CH398：高集成度USB 3.0转千兆以太网芯片方案

一、前言

轻薄本、平板电脑、游戏主机、嵌入式主板、工控设备、扩展坞等场景对 USB 扩展千兆有线网口、低功耗、免驱、外围精简、工业级可靠的需求持续提升。部分传统方案存在外围电路复杂、功耗偏高、系统兼容性不足、BOM 成本较高等问题。

沁恒微电子（WCH）推出的 CH398，是一款高集成度的 USB 3.0 千兆网卡芯片，内置自研青稞 RISC-V 处理器、符合 USB 3.2 Gen 1 及 USB 2.1 规范的控制器及收发器、符合 IEEE 802.3 协议规范的千兆以太网 MAC+PHY，支持 10/100/1000M 自适应，单芯片即可实现 USB 到以太网的桥接功能。芯片采用工业级设计，兼容 CDC-NCM 和 CDC-ECM 协议，支持免驱及性能更优的厂商驱动，可广泛应用于服务器、计算机、笔记本、工控机主板、扩展坞、外设、嵌入式系统等场景。

二、芯片定位与核心概况

CH398 定位高集成度 USB 3.0 转千兆以太网单芯片，面向消费电子、工业控制、嵌入式系统、扩展坞等市场，采用沁恒自研青稞 RISC-V 处理器，芯片架构针对网络应用优化，充分释放 5Gbps 超高速 USB 和 1000M 以太网的传输性能。

芯片功能：USB 3.0 转 10/100/1000M 以太网，集成 USB PHY 和以太网 PHY

接口：1×USB 3.2 Gen 1（兼容 USB 2.0/2.1/1.1）；1×10/100/1000M 以太网接口（Auto-MDIX）

最高规格：USB 3.2 Gen 1 5Gbps；以太网 1000Mbps；CAT5E/CAT6 超百米传输距离

核心亮点：自研青稞 RISC-V、支持免驱及厂商驱动、内置 LDO + DC-DC、单 3.3V 或 5V 供电、内置 FLASH、工业级宽温（-40~85℃）、QFN40 封装、与 RTL8153 引脚完全兼容

典型应用：USB 外置千兆网卡、Type-C 扩展坞、工业控制设备、嵌入式主板、机顶盒、智能电视、游戏主机、服务器、工控机

三、核心参数

USB 接口性能

参数项 规格说明

标准兼容 USB 3.2 Gen 1，向前兼容 USB 3.1、USB 3.0、USB 2.1、USB 2.0、USB 1.1

传输速率 SuperSpeed 5Gbps，向下兼容 480Mbps、12Mbps、1.5Mbps

电源管理 支持 LPM，支持 U1/U2/U3（USB 3.2）及 L1/L2（USB 2.1）电源管理模式

协议支持 支持 CDC-NCM、CDC-ECM 及 RNDIS 协议

以太网性能

参数项 规格说明

标准兼容 IEEE 802.3（10BASE-T）、IEEE 802.3u（100BASE-TX）、IEEE 802.3ab（1000BASE-T）

传输速率 10Mbps / 100Mbps / 1000Mbps 自适应，支持自动协商

传输距离 CAT5E / CAT6 双绞线超百米稳定传输

Auto-MDIX 内置以太网收发器支持自动交换 TX/RX，自动识别正负信号线

硬件卸载 支持 IPv4/IPv6 封包校验、TCP/UDP 校验生成和检查、TCP 大包分片（TSO）

流量控制 支持 IEEE 802.3x 流量控制、半双工冲突压力回退

VLAN 支持 IEEE 802.3Q VLAN 标记

巨型帧 支持巨型帧传输

节能 支持 IEEE 802.3az 节能以太网（EEE）

电源管理 支持休眠模式、低功耗睡眠模式、网络低功耗配置、动态电源管理

远程唤醒 支持魔术包唤醒、网络唤醒包唤醒

系统集成特性

参数项 规格说明

处理器 内置自研青稞 32 位 RISC-V 处理器，针对网络应用优化

时钟 支持 25MHz 无源晶振或外置时钟输入

供电 内置 LDO 调压器和 DC-DC 降压器，支持单一 5V 或单一 3.3V 供电

集成度 内置 FLASH，无需外挂存储芯片

配置方式 支持 USB 在线参数配置、USB 在线升级

指示灯 支持 LED 闪烁频率和占空比可配置

高级功能 支持 iPXE 网络引导、UEFI 网络协议

广播风暴抑制 支持广播风暴自动抑制功能

电气与封装

参数项 规格说明

工作温度 工业级 -40℃~+85℃

封装 QFN40（5×5mm），适配 2 层或 4 层 PCB 设计

环保 符合 RoHS、无卤素

四、核心技术优势

高集成度，外围电路极简

芯片内置 USB 3.0 PHY、千兆以太网 PHY、自研 RISC-V 处理器、FLASH、LDO 调压器和 DC-DC 降压器，支持单一 5V 或单一 3.3V 供电。芯片内置 25MHz 晶振所需的负载电容，外围仅需少量阻容元件，大幅降低 BOM 成本和 PCB 面积。

全平台免驱，即插即用

支持 CDC-NCM 和 CDC-ECM 协议，在 Windows、Linux、macOS、Android、iOS、HarmonyOS 及统信 UOS、麒麟等国产操作系统中可免驱使用。同时提供功能更全、性能更优的厂商驱动，客户可根据需要在免驱模式和厂商驱动中灵活选择，兼顾易用性与传输体验。实测在 Windows 11 下插入即可识别，无需额外安装驱动。

强悍网络能力，满带宽传输

支持 10/100/1000M 速率自适应，硬件实现 IPv4/IPv6 校验和卸载及 TCP 大包分片（TSO），有效减轻主机 CPU 负载，在千兆速率下稳定实现满带宽双向传输。实际文件拷贝测试中，传输速度可维持在 110MB/s 以上。支持 CAT5E/CAT6 双绞线超百米传输距离，满足长距离布线需求。

多种供电模式，设计灵活

内置 DC-DC 降压器，支持启用 DCDC 的单一 5V 供电（适配 USB 网卡 Dongle）、启用 DCDC 的单一 3.3V 供电（适配板载应用）、外部 3.3V 和 1.1V 双供电等多种供电方案。2 层或 4 层 PCB 均可适配，便于不同成本要求的方案选用。

工业级品质，稳定可靠

-40℃~+85℃ 工业级宽温设计，满足工控、车载、户外等严苛环境应用需求。内置广播风暴抑制功能，如网络环路中出现广播风暴，芯片会自动关闭广播/组播帧的接收，风暴消失后自动恢复接收功能，有效抵御异常流量冲击，保障系统稳定运行。内置唯一 MAC 地址，无需二次烧录，省去生产烧录工序。

引脚兼容 RTL8153，国产化替代零成本

CH398 采用 QFN40 封装，与瑞昱 RTL8153 引脚完全兼容，无需改动原有 PCB 设计及电路，去掉 FLASH 外围器件即可直接替换，实现硬件零成本适配。同时覆盖 AX88179 全部功能，是国产化替代的理想选择。

五、典型应用场景

消费电子外设

USB 外置千兆网卡：轻薄本、平板、游戏主机补全有线网口

机顶盒/智能电视/广告机：USB 扩展千兆有线网络，避免 Wi-Fi 干扰

Type-C 扩展坞

笔记本电脑扩展坞：USB 3.0 转千兆以太网，配合 HDMI 等接口打造全功能扩展坞

桌面扩展中心：为移动设备提供稳定千兆有线联网能力

工业控制设备

工控机/PLC/工业主板：板载 USB 转千兆以太网，工业级宽温稳定运行

工业数据采集终端：千兆高速传输，适配工厂自动化产线联网需求

嵌入式系统与开发平台

嵌入式主板/核心板：快速补齐千兆有线网口，支持 Linux/Android 等系统

网络存储设备：USB 扩展千兆网口，实现低成本 NAS 联网

服务器与网络设备

服务器/工控机：扩展千兆以太网接口，支持 iPXE 网络引导和 UEFI 网络协议

瘦客户机/云终端：USB 转千兆以太网，满足远程桌面及网络启动需求

设备升级改造

老旧电脑/医疗设备：无网口设备快速升级千兆有线联网

自动化产线：存量设备网络化改造，成本低、落地快

六、方案支持

深圳市潜创微科技有限公司成立于 2013 年，是专注高清音视频与高速接口半导体代理及定制化方案开发的国家高新技术企业，获评专精特新中小企业、创新型中小企业，持有 HDMI 协会会员、全球 HDCP 2.2 协会会员资质及多项音视频专利。作为 WCH（沁恒）官方授权代理商与方案商，潜创微科技可提供 CH398 从芯片、参考设计到量产的一站式支持：

货源保障：WCH 原厂正品现货，稳定供货，保障批量交付

完整参考设计：提供原理图、PCB 布局指南、BOM 清单、以太网接口参考设计

软硬件技术支持：驱动配置、MAC/VID 定制、低功耗调试、系统兼容性优化

量产保障：EMC/EMI 优化、SMT 生产指导、工业场景兼容性验证

定制化开发：供电方案选型、功耗优化、LED 指示配置、封装适配按需定制

七、总结与选型建议

应用需求 推荐理由

USB 3.0 转千兆网口 + 外围极简 内置 LDO、DC-DC、FLASH，外围仅需少量阻容元件

多系统免驱 + 即插即用 支持 CDC-NCM/ECM，Windows/Linux/Android/macOS 免驱

工业级宽温 + 国产替代 -40~85℃，QFN40 引脚兼容 RTL8153，零成本替换

Type-C 扩展坞 + 千兆网口 5Gbps USB 3.2 Gen 1 + 千兆满带宽，硬件校验和卸载减轻主机负载

板载 USB 转以太网 单一 3.3V 供电，适配嵌入式主板

外置千兆网卡、Type-C 扩展坞、工业控制、嵌入式系统、服务器扩展等场景高度匹配 CH398。

八、结语

在千兆网络全面普及、国产化替代加速推进的今天，CH398 以高集成度、工业级可靠、全平台免驱、引脚兼容 RTL8153 等核心优势，成为 USB 转千兆以太网领域的理想国产化方案。沁恒微电子在专业接口和 RISC-V 处理器领域深耕多年，USB 芯片年销量超亿颗，全球千万台设备正通过沁恒 USB 网卡芯片实现高速、稳定、可靠的网络连接。潜创微科技作为沁恒官方授权代理商与方案商，可提供从芯片、参考设计到量产的一站式支持，助力客户快速落地高品质、低成本的 USB 转千兆网口产品。