CH315 WCH | Alldatasheet

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CH315手册 １ USB 延长线控制芯片CH315G USB 信号隔离控制芯片CH315H 手册 版本：1A http://wch.cn 1、概述 CH315G是USB延长线控制芯片，用于USB 信号的实时中转和传输距离扩展。 CH315H是USB信号隔离控制芯片，用于USB 总线的光电隔离器或者磁电隔离器。 CH315支持全速USB传输和低速USB传输，支持USB 设备动态插拔。下图为其一般应用框图。 2、特点

  • 支持12Mbps 全速USB传输和1.5Mbps 低速USB 传输，兼容USB V2.0。
  • 支持USB 控制传输、批量传输、中断传输、同步/等时传输。
  • 自动识别USB全速Full-Speed 或者USB 低速Low-Speed，CH315H提供USB 传输状态指示。
  • 同一芯片可配置为上位机模式和下位机模式，分别连接USB-Host主机和USB-Device 设备。
  • 下位机自动检测USB设备的连接和断开，上位机自动模拟USB 设备的连接和断开。
  • 内置USB 信号线的阻抗匹配串联电阻、USB 设备端的上拉电阻、USB 主机端的下拉电阻。
  • 内置PLL 和12MHz频率的USB时钟，无需外部晶体或者晶振，外围电路简单。
  • CH315G 内置USB信号扩展电路，支持5 类网线或者超5 类网线，12Mbps全速USB信号的传输 距离不小于75米，1.5Mbps低速USB 信号的传输距离不小于300 米。
  • CH315H 内置光耦合器的电流驱动电路，支持低成本的6N137 光耦，光耦不会受到工作环境中 电磁场干扰的影响。
  • 纯硬件解决方案，对USB协议完全实时和透明，不需要额外安装任何驱动程序，支持Windows 98/ME/2000/XP/Vista/Server200X/64bit-Vista 和Linux。
  • 内置3.3V 电源稳压器，支持5V电源电压（默认）和3.3V电源电压。
  • CH315G 采用SOP-14无铅封装，CH315H采用SOP-18无铅封装，兼容RoHS。 3、封装 光耦合隔离 磁耦合隔离 Power USB 计算机 或者其它 USB 主机 Host CH315H 芯片 上位机 UP#=GND CH315H 芯片 下位机 UP#=VCC USB 键盘 USB 鼠标 U 盘/闪盘 USB 打印机 USB 采集盒 USB 控制器 USB Power Power USB 计算机 或者其它 USB 主机 Host CH315G 芯片 上位机 UP#=GND CH315G 芯片 下位机 UP#=VCC USB 键盘 USB 鼠标 U 盘/闪盘 USB 打印机 USB 采集盒 USB 控制器 USB 远距离 信号传输 全速75米 低速300米 Power Power

CH315手册 ２ 封装形式 塑体宽度 引脚间距 封装说明 订货型号 SOP-14 3.9mm 150mil 1.27mm 50mil 标准的14脚贴片 CH315G SOP-18 7.62mm 300mil 1.27mm 50mil 标准的宽18脚贴片 CH315H 4、引脚 CH315G 引脚号 CH315H 引脚号 引脚 名称 类型 引脚说明 3,9 13,16 VCC 电源 正电源输入端，需要外接0.1uF 电源退耦电容 2,6 8,17,18 GND 电源 公共接地端，直接连到USB 总线的地线 14 3 V3 电源 在3.3V电源电压时连接VCC 输入外部电源， 在5V电源电压时外接容量为0.01uF退耦电容 13 1 UD+ USB信号 直接连到USB 总线的D+数据线 12 2 UD- USB信号 直接连到USB 总线的D-数据线 1 无 REF 参考电压 内部模拟电路的参考电压，需外接分压电阻和退耦电容 5 无 XD+ 模拟信号 直接连到差分延长线的正端 4 无 XD- 模拟信号 直接连到差分延长线的负端 无 14 OPIP 输入 隔离传输P 信号输入，接光耦或磁耦P 逻辑输出端 无 15 OPIN 输入 隔离传输N 信号输入，接光耦或磁耦N 逻辑输出端 无 6 OPOP 输出 隔离传输P 信号输出，接光耦或磁耦P 控制输入端 无 7 OPON 输出 隔离传输N 信号输出，接光耦或磁耦N 控制输入端 无 5 LSO# 输出 USB 传输速度自动检测结果输出， 低电平为USB低速1.5Mbps，高电平为USB全速12Mbps 无 4 LSI# 输入 USB 传输速度选择输入， 低电平为USB低速1.5Mbps，高电平为USB全速12Mbps 10 12 UP# 输入 模式选择输入，内置上拉电阻， 低电平为上位机模式，高电平为下位机模式 无 11 ACT# 开漏输出 USB 传输状态输出，低电平有效，内置上拉电阻 7,8,11 9,10 NC. 空脚 禁止连接 5、功能说明 CH315芯片可以直接使用USB电源。使用5V电源电压时，V3引脚应该外接容量为0.01uF左右的 电源退耦电容。使用3.3V电源电压时，V3引脚应该与VCC 引脚相连接，同时输入外部的3.3V电源。 CH315G 芯片可以使用5 类或者超5 类非屏蔽双绞线（网线）或者USB 信号线以及类似的差分信 号双绞线，如果信号线的特性阻抗不匹配，那么需要在输出端XD+/XD-引脚对地额外并联电阻。 CH315G的传输距离与传输线的质量有关，使用普通网线时，低速USB信号的传输距离不小于300 米，全速USB信号的传输距离不小于75米。普通网线的直流电阻一般小于每百米10Ω，直流电阻太 大会影响传输距离，并且影响USB供电电压、抬高设备端地线电压。

CH315手册 ３ CH315G 的传输距离也与计算机芯片组中USB 主机的时间特性有关，对于全速USB 信号，电子在 传输线中进行一个往返的应答时间不能超过计算机的等待时间（几百纳秒），从而限制了传输距离。 CH315H芯片的ACT#引脚是USB传输正在进行的状态输出，可以外接LED 发光管指示USB 传输。 CH315H支持常用的型号为6N137的单通道高速光耦（需要4 只）或者型号为HCPL-2630、2631、 0630、0631的双通道光耦（只需要2只）。隔离电压由光耦合器决定，6N137的典型隔离电压为5000V。 CH315H 也支持磁耦合器，建议使用光耦合器，不会受到工作环境中电磁场干扰的影响。为了支持 12Mbps的USB 全速信号，光耦或者磁耦应该选择传输速率大于10Mbps的型号。 CH315是USB信号线延长和USB信号电气隔离的纯硬件解决方案，符合相关技术规范，对USB协 议完全透明。CH315芯片本身无需额外安装任何驱动程序，但是USB 设备本身可能需要安装驱动程序， 做法与未延长前或者未隔离前相同，普通的U 盘、键盘、鼠标等USB 设备无需驱动程序。 CH315能够自动识别USB全速和USB低速，支持即插即用，能够自动检测和模拟USB 设备的连接 和断开。CH315G可以用于制作USB有源延长线，扩展USB 传输距离，实现远程信号采集和在线控制； CH315H可以用于制作USB信号的光电隔离器，减少信号干扰，提高信号采集的精度。 6、参数 6.1. 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏） 名称 参数说明 最小值 最大值 单位 TA 工作时的环境温度 -40 85 ℃ TS 储存时的环境温度 -55 125 ℃ VCC 电源电压（VCC接电源，GND 接地） -0.5 6.0 V VIO 输入或者输出引脚上的电压 -0.5 VCC+0.5 V 6.2. 电气参数（测试条件：TA=25℃，VCC=5V，不包括连接USB 总线的引脚） 名称 参数说明 最小值 典型值 最大值 单位 VCC 电源电压 3.2 5 5.3 V ICCs 静态电源电流 2 5 mA ICCa 工作电源电流 20 50 mA VIL OPIP/N低电平输入电压 -0.5 0.8 V VIH OPIP/N高电平输入电压 2.0 VCC+0.5 V VOL OPOP/N低电平输出电压（8mA吸入电流） 0.5 V VOH OPOP/N高电平输出电压（8mA输出电流） VCC-0.5 V IUPup UP#引脚内置上拉电阻的输入电流 3 150 300 uA IUPact ACT#引脚内置上拉电阻的输入电流 100 230 400 uA Lfs 全速USB信号的延长距离 75 m Lls 低速USB信号的延长距离 300 m 7、应用 7.1. USB有源延长线（下图） 下图是由两组CH315G电路实现的USB延长线。 上位机包括U3、P3等，上行端口P3用于连接到计算机或者其它USB-Host主机，U3等上位机电 路通过P3 与计算机或者USB主机共用电源，至少是共地。 下位机包括U4、P4等，下行端口P4用于连接到USB-Device设备，例如USB键盘、USB 鼠标、U 盘、USB 数据采集盒、USB控制器等USB设备，U4等下位机电路与USB 设备共用电源，至少是共地。 在上位机的U3与下位机的U4之间是一组电气连线，通常使用普通网线（5 类或者超5 类非屏蔽

CH315手册 ４ 双绞线）连接，连接线包括XD+和XD-两根差分信号线和至少一根公共地线。如果有剩余的信号线， 那么还可以用于额外的地线或者电源线。 对于普通的8芯网线，建议参考图中RJ45的图示：两根差分信号线，4根地线，2 根电源线。电 源线可以用于同时提供+5V电源到USB设备端，但是受网线直流电阻的压降影响，尤其是当USB设备 消耗电流较多时，在USB 设备端的实际电源电压通常会不足5V，甚至有个别USB 设备可能会因此而 不能正常工作，那么就需要对下位机提供独立供电。 电容C11、C12、C14、C15的容量为4700pF到0.02μF，用于CH315G内部电源节点退耦。C13 和 C16 的容量为0.1μF，用于CH315G芯片的电源退耦。电容C17 用于对P4端口的USB设备提供电源退 耦。电阻R11 和R12用于调节内部参考电压。 USB 端口包括P3 和P4，USB 总线包括一对5V 电源线和一对数据信号线，通常，+5V 电源线是红 色，接地线是黑色，D+信号线是绿色，D-信号线是白色。 在设计印刷线路板PCB时，需要注意：退耦电容C11、C12、C13、C14、C15、C16尽量靠近CH315G 的相连引脚；使USB的D+和D-信号线贴近平行布线，使XD+和XD-信号线贴近平行布线，尽量在两侧 提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰。 7.2. USB信号隔离器（下图） 下图是由两组CH315H电路实现的USB 光电隔离器。 CH315H芯片的LSI#引脚直接连接到LSO#引脚，实现了USB 速度的自动识别。实际应用中，如果 只需要支持某种速度，例如，只需要支持低速的USB 键盘，那么可以将LSI#直接强制为低电平。 上位机包括U1、P1等，上行端口P1用于连接到计算机或者其它USB-Host主机，U1等上位机电 路通过P1 与计算机或者USB主机共用电源，至少是共地。 下位机包括U2、P2等，下行端口P2用于连接到USB-Device设备，例如USB键盘、USB 鼠标、U 盘、USB 数据采集盒、USB控制器等USB设备，U2等下位机电路与USB 设备共用电源，至少是共地。 在上位机的U1与下位机的U2之间是一组信号隔离电路，可以选择磁隔离或者光隔离。图中设计 为光隔离，信号隔离由O1+O2和O3+O4两对光耦以及与之配套的电阻R1～R8 和电容C7～C10 实现， 光耦的型号可以选择单通道6N137 或者双通道HCPL2631 等高速光耦（光耦器件可能需要在其电源脚 与地线脚之间放置退耦电容，图中未画出）。如果用于12Mbps全速USB 信号的隔离，那么需要考虑光 耦的速度和速度对称性对信号迟滞和平衡的影响，建议选择传输速率大于10Mbit 的光耦，并且通过 调节R1/C7、R2/C8、R5/C9、R6/C10的参数，优化光耦输出信号的上升沿和下降沿之间的对称性。

CH315手册 ５ 图中发光管L1用于指示USB数据传输正在进行。电容C1和C4的容量为4700pF到0.02μF，用 于CH315H 内部电源节点退耦，C2和C5的容量为0.1μF，用于CH315H芯片的电源退耦。 在设计印刷线路板PCB时，需要注意：退耦电容C1、C2、C4和C5尽量靠近CH315H的相连引脚； 使D+和D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰。