기판 실장형 USB 3.2 Gen 2 및 USB4 리셉터클에서 살펴 보아야 할 점

USB Type-C 커넥터(USB-C)와의 첫 만남은 경이로운 경험이었습니다. 몇 년에 걸쳐 USB-A 커넥터 플러그를 결합 리셉터클에 삽입하려고 시도하던 중 플러그가 거꾸로 뒤집혀 있는 것을 발견한 후에 플러그 방향에 상관없이 결합되는 USB 커넥터를 찾았습니다. 이는 현재 제가 USB-C 커네터에 대해 생각하는 경이로움 중 하나일 뿐입니다. 이 커넥터 유형은 신호 무결성 및 전자파 장해(EMI) 요구 사항을 충족하면서 40Gb/s(초당 기가비트 수)의 데이터 전송률에서 전력과 여러 데이터 및 디스플레이 프로토콜을 공유할 수 있습니다.

인쇄 회로 기판(PC 기판)에 USB-C 연결을 구현하는 경우 설계자는 신뢰할 수 있는 연결을 보장하면서 공간을 절약해야 한다는 끊임없는 압박을 받고 있습니다. Stewart Connector의 USB-C 리셉터클은 이러한 상충되는 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. 그림 1에 USB 3.2 Gen 2(이전 USB 3.1)(왼쪽) 또는 USB4(오른쪽) 사양과 호환되는 리셉터클이 표시되어 있습니다.

그림 1: USB 3.2 Gen 2(왼쪽) 및 USB4(오른쪽)에 대한 USB-C PC 기판 리셉터클. (이미지 출처: Stewart Connector)

직각 리셉터클은 밀폐되어 있으며 더 낮은 속도로 작동되는 이전 USB 버전과 하위 호환이 가능합니다. SS-52400-002 및 SS-52400-003은 USB 3.2 Gen 2와 호환되며 각각 0.039in(1mm) 및 0.063in(1.60mm)의 기판 두께에 적합합니다. SS-52400-005는 USB4 호환이 가능하며 0.047in(1.20mm) 두께 기판에 적합합니다.

앞에서 언급한대로 USB-C 플러그 및 리셉터클은 리버시블 구조입니다. 접점은 암 방향 및 수 방향 결합 모두에 맞게 배열되어 있습니다. 이 커넥터는 USB 전력 전달(USB PD) 표준에 따라 단일 세트에서 전력 전달, 데이터 전송, 오디오/비디오 출력을 제공합니다. 그림 2에 USB-C 리셉터클 신호 할당이 나와 있습니다.

그림 2: USB-C 리셉터클 신호 할당. (이미지 출처: Stewart Connector)

표 1에 표시된 대로 데이터 및 전력 전달에 대해 여러 신호가 USB-C 커넥터로 제공됩니다.

표 1: USB-C 커넥터는 배전, 교체 데이터 모드, USB 호환 모드를 지원합니다. (표 출처: Art Pini)

USB PD는 지능적인 전력 전달 사양으로, 채널 구성(CC) 회선을 사용하여 소스와 싱크(부하) 간에 전력 거래를 협상합니다. 전압 레벨은 5V 이상일 수 있으며 전원 공급 장치의 프로그래밍이 가능합니다.

Stewart Connector SS-52400-002 및 SS-52400-003 USB 3.2 Gen 2 리셉터클은 20V 및 5A(암페어) 기준 100와트의 최대 전력 레벨을 지원합니다. SS-52400-005 USB4 리셉터클은 140와트(20V 및 7A 기준)용으로 평가되고 있습니다. 모든 USB-C 리셉터클은 -40 ~ 105°C의 작동 온도 범위를 가집니다.

USB PD가 장치 간에 전력 거래를 설정한 후, 벤더 정의 메시지(VDM)를 사용하여 Display Port(DP)와 같은 교체 모드 데이터 링크를 시작합니다. 이후 DP는 비디오나 오디오와 같은 스트리밍 데이터에 대한 견고한 연결을 보장하기 위해 DP 소스와 싱크 간의 관계를 설정하는 링크 훈련을 진행합니다. DP 보조(AUX) 신호는 SBU(SBU1 및 SBU2) 신호 핀을 사용합니다. AUX 채널은 링크 관리 및 테스트 모드 제어를 처리합니다. SuperSpeed SSTx1, SSTx2, SSRx1, SSRx2 회선은 서로 다른 데이터 경로를 형성하여 고속 데이터 링크를 제공합니다. 전용 Dp 및 Dn 회선은 이전 USB 표준(USB 2 이하)과의 호환성을 유지합니다.

USB PD는 단지 전력 전달용이 아니며 교체 모드에서 사용되는 다양한 프로토콜도 동기화합니다. 지원되는 직렬 데이터 프로토콜에는 Thunderbolt, DisplayPort, 고화질 멀티미디어 인터페이스(HDMI), 모바일 고화질 링크(MHL)가 포함됩니다. VDM을 사용하여 추가 인터페이스를 추가할 수 있습니다.

Stewart Connector USB-C 리셉터클의 슬림한 디자인은 사용 가능한 PC 기판 공간의 활용을 최대화하여 부가 가치를 제공합니다. 리셉터클은 스루홀 및 표면 실장 핀을 사용하는 하이브리드 핀 설계를 사용하여 PC 기판의 상단 및 하단 층에 연결됩니다. 제조 측면에서 USB-C 리셉터클은 자동 픽 앤 플레이스 작동을 위해 테이프 및 릴로 포장됩니다.

결론

리버시블 커넥터가 있다는 사실도 흥미롭지만 USB-C에는 그 이상의 기능이 있다는 것이 빠르게 드러납니다. 리버시블 커넥터는 서로 다른 오디오, 비디오, 데이터 저장, 통신 프로토콜에 대한 표준 커넥터를 제공합니다. 또한 개발 중인 새로운 표준도 제공합니다. Stewart Connector의 솔루션은 신뢰할 수 있는 콤팩트한 USB-C PC 기판 연결을 보장하여 설계자의 필요 사항을 충족하는 데 도움을 줍니다.