集成480Mbps高速USB2.0協(xié)議的接口芯片CH348簡(jiǎn)介

串口芯片，是電子行業(yè)最常用的通訊接口。

無論是從事單片機(jī)、ARM，還是FPGA、DSP開發(fā)，都離不開串口!而且在一些銀行、金融、證券、電信、工控的應(yīng)用場(chǎng)合，還可能需要在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)使用幾十路串口! 如果你有高速、多串口的使用需求，除了使用PCI/PCIe多串口卡外，USB轉(zhuǎn)多路串口也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇!

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沁恒微電子推出的CH348芯片，內(nèi)置的480Mbps高速USB PHY，通過對(duì)收發(fā)器信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)接收端靈敏度進(jìn)行提升，可實(shí)現(xiàn)10米(USB-IF標(biāo)準(zhǔn)為5米)傳輸距離，單芯片實(shí)現(xiàn)8路串口，每路串口可最高支持6M波特率，8路串口之間互相獨(dú)立! 我有幸申請(qǐng)到這顆芯片的評(píng)估板，正好公眾號(hào)也很久沒發(fā)板卡評(píng)測(cè)相關(guān)的文章了，一起來看一下這款評(píng)估板吧!

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都有哪些內(nèi)容?

CH348芯片特性

CH348評(píng)估板外設(shè)

CH348驅(qū)動(dòng)安裝和使用

CH348速度和穩(wěn)定性測(cè)試

CH348應(yīng)用電路

CH348官方資料

高速多串口為什么不能用全速模式?

1.CH348芯片特性

CH348是一款集成480Mbps高速USB 2.0協(xié)議的接口芯片，可以實(shí)現(xiàn)單芯片轉(zhuǎn)8路異步串口，可以在占用一個(gè)USB接口的情況下，擴(kuò)展出8路串口。

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CH348具有如下特性：

480Mbps高速USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備接口

8路全雙工標(biāo)準(zhǔn)串口，可以最高波特率連續(xù)無間隔的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

波特率支持1200bps~6Mbps，獨(dú)立緩沖區(qū)，2KB接收FIFO，1KB發(fā)送FIFO

完整的MODEM聯(lián)絡(luò)信號(hào)，RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS等

支持半雙工，TNOW管腳可用于485收發(fā)自動(dòng)切換方向

串口IO可獨(dú)立供電，支持3.3v，2.5v，1.8v電源電壓

內(nèi)置EEPROM，可配置芯片VID、PID、最大電流、廠商和產(chǎn)品信息等參數(shù)

單路3.3v主電源供電，外圍電路簡(jiǎn)單，只需要阻容和晶體

支持最多48個(gè)GPIO輸入輸出(CH348L)

接收波特率誤差不大于2%，發(fā)送波特率誤差小于1%

提供有TX_S和RX_S數(shù)據(jù)收發(fā)指示管腳，為200ms周期的脈沖信號(hào)

ESD靜電耐受電壓，人體模式、非接觸式，最大4kV

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CH348共分為CH348Q和CH348L兩種型號(hào)，兩種型號(hào)的區(qū)別如下：

CH348Q為L(zhǎng)QFP48封裝，CH348L為L(zhǎng)QFP100封裝，均為無鉛封裝，兼容RoHS

CH348L芯片有兩個(gè)電源端：VCC和VIO，CH348Q芯片僅有1個(gè)電源端VCC

CH348Q 包含 4 組 CTS/RTS引腳和 4 組 DTR/TNOW)引腳。

CH348L 包含 8 組 CTS/RTS/DSR/DCD/RI 引腳和 8 組 DTR/TNOW引腳。

VCC是主電源輸入端，VIO是IO引腳電源輸入端，支持1.8/2.5/3.3v電源電壓，用于匹配不同標(biāo)準(zhǔn)的串口電平，常用的單片機(jī)串口電平通常為3.3v，F(xiàn)PGA芯片的管腳電平根據(jù)BANK電壓的不同，可分為1.8、2.5v等電平。 2.CH348評(píng)估板外設(shè) 我拿到的這款是CH348L評(píng)估板，整體小巧簡(jiǎn)潔，單手可掌握。評(píng)估板整體為藍(lán)色PCB，采用雙層PCB設(shè)計(jì)，尺寸大小約為70x80mm，所有的元器件都放置在同一面。

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2評(píng)估板基本外設(shè)：

CH348L芯片，集成480Mbps高速USB2.0控制器，支持8路串口，最高6M波特率

8路串口全部通過排針引出，包括CTS/RTS、DTR/DSR等MODEM信號(hào)

板載VIO選擇排針，可選擇3.3v或外接電源

板載電源、USB配置、收發(fā)指示燈，任意串口有數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)指示燈會(huì)閃爍

USB接口采用方口USB-B接口

板載管腳復(fù)用選擇CFG跳線，可以選擇DTR/TNOW/GPIO功能

下面再來一起看一下評(píng)估板的細(xì)節(jié)實(shí)拍圖!

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TTL串口排針接口

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8M晶體

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USB接口

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CFG配置管腳，可以配置DTR/TNOW引腳的功能。

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3.CH348驅(qū)動(dòng)安裝和使用

第一次將評(píng)估板連接到電腦主機(jī)時(shí)，設(shè)備管理器里會(huì)顯示一個(gè)帶嘆號(hào)的設(shè)備：WCH USB => Multi-SERIAL，說明操作系統(tǒng)已經(jīng)檢測(cè)到了串口設(shè)備，但是還沒有正常識(shí)別，我們需要安裝CH348的驅(qū)動(dòng)程序。

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到沁恒微電子官方網(wǎng)站CH348頁(yè)面，可以下載CH348的驅(qū)動(dòng)程序(下載鏈接在文末)，下載完成之后，直接安裝，在卡類型選項(xiàng)，選擇“USB轉(zhuǎn)多串口(USB1.1/2.0)”，點(diǎn)擊安裝驅(qū)動(dòng)，等待安裝完成! 驅(qū)動(dòng)程序還支持PCI轉(zhuǎn)串并口芯片、PCIe轉(zhuǎn)串并口芯片、其他USB轉(zhuǎn)多串口芯片。

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安裝成功

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安裝完成之后，斷開評(píng)估板，重新連接到電腦。在設(shè)備管理器就可以看到8路串口設(shè)備了：

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8個(gè)COM號(hào)和芯片的8路串口對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：ChA對(duì)應(yīng)評(píng)估板上的UART0，ChH對(duì)應(yīng)評(píng)估板上的UART7。 4.CH348速度和穩(wěn)定性測(cè)試 驅(qū)動(dòng)安裝完成之后，就可以正常使用了，我們對(duì)CH348評(píng)估板的8路串口進(jìn)行簡(jiǎn)單的速度和穩(wěn)定性測(cè)試。 4.1 速度測(cè)試 根據(jù)CH348手冊(cè)上的描述，8路串口支持的最高波特率是6Mbps，即每一位的時(shí)間是166.6667ns，我們使用串口助手設(shè)定波特率為6Mbps，然后發(fā)送字符串：CH348TEST，將串口的TXD端連接到邏輯分析儀的一個(gè)采集通道上，通過查看采集到的波形時(shí)間寬度，就可以計(jì)算出串口發(fā)送的真實(shí)速度。 我手邊只有一款LA1002邏輯分析儀，采樣率24MHz，對(duì)于我們本次測(cè)試足夠了! 先將邏輯分析儀和評(píng)估板按照下圖進(jìn)行硬件連接，并把邏輯分析儀和評(píng)估板分別連接到電腦上，使用串口助手打開對(duì)應(yīng)的串口通道，打開邏輯分析儀的上位機(jī)軟件。

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由于串口發(fā)送的空閑狀態(tài)為高電平，所以我們將觸發(fā)模式設(shè)置為下降沿，采樣率設(shè)置為最高24MHz，采樣深度設(shè)置為20K，觸發(fā)位置選擇在50%，設(shè)置完成之后，點(diǎn)擊啟動(dòng)單次采樣，等待觸發(fā)。 在串口助手界面，點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，稍等片刻，就可以在邏輯分析儀上位機(jī)看到輸出的波形了。

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使用時(shí)間測(cè)量工具，測(cè)量1個(gè)bit位的時(shí)間約為166.666667ns，說明CH348可以支持6Mbps的發(fā)送，而且發(fā)送的波特率誤差小于1%，精度高于手冊(cè)上的描述!而且，通過添加串口解析協(xié)議，可以看出正確解析出了我們使用串口助手發(fā)送的字符串：CH348TEST。 6Mbps的接收我們?cè)谙旅娴姆€(wěn)定性回環(huán)測(cè)試中進(jìn)行。 4.2 穩(wěn)定性測(cè)試 我們使用串口回環(huán)收發(fā)測(cè)試的方法，來測(cè)試CH348收發(fā)的穩(wěn)定性，將評(píng)估板上的RXD和TXD短接，上位機(jī)使用最高波特率6M，8路串口同時(shí)打開，同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收一定長(zhǎng)度的字符串，測(cè)試一定數(shù)據(jù)量之后，看串口助手統(tǒng)計(jì)的收發(fā)字節(jié)數(shù)是否一致。

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測(cè)試條件如下：

Windows 10家庭中文版操作系統(tǒng)

評(píng)估板上的8路串口RXD和TXD，使用跳線帽進(jìn)行短接

XCOM V2.0串口助手，波特率6Mbps

定時(shí)發(fā)送，周期1ms

8路串口同時(shí)打開，同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收

發(fā)送內(nèi)容："CH348評(píng)估板收發(fā)測(cè)試1234567890ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"，

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收發(fā)約20萬字節(jié)數(shù)據(jù)之后，可以看到8路串口，收發(fā)字節(jié)計(jì)數(shù)相等，無丟包現(xiàn)象，可以認(rèn)為收發(fā)6Mbps穩(wěn)定。 也可以使用沁恒官方多串口調(diào)試助手，支持多窗口同時(shí)打開。

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使用互聯(lián)串口數(shù)據(jù)測(cè)試功能，將兩組串口互相交叉連接，同時(shí)測(cè)試8路串口的收發(fā)穩(wěn)定性。

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5.CH348應(yīng)用電路 CH348的典型應(yīng)用電路非常簡(jiǎn)單，除了必要的阻容元件外，外部只需要提供8M晶體振蕩電路。

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需要特別注意的幾點(diǎn)：

芯片的USB引腳內(nèi)部已經(jīng)集成了串聯(lián)匹配電阻，1.5k上拉電阻等，所以UD+和UD-引腳應(yīng)該直接連接到USB接口上。

如果需要外加ESD防護(hù)芯片，需要保證ESD芯片的寄生電容小于2pF，推薦使用沁恒的CH412K芯片。

建議串口外設(shè)與CH348使用同一組電源，否則需要考慮分開供電時(shí)的IO引腳倒灌電流問題。

更多的電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，可以查看CH348官方數(shù)據(jù)手冊(cè)，里面介紹的很詳細(xì)。 6.CH348官方資料 CH348配套的資料非常齊全，主要包括非常友好的中文數(shù)據(jù)手冊(cè)，串口驅(qū)動(dòng)程序，評(píng)估板資料，多串口調(diào)試助手，產(chǎn)品信息個(gè)性化配置工具等。

CH348數(shù)據(jù)手冊(cè)(中文) http://www.wch.cn/downloads/CH348DS1_PDF.html

CH348評(píng)估板資料 http://www.wch.cn/downloads/CH348EVT_ZIP.html

CH348驅(qū)動(dòng)程序(Windows和Linux) http://www.wch.cn/downloads/USBMSER_exe.html http://www.wch.cn/downloads/CH9344SER_LINUX_ZIP.html

多串口調(diào)試工具 http://www.wch.cn/downloads/COMTransmit_ZIP.htm

CH348產(chǎn)品信息配置工具 http://www.wch.cn/downloads/CH34xSerCfg_ZIP.html

需要注意的是，CH348 Windows版本驅(qū)動(dòng)程序，除了支持USB多串口芯片外，還支持PCI和PCIe多串口芯片。CH348 Linux版本驅(qū)動(dòng)程序和CH9344共用一個(gè)。 如果是大批量應(yīng)用，芯片廠商信息VID和PID可以在出廠時(shí)定制，少量應(yīng)用時(shí)，用戶可以使用配置工具手動(dòng)進(jìn)行EEPROM參數(shù)配置。

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如果有別的沁恒芯片需要技術(shù)支持或樣片申請(qǐng)，也可以直接訪問以下鏈接：

樣片申請(qǐng) http://www.wch.cn/services/request_sample.html

技術(shù)支持 http://www.wch.cn/contact_us.html

驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用軟件GitHub倉(cāng)庫(kù) https://github.com/WCHSoftGroup

RISC-V產(chǎn)品GitHub倉(cāng)庫(kù) https://github.com/openwch

另外CH348還支持在MacOS下使用，驅(qū)動(dòng)程序可以訪問上面的官方GitHub倉(cāng)庫(kù)獲取。 7.高速多串口為什么不能用全速模式? 可能有些讀者注意到，標(biāo)題和文章多處強(qiáng)調(diào)了：CH348是一款480Mbps、高速USB 2.0的接口芯片。 這是因?yàn)椋绻霛M足單路USB轉(zhuǎn)8路串口，而且每路串口還要支持6Mbps的波特率、連續(xù)無間隔傳輸，就必須用至少480Mbps的高速USB! 我們先來進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的USB和串口的帶寬計(jì)算： 全速USB的速度僅12Mbps，而8路串口6Mbps的最高帶寬可達(dá)到6Mbpsx8個(gè)串口x2個(gè)方向=96Mbps，所以12Mbps全速USB是不能滿足需求的。 USB包，是USB 總線是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?，由五部分組成：同步字段(SYNC)、包標(biāo)識(shí)符字段(PID)、數(shù)據(jù)字段、循環(huán)冗余校驗(yàn)字段(CRC)和包結(jié)尾字段(EOP)。 因此實(shí)際有效的數(shù)據(jù)傳輸速度是要低于總線速度的。

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目前常用的USB轉(zhuǎn)串口芯片，通常為全速模式，支持單路或雙路串口，由于全速模式下帶寬的限制，只能做到較少的串口和較低的波特率，如果要使用高速、多串口、無間隔傳輸，當(dāng)所有串口通訊總速度超過全速USB協(xié)議速度，至少需要使用高速USB才能滿足需求。 總結(jié) 總的來說，如果你既想要多串口，又想要較高的波特率，CH348絕對(duì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇!操作系統(tǒng)兼容性方面，支持Windows、Linux、MacOS和Android等常用平臺(tái)，同時(shí)還保留有標(biāo)準(zhǔn)、完整的硬件流控信號(hào)，可以說作為一款USB轉(zhuǎn)多串口芯片，該有的都有了! 當(dāng)然，如果你不需要那么多的串口，只需要2路或4路串口，還有CH342/CH344/CH347/CH9344等多串口芯片可供選擇，CH347除了支持USB轉(zhuǎn)串口外，還支持轉(zhuǎn)SPI、I2C和JTAG。

審核編輯：湯梓紅