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