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USB——通用串行总线。我们来拆解一下这个名字。
通用（Universal）：意味着它无处不在，人人可用。
串行（Serial）：我们把更多数据压缩进单一的数据流中，相比并行总线。
总线（Bus）：就是一堆导线。
所以我们有一堆导线，传输着一堆数据，执行着各种任务。如果你能成功实现，那可真是个妙招。USB已经存在相当长的时间了，它最常见的用途就是U盘的接口，你手上可能就有几个，尤其如果你常去参展领取小礼品的话。你的手机可能使用的是micro版本，或者更新的USB Type-C微型接口。
这些小玩意儿最神奇的地方在于它们的多功能性。它可以是充电口，也可以是数据接口，还是显示接口。它既能切菜也能剁馅……不，它甚至还能不分正反插，不像它的前辈那样有方向限制。
**老实说，我是在USB-C协议还没“火”之前就开始接触它了。**Google是该协议开发联盟的一员。我第一次接触是在2015年初，当时试图设计那段连接线与插头之间的小电路部分，它被封装在充电器组件中。随后是用于主板的连接器。
大多数人感兴趣的是连接器的一半——焊接在PCB板上的那一部分。如果你之前没在设计中使用过Type-C连接器，那你可能会遇到一些意想不到的情况。因为它远比传统的USB接口复杂得多。
**即使是最先进的PCB制造商也可能难以完美实现这些设计。**目前我还没见到哪个连接器供应商能设计出既满足所有规范又适合制造商生产“舒适区”的封装。
我们每天都在给手机、平板或电脑充电，这意味着连接器会频繁插拔，经受许多机械应力。我很高兴我现在用的电脑上配备了4个USB-C接口——但毫无疑问，插拔的次数是有限的，用力一拔，某一侧的引脚就可能报废。
因此，连接器供应商会规定非常严格的封装结构，包括对非镀通孔和非镀通槽的位置与尺寸容差的精密控制。这些孔和槽是第二轮钻孔操作，在完成第一轮用于镀通孔的钻孔与布线之后再进行。连接器本体用的镀通槽通常靠近PCB边缘，而贴装焊盘则紧邻非镀通孔。如果设计对Z轴高度有限制（现在几乎所有设备都有这要求），那我们就必须使用中置式连接器（mid-mount），它嵌入PCB中的一个槽里。这种结构会导致：
一排引脚为通孔插装
另一排为贴片焊盘
非镀通孔与槽、镀通孔、贴片焊盘全部挤在一起
这对制造商来说是个巨大的挑战。
**还有一个问题：柔性电路板更难处理这些紧公差要求。**我们曾在一个6层柔性板上放置C型连接器。考虑到SuperSpeed差分对的隔离需求以及笔记本电源的复杂性，它基本就不是“灵活”的柔性板了。设备甚至没能通过从3英尺高度跌落到水泥地的测试，原因是ZIF柔性连接器无法牢固固定。
后来，我们的结构设计师设计了一个悬臂支架以加固连接器，并清理掉了相关的走线区域。这个临时解决方案居然奏效了。但正如《流言终结者》节目所说：“请勿模仿！”
制造商对此自然不满意，要求放宽焊盘容差、扩大阻焊层开口。设计师的回答很硬气：**“既然你们负责制造和组装（flex板中常见），那么这个问题也由你们全权负责。”**也正因为这种潜在责任风险，连接器供应商才要求起始封装设计必须完美。如果你不按他们的建议设计，他们也不愿意背锅。
**那如果器件供应商的要求超过了制造/组装厂商的能力该怎么办？**这已经成了我们面试设计工程师时的标准问题。答案其实很简单：
让双方坐下来讨论，寻找一个可接受的折中方案。
布线挑战开始了：
好，现在你有了一个至少有一家厂商能做的USB-C封装。你也把ESD保护二极管放在了靠近接口的位置。可以开始布线了。
你会发现接口中间有一对差分信号，从后排引脚连到前排，不管是贴装还是插装。这四个引脚代表的是传统USB 2.0信号。别忘了：Type-C没有方向性，所以插头正插反插都得兼容。这就意味着你会遇到一个交叉走线的问题。
通常我们用过孔走到其他层，再转回来避开交叉问题，但Type-C周边空间有限，不好操作。因此我借用了模拟电路的一个技巧：正交耦合器（quadrature hybrid coupler），它让两根差分线分别在相邻的层上“交叉耦合”，实现短距离的信号交换。
我在一款设计中使用了第8层和第9层，用了微孔（microvia）加pad走线。你会看到USB 2.0信号从中心引脚出发，进入ESD二极管之前在层间耦合走线，这是一种非常有效的解决方法。
至此，我们只搞定了4个引脚，还有20个等着呢。
接下来的4个引脚是电源引脚（VBUS 或 VBAT），电流可达3安培。我们建议在每对引脚上至少放3个过孔来分担电流。对于通孔版本，这会更难实现，因为可用空间太少。
在USB 2.0引脚与电源引脚之间，还有4个控制信号引脚，它们看起来像差分对，但不是成对布线。有时候还会要求加宽线宽。
再往外，就是4对SuperSpeed差分对（SS）。这些信号需要最高级别的阻抗控制和信号完整性要求。你可能要在器件与连接器之间翻转差分对的P/N走线顺序，使用你“工具包”里的所有技巧。
总结：
USB Type-C接口在制造和布线方面确实是个“大Boss”。但它带来的好处也是巨大的：一个接口搞定充电、数据和显示。只要10Gbps仍然有意义，Type-C的地位就不会动摇。
所以，大胆跳进去，看看你能“C”到什么！
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