串口，是电子行业最常用的通讯接口。 无论是从事单片机、ARM，还是FPGA、DSP开发，都离不开串口！而且在一些银行、金融、证券、电信、工控的应用场合，还可能需要在一台主机上同时使用几十路串口！ 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转多路串口也是一个不错的选择！ 最近，沁恒微电子新推出的CH348芯片，支持480Mbps，高速USB 2.0，单芯片可实现8路串口，每路串口可最高支持6M波特率，8路串口之间互相独立！ 我有幸申请到这颗芯片的评估板，正好公众号也很久没发板卡评测相关的文章了，一起来看一下这款评估板吧！ 都有哪些内容？CH348芯片特性 CH348评估板外设 CH348驱动安装和使用 CH348速度和稳定性测试 CH348应用电路 CH348官方资料 USB速度和串口速度的关系
1.CH348芯片特性CH348是一款集成480Mbps高速USB 2.0协议的接口芯片，可以实现单芯片转8路异步串口，可以在占用一个USB接口的情况下，扩展出8路串口。 CH348具有如下特性： 480Mbps高速USB 2.0标准设备接口 8路全双工标准串口，可以最高波特率连续无间隔的进行数据传输 波特率支持1200bps~6Mbps，独立缓冲区，2KB接收FIFO，1KB发送FIFO 完整的MODEM联络信号，RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS等 支持半双工，TNOW管脚可用于485收发自动切换方向 串口IO可独立供电，支持3.3v，2.5v，1.8v电源电压 内置EEPROM，可配置芯片VID、PID、最大电流、厂商和产品信息等参数 单路3.3v主电源供电，外围电路简单，只需要阻容和晶体 支持最多48个GPIO输入输出（CH348L） 接收波特率误差不大于2%，发送波特率误差小于1% 提供有TX_S和RX_S数据收发指示管脚，为200ms周期的脉冲信号 ESD静电耐受电压，人体模式、非接触式，最大4kV
CH348共分为CH348Q和CH348L两种型号，两种型号的区别如下： CH348Q为LQFP48封装，CH348L为LQFP100封装，均为无铅封装，兼容RoHS CH348L芯片有两个电源端：VCC和VIO，CH348Q芯片仅有1个电源端VCC CH348Q 包含 4 组 CTS/RTS引脚和 4 组 DTR/TNOW)引脚。 CH348L 包含 8 组 CTS/RTS/DSR/DCD/RI 引脚和 8 组 DTR/TNOW引脚。
VCC是主电源输入端，VIO是IO引脚电源输入端，支持1.8/2.5/3.3v电源电压，用于匹配不同标准的串口电平，常用的单片机串口电平通常为3.3v，FPGA芯片的管脚电平根据BANK电压的不同，可分为1.8、2.5v等电平。 2.CH348评估板外设我拿到的这款是CH348L评估板，整体小巧简洁，单手可掌握。评估板整体为蓝色PCB，采用双层PCB设计，尺寸大小约为70x80mm，所有的元器件都放置在同一面。 评估板基本外设： 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路串口全部通过排针引出，包括CTS/RTS、DTR/DSR等MODEM信号 板载VIO选择排针，可选择3.3v或外接电源 板载电源、USB配置、收发指示灯，任意串口有数据时，收发指示灯会闪烁 USB接口采用方口USB-B接口 板载管脚复用选择CFG跳线，可以选择DTR/TNOW/GPIO功能
下面再来一起看一下评估板的细节实拍图！ TTL串口排针接口 8M晶体 USB接口 CFG配置管脚，可以配置DTR/TNOW引脚的功能。 3.CH348驱动安装和使用第一次将评估板连接到电脑主机时，设备管理器里会显示一个带叹号的设备：WCH USB => Multi-SERIAL，说明操作系统已经检测到了串口设备，但是还没有正常识别，我们需要安装CH348的驱动程序。 到沁恒微电子官方网站CH348页面，可以下载CH348的驱动程序（下载链接在文末），下载完成之后，直接安装，在卡类型选项，选择“USB转多串口（USB1.1/2.0）”，点击安装驱动，等待安装完成！ 驱动程序还支持PCI转串并口芯片、PCIe转串并口芯片、其他USB转多串口芯片。 安装成功 安装完成之后，断开评估板，重新连接到电脑。在设备管理器就可以看到8路串口设备了： 8个COM号和芯片的8路串口对应关系如下：ChA对应评估板上的UART0，ChH对应评估板上的UART7。 4.CH348速度和稳定性测试驱动安装完成之后，就可以正常使用了，我们对CH348评估板的8路串口进行简单的速度和稳定性测试。 4.1 速度测试根据CH348手册上的描述，8路串口支持的最高波特率是6Mbps，即每一位的时间是166.6667ns，我们使用串口助手设定波特率为6Mbps，然后发送字符串：CH348TEST，将串口的TXD端连接到逻辑分析仪的一个采集通道上，通过查看采集到的波形时间宽度，就可以计算出串口发送的真实速度。 我手边只有一款LA1002逻辑分析仪，采样率24MHz，对于我们本次测试足够了！ 先将逻辑分析仪和评估板按照下图进行硬件连接，并把逻辑分析仪和评估板分别连接到电脑上，使用串口助手打开对应的串口通道，打开逻辑分析仪的上位机软件。 由于串口发送的空闲状态为高电平，所以我们将触发模式设置为下降沿，采样率设置为最高24MHz，采样深度设置为20K，触发位置选择在50%，设置完成之后，点击启动单次采样，等待触发。 在串口助手界面，点击发送按钮，稍等片刻，就可以在逻辑分析仪上位机看到输出的波形了。 使用时间测量工具，测量1个bit位的时间约为166.666667ns，说明CH348可以支持6Mbps的发送，而且发送的波特率误差小于1%，精度高于手册上的描述！而且，通过添加串口解析协议，可以看出正确解析出了我们使用串口助手发送的字符串：CH348TEST。 6Mbps的接收我们在下面的稳定性回环测试中进行。 4.2 稳定性测试我们使用串口回环收发测试的方法，来测试CH348收发的稳定性，将评估板上的RXD和TXD短接，上位机使用最高波特率6M，8路串口同时打开，同时进行发送和接收一定长度的字符串，测试一定数据量之后，看串口助手统计的收发字节数是否一致。 测试条件如下： 收发约20万字节数据之后，可以看到8路串口，收发字节计数相等，无丢包现象，可以认为收发6Mbps稳定。 也可以使用沁恒官方多串口调试助手，支持多窗口同时打开。 使用互联串口数据测试功能，将两组串口互相交叉连接，同时测试8路串口的收发稳定性。 5.CH348应用电路CH348的典型应用电路非常简单，除了必要的阻容元件外，外部只需要提供8M晶体振荡电路。 需要特别注意的几点： 芯片的USB引脚内部已经集成了串联匹配电阻，1.5k上拉电阻等，所以UD+和UD-引脚应该直接连接到USB接口上。 如果需要外加ESD防护芯片，需要保证ESD芯片的寄生电容小于2pF，推荐使用沁恒的CH412K芯片。 建议串口外设与CH348使用同一组电源，否则需要考虑分开供电时的IO引脚倒灌电流问题。
更多的电路设计注意事项，可以查看CH348官方数据手册，里面介绍的很详细。 6.CH348官方资料CH348配套的资料非常齐全，主要包括非常友好的中文数据手册，串口驱动程序，评估板资料，多串口调试助手，产品信息个性化配置工具等。 CH348数据手册（中文） www.wch.cn/downloads/CH348DS1_PDF.html CH348评估板资料 www.wch.cn/downloads/CH348EVT_ZIP.html CH348驱动程序（Windows和Linux） www.wch.cn/downloads/USBMSER_exe.html www.wch.cn/downloads/CH9344SER_LINUX_ZIP.html 多串口调试工具 www.wch.cn/downloads/COMTransmit_ZIP.htm CH348产品信息配置工具 www.wch.cn/downloads/CH34xSerCfg_ZIP.html
需要注意的是，CH348 Windows版本驱动程序，除了支持USB多串口芯片外，还支持PCI和PCIe多串口芯片。CH348 Linux版本驱动程序和CH9344共用一个。 如果是大批量应用，芯片厂商信息VID和PID可以在出厂时定制，少量应用时，用户可以使用配置工具手动进行EEPROM参数配置。 如果有别的沁恒芯片需要技术支持或样片申请，也可以直接访问以下链接： 样片申请 http://www.wch.cn/services/request_sample.html 技术支持 http://www.wch.cn/contact_us.html 官方GitHub仓库 https://github.com/WCHSoftGroup RISC-V产品GitHub仓库 https://github.com/openwch
另外CH348还支持在MacOS下使用，驱动程序可以访问上面的官方GitHub仓库获取。 7.为什么必须用480Mbps、高速模式？可能有些读者注意到，标题和文章多处强调了：CH348是一款480Mbps、高速USB 2.0的接口芯片。 这是因为，如果要想满足单路USB转8路串口，而且每路串口还要支持6Mbps的波特率、连续无间隔传输，就必须用480Mbps高速USB 2.0模式！ 我们先来进行一个简单的USB和串口的带宽计算：全速USB2.0的速度为12Mbps，而8路串口6Mbps的最高带宽可达到6x8=48Mbps，所以12Mbps全速USB 2.0模式是不能满足需求的，而且USB 2.0的理论速度和实际传输速度是不同的，实际有效的数据传输速度是要低于理论速度的。 目前常用的USB转串口芯片，通常为全速模式，支持单路或双路串口，由于全速模式下带宽的限制，只能做到较少的串口和较低的波特率，如果要使用高速、多串口、无间隔传输，比如4个以上的串口、5M以上的波特率，就必须上高速模式才能满足需求。 所以我们有必要了解下USB 2.0高速和全速的区别？USB 2.0的理论传输速度和实际传输速度？ USB 2.0协议可分为低速（Low-speed）、全速（Full Speed）和高速（High Speed）3种传输模式 理论传输速度如下 低速模式（Low-speed）：1.5 Mb/s = 1.5Mbps 全速模式（Full-speed）：12 Mb/s = 12Mbps=1.5MByte/s 高速模式（High-speed）：480 Mb/s = 480Mbps=60MByte/s
以高速模式为例，480M指的是总线的时钟频率，即总线每一秒钟可以传输480M位数据，但是实际上我们的数据并不是直接通过总线进行传输的，而是要增加按照USB的通讯协议，加入帧头、帧尾、校验等等信息，打包成USB数据帧进行传输的，而且中间还有一些控制命令。 根据USB 2.0 协议规范（Universal Serial Bus Specification）的描述： 实际的传输速度应该在理论传输速度上除以2.083，所以高速USB2.0的实际传输速度应该为60/2.083=28.8Mbps。 扩展阅读
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