USB設(shè)備具有簡(jiǎn)單易用、支持熱插拔、速度快等特點(diǎn)，很快被廣泛應(yīng)用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品，并擴(kuò)展至攝影器材、數(shù)字電視（機(jī)頂盒）、游戲機(jī)等其它相關(guān)領(lǐng)域?？梢哉f(shuō)USB是目前最為成功的I/O技術(shù)，而且隨著目前USB4標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，USB接口的應(yīng)用范圍必然更加的廣泛。不過(guò)我們今天的話(huà)題是為什么USB的特性阻抗是90歐姆，而不是同軸線(xiàn)的50歐姆，75歐姆或者HDMI，Displayport的100歐姆呢？

什么是特性阻抗

特征阻抗是對(duì)于交流信號(hào)(或者說(shuō)高頻信號(hào))來(lái)說(shuō)的.特征阻抗屬于長(zhǎng)線(xiàn)傳輸中的一個(gè)概念，信號(hào)在傳輸線(xiàn)中傳輸?shù)倪^(guò)程中，在信號(hào)到達(dá)的一個(gè)點(diǎn)，傳輸線(xiàn)和參考平面之間會(huì)形成電場(chǎng)，由于電場(chǎng)的存在，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的小電流，這個(gè)小電流在傳輸線(xiàn)中的每一點(diǎn)都存在。同時(shí)信號(hào)也存在一定的電壓，這樣在信號(hào)傳輸過(guò)程中，傳輸線(xiàn)的每一點(diǎn)就會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)電阻就是我們提到的傳輸線(xiàn)的特征阻抗。

為什么要測(cè)試特性阻抗

當(dāng)一束光從空氣射向水中時(shí)會(huì)發(fā)生反射，這是因?yàn)楣夂退墓鈱?dǎo)特性不同。同樣，當(dāng)信號(hào)傳輸中如果傳輸線(xiàn)上發(fā)生特性阻抗突變也會(huì)發(fā)生反射。波長(zhǎng)與頻率成反比，低頻信號(hào)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度，因此一般不用考慮反射問(wèn)題。高頻領(lǐng)域，當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)與傳輸線(xiàn)長(zhǎng)出于相同量級(jí)時(shí)反射的信號(hào)易與原信號(hào)混疊，影響信號(hào)質(zhì)量。通過(guò)阻抗匹配可有效減少、消除高頻信號(hào)反射，所以我們需要測(cè)試特性阻抗，抓取平衡穩(wěn)定的數(shù)值來(lái)改善由于反射造成的不良測(cè)試現(xiàn)象，所以阻抗穩(wěn)定就顯得非常重要，控制差分信號(hào)線(xiàn)的特性阻抗對(duì)高速數(shù)字信號(hào)的完整性是非常重要的，因?yàn)樘匦宰杩沟闹禃?huì)影響差分信號(hào)的眼圖、信號(hào)帶寬、信號(hào)抖動(dòng)和信號(hào)線(xiàn)上的干擾電壓等。

USB阻抗匹配問(wèn)題；為什么USB的特性阻抗是90歐姆

按照為什么要測(cè)試阻抗這里提到，如果需要得到一個(gè)合格的阻抗，需要進(jìn)行阻抗匹配，如果你的USB接口如果要用在傳輸數(shù)據(jù)，且速度在高速范疇時(shí)，需要對(duì)PCB上的USB接口數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行阻抗匹配，具體可以做90 ohm左右的差分阻抗設(shè)計(jì)，只針對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的一對(duì)線(xiàn)；如果速度要求不高，當(dāng)然不做阻抗也問(wèn)題不大，但是在高速場(chǎng)合，穩(wěn)定和速度就有影響了；很多高速信號(hào)線(xiàn)上，如特性阻抗為75歐姆的CVBS信號(hào)線(xiàn)、特性阻抗為100歐姆的LVDS數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)、特性阻抗為90歐姆的USB高速數(shù)據(jù)線(xiàn)上，在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，路徑的每一步都有相應(yīng)的瞬態(tài)阻抗，如果沿著互聯(lián)線(xiàn)傳輸?shù)碾娦盘?hào)感到的瞬態(tài)阻抗發(fā)生變化，那么一部分將繼續(xù)走下去，而另外一部分將反射后源端。由于各個(gè)信號(hào)線(xiàn)上所需要的特性阻抗不一致，且信號(hào)源的阻抗不匹配。當(dāng)源內(nèi)阻小于傳輸線(xiàn)內(nèi)阻時(shí)將出現(xiàn)振鈴，也就是過(guò)沖，過(guò)載傳輸線(xiàn)。過(guò)大的過(guò)沖往往會(huì)損壞器件。而如果源內(nèi)阻大于傳輸線(xiàn)阻抗時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)欠沖，這會(huì)引起電路邏輯處于不確定狀態(tài)，可能導(dǎo)致誤判或信號(hào)丟失。

網(wǎng)上所說(shuō)的匹配電阻都是在全速和低速

剛上面說(shuō)了阻抗匹配問(wèn)題，我想應(yīng)該打開(kāi)了一扇窗，接下來(lái)我們打開(kāi)一扇門(mén)，我們的USB信號(hào)一般是差分信號(hào)，差分信號(hào)為一正一負(fù)兩根trace，兩者之間相位差180度，可以抑制共模干擾（同樣的一個(gè)干擾源，在兩根信號(hào)上形成同樣的干擾波形，最終一正一負(fù)正好抵消），還可以提升信號(hào)幅度（一正一負(fù)，兩者的幅度相當(dāng)于一根線(xiàn)上的幅度的兩倍）。差分信號(hào)還有緊耦合和松耦合兩種方式，松耦合可以在兩根線(xiàn)之間鋪地來(lái)進(jìn)一步避免兩者之間的耦合（串?dāng)_），緊耦合時(shí)兩根線(xiàn)可以貼的很近，不管緊耦合還是松耦合，差分信號(hào)主要還是靠地平面來(lái)做返回路徑；我們先拋磚引玉說(shuō)50歐的同軸阻抗，其來(lái)歷其實(shí)我也不清楚，但目前大多數(shù)射頻儀器、IC、零件等都是按50歐來(lái)設(shè)計(jì)的，為搭配50歐的儀器、IC、零件等，就需要有50歐的連接器、PCB走線(xiàn)、連接線(xiàn)等來(lái)連接，從而方可將射頻信號(hào)以最大功率傳送到另一端。另，此處的50歐PCB走線(xiàn)，50歐是走線(xiàn)的特性阻抗；其實(shí)今天定義的USB走90歐姆，其實(shí)是協(xié)會(huì)根據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)驗(yàn)證PCB的走線(xiàn)寬度，間距，板材等各種實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，其實(shí)我覺(jué)得USB其實(shí)也可以做100歐姆的，只不過(guò)前端實(shí)驗(yàn)室最佳的驗(yàn)證數(shù)據(jù)是90歐姆，所以后面的各種連接器、線(xiàn)纜都只能按90歐姆做，如果我們自己的板卡做成100歐姆或是別的了，信號(hào)傳輸時(shí)就會(huì)發(fā)生反射，如上阻抗匹配的問(wèn)題就會(huì)發(fā)生。以上是鄙人通過(guò)所學(xué)知識(shí)對(duì)網(wǎng)上的關(guān)于USB疑問(wèn)的一些解釋?zhuān)缬胁粚?duì)還請(qǐng)各位網(wǎng)友拍磚！