USB高速/全速转串口系列芯片方案概述

方案概述;

沁恒专注于连接与控制领域，在USB转接领域深耕多年。提供USB高速/全速转串口系列芯片，可实现USB转1/2/4/8路串口，支持串口I/O独立供电，支持VCP/HID/CDC/AOA转串口，VCP串口支持硬件流控和高波特率大数据连续传输，部分型号支持VID/PID/String等内容配置，支持Windows/Linux/Android/macOS等操作系统。

最新第3代USB转串口产品拥有如下优势：

内部采用DMA收发，可实现6Mbps波特率连续稳定通讯;

内部高度集成，晶振/USB终端电阻/EEPROM全内置;

双电源设计，支持串口IO独立供电，可支持5V/3.3V/2.5V/1.8V等串口通讯;

提供多种封装，小至3*3mm;

支持VID/PID/String等内容配置;

内置Unique ID，可实现系统串口号固定及产品加密等;

具体选型时建议根据串口数量、芯片驱动类型、串口波特率支持、封装类型、串口IO电压工作范围、MODEM信号支持、RS485控制信号支持、GPIO信号支持等条件灵活选用。

芯片提供的串口默认为TTL电平，通过电平转换芯片可以灵活转换为RS-232、RS-422、RS-485串口等。应用框图：

方案选型

本方案所描述内容均为单芯片方案，各型号及主要区别如下：

驱动类型：CDC/HID为系统类驱动;VCP为厂商提供串口驱动，功能多，效率高，建议优先选用。

USB配置：通过专用配置工具可以设置芯片的VID，PID，产品描述字符串等。

外置：通过外接串行EEPROM配置

内置：内置EEPROM

批量定制：支持批量化芯片与串口驱动定制

峰值最大波特率：芯片支持的最高波特率。

流控连续波特率：大数据量连续通讯支持的最高波特率。

MODEM信号：可兼做普通GPIO口使用，其中RTS/DTR用作普通输出，CTS/DSR/DCD/RI用作普通输入。如：MCU程序下载场景，可使用RTS/DTR其中一路信号控制复位，另一路信号用于控制MCU进入BOOT下载模式。

除MODEM信号，部分型号提供GPIO、I2C、BLE蓝牙等其他通讯接口。

CH9143实现USB转串口功能的同时增加了BLE无线传输通道，实现BLE/串口/USB三向透传。

沁恒全方位提供多种USB串口驱动程序供选择，支持Windows/Linux/Android/macOS等操作系统。各类型详细特点如下：

1、 VCP：使用厂商提供的USB虚拟串口驱动程序，工作时在Windows系统的“端口(COM和LPT)”一栏下会生成COM口，Linux/Android/macOS系统在/dev目录下会生成TTY设备节点。

方案应用特点：

支持高速率通讯及硬件流控。

功能齐全，支持GPIO等扩展功能。

仿真标准串口，用于升级原串口外围设备，或者通过USB增加额外串口。

计算机端串口应用程序完全兼容，无需修改。

驱动只需安装一次也可以联网自动安装。

2、CDC：Windows 10及以上的操作系统版本内置CDC串口驱动，以下的系统版本则需要安装驱动。因CDC类协议和类驱动的原因，CDC串口功能没有VCP完整，使用上也存在一些差异，具体见如下使用注意事项：

Windows系统CDC串口使用注意点;

-> 在串口打开的情况下，不要插拔串口

在串口应用软件已打开串口状态下，拔插一次CDC串口设备的USB端，后续应用软件将无法再打开串口，此时必须重新插拔USB。(与系统自带CDC串口驱动PnP处理有关)

(注：在WIN 10之前系统版本中有此情况)

-> 串口RTS(Request To Send)信号不支持单独控制

因CDC-ACM协议的限制和系统集成的CDC类驱动的特性，RTS无法单独控制，只能在DTR有变化时，DTR和RTS状态才会更新至硬件。

-> 不支持串口CTS(Clear To Send)信号

CDC-ACM协议不支持CTS状态更新。

-> 不支持软件和硬件流控

CDC-ACM协议不支持串口硬件流控，系统CDC串口驱动不支持软件流控。

-> 使用串口高波特率时不建议持续传输数据，建议在发送间隔内增加延时

使用系统自带的CDC串口驱动，在串口高波特率(超过115200bps)连续通讯时，有可能会丢失数据。

-> 在系统睡眠休眠前建议关闭串口，否则有概率在唤醒后串口会停止接收

在串口应用软件已打开串口状态下，Windows主机进入睡眠或休眠状态，则有概率出现主机唤醒后串口无法再接收数据。此时必须重新开关串口或插拔USB。

(注：在WIN 10之前系统版本中有此情况)

Linux系统CDC串口使用注意点;

-> 不支持串口CTS(Clear To Send)信号

CDC-ACM协议不支持CTS状态更新。

-> 不支持软件和硬件流控

CDC-ACM协议不支持串口硬件流控，系统CDC串口驱动不支持软件流控。

macOS系统CDC串口使用注意点;

-> 不支持串口Modem输入信号

因CDC-ACM协议和系统自带驱动的原因，不支持CTS/DSR/RI/DCD状态更新。

->不支持软件和硬件流控

CDC-ACM协议不支持串口硬件流控，系统CDC串口驱动不支持软件流控。

方案应用特点：

支持多功能高速率的 VCP 厂商驱动程序或者部分操作系统内置的CDC类驱动程序。

计算机端串口应用程序大部分功能可兼容。

3、 HID：使用操作系统自带的USB HID设备驱动，USB HID串口在系统上识别为标准HID设备。

方案应用特点：

支持免安装的操作系统内置HID类驱动程序。

系统下不生成串口节点，无需手动选择，同时也实现了一定程度的信息隐藏。

数据收发使用USB中断传输，支持最高波特率为：115200bps。

需使用系统HID原生API或者WCH提供的动态库操作串口。

4、AOA：遵循安卓AOA协议，仅用于安卓系统，使用系统自带的AOA配件驱动，AOA串口在系统上识别为标准AOA配件。

方案应用特点：

使用安卓标准Accessory配件库，实现免驱应用。

实现安卓设备边充电边通讯。

对比安卓OTG扩展串口方式，通用性更强。

应用场景;

资源提供;

设计参考资料、开发资料及系统驱动，均可以提供，提供上述USB转1串、2串、4串、8串的芯片与成品板，且提供支持更多串口及各类串口电平的成品板。

其他多串口方案可参考《PCI/PCIE转多串口及打印口方案》、《多串口扩展芯片方案》，除此之外还可根据客户需求提供芯片与方案定制。希望能帮助更多爱好和需要的电子朋友们

审核编辑：汤梓红