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xtreme
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加入日期: Dec 2000
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文章: 2,253
連接USB DAC心得分享

最近做了一些USB連接研究,跟大家分享一下

1.使用PCIe擴充卡,不要使用主機板上的USB port。

從下圖可以看到主機板上從PCH拉出D+D-訊號線到後板要3~12英寸的距離。
這中間經過許多主被動元件的干擾,還有貫孔帶來的阻抗變化、高頻衰減、寄生電容、寄生電感的影響。
主機板幾乎沒看過有加Decoupling與Bulk電容在USB port。(技嘉主打USB DAC的有)


下圖可看到USB擴充卡走PCIe傳輸最後到晶片內才轉換成D+D-輸出到USB port,可以實現最短USB路徑,避免訊號衰減與干擾。另外可以發現USB3.0晶片內部與USB2.0是獨立運作的。


2.使用USB2.0 HUB,不要以為USB3.0頻寬更寬應該會更好。

下圖顯示經過USB HUB訊號強化後,眼圖開眼變大


下圖分別是USB2.0與3.0的傳輸線剖面圖
可以發現USB3.0傳輸線並不是強化原本的USB2.0傳輸線,而是另外增加了兩對鋁箔隔離雙絞線。
原本在USB2.0有鋁箔隔離的D+D-在USB3.0內被降級去掉了鋁箔隔離。



下圖可以看到USB3.0傳輸線內的各對訊號線可能會互相干擾


3.使用USB電源分離線。電源線與訊號線平行會產生干擾

下圖左邊這種最理想。懶得外接電源右邊這種也可以。


有一些一體線內部是將電源與訊號分開獨立隔離


廠線阻抗都是90Ω ± 15%,市售DIY線

4.使用線性電供。使用5V交換式變壓器時,用電錶檢查插頭LIVE WIRE與NEUTRAL WIRE是否插對,電壓如差不多無法分辨請使用高斯計


接下來分享如何選擇擴充卡與HUB

下面是一些常見USB HUB晶片廠牌,湯銘科技的晶片傳輸距離最遠想必訊號品質不錯,LDO內建少了一些穩壓元件的外在干擾


下圖是標準的USB輸出電路與實際產品照片
可以看到中間USB port D+D-訊號線連接著U8(ESD防護元件)與L8(共模扼流圈)兩個元件
,只要EMI可以pass便可省去這兩個元件,這些元件會導致眼圖些微失真,對於播放音樂來說是缺點。
port後方緊接著Decoupling與Bulk電容,有些HUB會省去電容。



因為共模扼流圈導致眼圖失真


下圖是USB3.0 HUB,紅色箭頭指的是USB2.0 D+D-訊號,可以發現USB2.0被犧牲了,使用貫孔走線。



下圖是USB3.0擴充卡,USB2.0訊號線沒有貫孔,訊號線直連Port針腳。
連接DAC會推薦紅箭頭這個Port,線路轉彎次數少減少阻抗不連續性與信號反射,又不像藍色箭頭與PCIe訊號線相鄰。


下圖是USB2.0 HUB,紅框D+ D-訊號線直線連接USB port是連接USB DAC最理想的選擇。
右方port訊號線經過Y1晶振不是個好選擇。
已使用HUB請拆開看看走線,挑一個最短路徑轉彎最少沒經過晶振、貫孔、穩壓元件的port連接DAC。


簡單歸納一下
訊號線越短越直越好,有轉彎最好是圓弧形或是兩個45度組成,不要有貫孔,不要經過晶振、穩壓元件。
不要有共模扼流圈與ESD防護元件。
訊號線的背面最好是地層,元件接地端周圍打GND孔。
晶片周圍的mlcc與晶振離晶片越近越好。
bulk電容要緊鄰USB port。
HUB跟卡最好有金屬外殼並且連接地層。

如有錯誤歡迎指教
     
      
__________________
本來無一物,何處惹塵埃
舊 2015-01-28, 03:43 PM #1
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xtreme離線中  
scottchang
Master Member
 
scottchang的大頭照
 

加入日期: Apr 2009
文章: 1,844
這個太專業了,我知道加了個DAC,有比較好聽,哈哈
 
舊 2015-01-28, 03:59 PM #2
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scottchang離線中  
Avexiry
Advance Member
 
Avexiry的大頭照
 

加入日期: Jun 2012
您的住址: Made In Taiwan
文章: 327
板大可以再將USB擴充卡,貼上銅箔膠帶,
然後再給USB DAC使用,音質效果又會好上不少。
__________________
燦坤會員卡號: 3924 - 0628

有效期限至 20XX - XX - XX (無限期) 歡迎使用
舊 2015-01-28, 04:19 PM #3
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Avexiry離線中  
AUNE T1
*停權中*
 

加入日期: Jan 2015
文章: 174
到哪買又便宜用料又好的USB2.0卡?
舊 2015-01-28, 08:28 PM #4
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AUNE T1離線中  
kawaine
Senior Member
 
kawaine的大頭照
 

加入日期: Aug 2005
文章: 1,341
真專業,因為我後來的電腦沒有PCI,所以SE-90不能裝,就買了一台NuForce Icon HDP用USB接上去,也沒太大的感覺,只覺得比主機板內建的好
舊 2015-01-29, 10:21 AM #5
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kawaine離線中  
v9469
Regular Member
 

加入日期: Jun 2004
文章: 82
guard via or trace or 你講的"元件接地端周圍打GND孔"不能亂打
不是越多越好也不是越少越好
若不知道不要打的效果比打還要來的好
舊 2015-01-29, 01:07 PM #6
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v9469離線中  
NEAL
Golden Member
 
NEAL的大頭照
 

加入日期: Jun 2002
您的住址: Taiwan
文章: 2,650
引用:
作者v9469
guard via or trace or 你講的"元件接地端周圍打GND孔"不能亂打
不是越多越好也不是越少越好
若不知道不要打的效果比打還要來的好


我也比較認同這樣的說法,因為USB 3.0和PCI-E都是高頻電路,PCB的性質會接近Waveguide(波導),亂打Groud via/trace會造成阻抗四配掛掉,還有等效寄生電容議題。
舊 2015-01-29, 01:46 PM #7
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NEAL離線中  
v9469
Regular Member
 

加入日期: Jun 2004
文章: 82
引用:
作者NEAL
我也比較認同這樣的說法,因為USB 3.0和PCI-E都是高頻電路,PCB的性質會接近Waveguide(波導),亂打Groud via/trace會造成阻抗四配掛掉,還有等效寄生電容議題。


講得沒錯,除了這些以外,還有reference跟return的問題...
每個gnd via大小,pattern,距離跨層的via距離等等...全都會有影響

原文講的犧牲掉usb2.0打via到別層走...
無論是usb2.0或3.0,對訊號來講是沒有差的..即使是看到更厚面的頻率2次偕波或3次偕波也是,速度還不夠快,
以阻抗來說,阻抗多少一定會跑掉,usb阻抗90ohm..
訊號跑到via時會有一些反射,阻抗到via這點頂多90上下...是沒什麼差

以via stub來說,速度還不夠快,沒什麼差...
等玩過1對pair跑28G時..
就會覺得USB3.0..PCIE gan3隨便lay一lay就好了

以上...存屬訊號完整性理論,至於對聲音有沒有差就不知道了
舊 2015-01-30, 12:32 AM #8
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v9469離線中  
rimu
New Member
 
rimu的大頭照
 

加入日期: May 2002
文章: 4
這篇太專業了 原來USB HUB差這麼多 只能推了
舊 2015-01-30, 04:15 PM #9
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rimu離線中  
+新同學+
*停權中*
 

加入日期: Aug 2011
文章: 701
舊 2015-01-30, 04:28 PM #10
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+新同學+離線中  


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