口。公共端差分信号负极端口通过过孔走线与i/o信号差分信号负极端口连接；公共端差分信号正极端口通过过孔走线与i/o信号差分信号正极端口连接。
35.以下提供一具体实施例对本发明进一步说明。
36.如图5所示，将usb switch芯片（usb转换芯片）的三个端口同步进行极性反转，usb switch芯片的两个目标芯片分别为mcu芯片和cpu芯片，实现键盘控制开机，mcu芯片、cpu芯片和usb i/o接口芯片的极性均不变。通过pcb 设计满足usb链路dp（差分信号正极）与dp相连，dn（差分信号负极）与dn相连的要求。由于usb switch距离cpu和usb i/o接口较远，链路中本身会有过孔，即便极性反转影响了链路连接，也可在过孔处调整。而usb switch与mcu距离较近，这种设计可以减少usb switch与mcu的两个过孔，降低过孔对板卡的占用面积，减少信号经过过孔的数量，提升系统可靠性。
37.另外，usb switch芯片的工作原理如图6所示，该芯片为模拟开关，仅负责port选通，本身不会识别是dp还是dn。所以本设计方法可以保证cpu和usb i/o之间以及mcu与usb i/o之间的正确互连，同时减少了链路中过孔个数，减少了过孔带来的阻抗不连续效应，减低信号完整性问题，提升系统可靠性。
38.实施例二本实施例二提供一种pcb板，配置实施例一的usb转换芯片链路结构。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。