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集成480Mbps高速USB2.0協(xié)議的接口芯片CH348簡介

hw13647947188 ? 來源:hw13554961857 ? 作者:hw13554961857 ? 2022-07-07 09:50 ? 次閱讀
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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)用場合,還可能需要在一臺主機(jī)上同時使用幾十路串口! 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)多路串口也是一個不錯的選擇!

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沁恒微電子推出的CH348芯片,內(nèi)置的480Mbps高速USB PHY,通過對收發(fā)器信號質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化,對接收端靈敏度進(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! 我有幸申請到這顆芯片的評估板,正好公眾號也很久沒發(fā)板卡評測相關(guān)的文章了,一起來看一下這款評估板吧!

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都有哪些內(nèi)容?

CH348芯片特性

CH348評估板外設(shè)

CH348驅(qū)動安裝和使用

CH348速度和穩(wěn)定性測試

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,RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS等

支持半雙工,TNOW管腳可用于485收發(fā)自動切換方向

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,外圍電路簡單,只需要阻容和晶體

支持最多48個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

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,兩種型號的區(qū)別如下:

CH348Q為LQFP48封裝,CH348L為LQFP100封裝,均為無鉛封裝,兼容RoHS

CH348L芯片有兩個電源端:VCC和VIO,CH348Q芯片僅有1個電源端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評估板外設(shè) 我拿到的這款是CH348L評估板,整體小巧簡潔,單手可掌握。評估板整體為藍(lán)色PCB,采用雙層PCB設(shè)計,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

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,收發(fā)指示燈會閃爍

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)動安裝和使用

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

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到沁恒微電子官方網(wǎng)站CH348頁面,可以下載CH348的驅(qū)動程序(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,等待安裝完成! 驅(qū)動程序還支持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COM號和芯片的8路串口對應(yīng)關(guān)系如下:ChA對應(yīng)評估板上的UART0,ChH對應(yīng)評估板上的UART7。 4.CH348速度和穩(wěn)定性測試 驅(qū)動安裝完成之后,就可以正常使用了,我們對CH348評估板的8路串口進(jìn)行簡單的速度和穩(wěn)定性測試。 4.1 速度測試 根據(jù)CH348手冊上的描述,8路串口支持的最高波特率是6Mbps,即每一位的時間是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采集通道上,通過查看采集到的波形時間寬度,就可以計算出串口發(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,對于我們本次測試足夠了! 先將邏輯分析儀和評估板按照下圖進(jìn)行硬件連接,并把邏輯分析儀和評估板分別連接到電腦上,使用串口助手打開對應(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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使用時間測量工具,測量1個bit位的時間約為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的接收我們在下面的穩(wěn)定性回環(huán)測試中進(jìn)行。 4.2 穩(wěn)定性測試 我們使用串口回環(huán)收發(fā)測試的方法,來測試CH348收發(fā)的穩(wěn)定性,將評估板上的RXD和TXD短接,上位機(jī)使用最高波特率6M,8路串口同時打開,同時進(jìn)行發(fā)送和接收一定長度的字符串,測試一定數(shù)據(jù)量之后,看串口助手統(tǒng)計的收發(fā)字節(jié)數(shù)是否一致。

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測試條件如下:

Windows 10家庭中文版操作系統(tǒng)

評估板上的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

定時發(fā)送,周期1ms

8路串口同時打開,同時進(jìn)行發(fā)送和接收

發(fā)送內(nèi)容:"CH348評估板收發(fā)測試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,支持多窗口同時打開。

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使用互聯(lián)串口數(shù)據(jù)測試功能,將兩組串口互相交叉連接,同時測試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的IO引腳倒灌電流問題。

更多的電路設(shè)計注意事項(xiàng),可以查看CH348官方數(shù)據(jù)手冊,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,串口驅(qū)動程序,評估板資料,多串口調(diào)試助手,產(chǎn)品信息個性化配置工具等。

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

CH348評估板資料 http://www.wch.cn/downloads/CH348EVT_ZIP.html

CH348驅(qū)動程序(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)動程序和CH9344共用一個。 如果是大批量應(yīng)用,芯片廠商信息VID和PID可以在出廠時定制,少量應(yīng)用時,用戶可以使用配置工具手動進(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,也可以直接訪問以下鏈接:

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

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

驅(qū)動和應(yīng)用軟件GitHub倉庫 https://github.com/WCHSoftGroup

RISC-V產(chǎn)品GitHub倉庫 https://github.com/openwch

另外CH348還支持在MacOS下使用,驅(qū)動程序可以訪問上面的官方GitHub倉庫獲取。 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)?,如果要想滿足單路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)行一個簡單的USB和串口的帶寬計算: 全速USB的速度僅12Mbps,而8路串口6Mbps的最高帶寬可達(dá)到6Mbpsx8個串口x2個方向=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挝唬晌宀糠纸M成:同步字段(SYNC)、包標(biāo)識符字段(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絕對是一個不錯的選擇!操作系統(tǒng)兼容性方面,支持Windows、Linux、MacOS和Android等常用平臺,同時還保留有標(biāo)準(zhǔn)、完整的硬件流控信號,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

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    的頭像 發(fā)表于 11-27 10:05 ?2156次閱讀

    03-01-09-CBM9002A8051內(nèi)核的USB型微控制器

    CBM9002A系列是基于符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051內(nèi)核的USB型微控制器。支持USB2.0協(xié)議高速480Mbps以及全速12
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    CBM9002A8051內(nèi)核的USB型微控制器【中文排版】

    CBM9002A 系列是基于符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核的 USB 型微控制器。支持 USB2.0 協(xié)議高速 480Mbps 以及全
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    使用符合USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的低發(fā)射480Mbps隔離器保護(hù)您的設(shè)計

    電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《使用符合USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的低發(fā)射480Mbps隔離器保護(hù)您的設(shè)計.pdf》資料免費(fèi)下載
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    使用符合<b class='flag-5'>USB</b> <b class='flag-5'>2.0</b>標(biāo)準(zhǔn)的低發(fā)射<b class='flag-5'>480Mbps</b>隔離器保護(hù)您的設(shè)計

    FPGA + USB2.0 PHY USB3300 實(shí)現(xiàn)高速USB2UART

    本帖最后由 jf_73911065 于 2024-9-23 16:23 編輯 Malogic FPGA + USB2.0 PHY CY7C68000或USB3300 實(shí)現(xiàn)高速USB
    發(fā)表于 09-02 18:01