【应用】沁恒SPI转四串口芯片CH9434M用来扩展处理器串口，一组SPI接口可增加4个串口，波特率高达4Mbps

时间： 2022-09-22 来源：世强

技术问答

该项目是为某公司定制的一块多串口处理板，主要功能是CPU通过spi接口扩展4路高速串口，用来接收4个串口设备的数据，经过处理后再通过网口上传到远程服务器进行汇总处理。因为4个串口工作速率最高都要达到4Mbps，因此我们选择了沁恒公司的SPI转4串口芯片CH9434M。本文介绍SPI转4串口芯片CH9434M的设计和使用方法。

图 1 板卡主要功能框图

板卡需求是总共要8个串口连接到背板，与8个串口设备进行通信。因为处理器集成的UART不够，需要通过外部扩展增加串口，我们采用处理器的SPI接口，通过沁恒的SPI转4串口芯片CH9434M扩展了4个串口，总共8个串口提供给外部的串口设备使用。

选择SPI转4串口芯片CH9434M的原因主要有以下几点：

1） 3.3V供电，与处理器IO为3.3V一致，不需要进行电平转换，满足要求；

2）波特率最高为4Mbps，而项目要求的最高波特率也是4Mbps，也满足需求；

3）通过一组SPI接口可以增加4个串口，加上处理器集成的4个串口，总共8个，满足项目要求；

4） SPI接口最高支持32Mbit/s速率，而4个串口即使同时工作在4Mbps速率也可以满足要求；

5）封装为QFN48封装，尺寸只有5x5mm，体积小，也节约了pcb空间；

CH9434M介绍

CH9434M是沁恒公司的高速SPI转4串口芯片， CH9434M主要性能特点如下：

● 支持通讯波特率设置，波特率范围 1200-4000000bps。

● 串口每个方向独立 FIFO 缓存，发送 1536 字节，接收 2048 字节。

● 串口支持 5/6/7/8 个数据位以及 1/2 个停止位。

● 支持低功耗睡眠模式，可通过 SPI 接口唤醒。

● 完全独立四个异步串口，兼容 16C550 并且有所增强。

CH9434M功能框图如下所示。

图 2 CH9434M功能框图

CH9434M原理图设计

CH9434M原理图如下图所示。

图 3 CH9434M原理图

图中左边为spi接口信号，右边为4个UART接口信号。根据CH9434M的手册，芯片需要外接一颗32MHz的晶振为芯片提供时钟，如图中X4。图中UART_IRQ#是CH9434M的中断输出信号，因为处理器对应的引脚有内部上拉，所以这里没有再加外部上拉电阻。UART_RST#为预留给处理器的复位信号，因为CH9434M在系统上电时会通过外接的RC电路（R184，C206）进行复位，不需要处理器干预，只有在需要时处理器才通过UART_RST#信号对CH9434M进行再次复位。CH9434M可以提供4个全信号的UART接口，见上图右侧信号，而我们只需要TXD和RXD，因此其他信号做悬空处理。图中0欧电阻是为了方便调试。CH9434M的串口信号中有一个TNOW信号，如果串口用作RS485接口，可以用这个信号来作为RS485收发器的收发转换控制，不需要处理器干预，使用更方便。

CH9434M PCB设计

CH9434M的PCB设计图如下所示。

图 4 CH9434M PCB图

CH9434M的PCB设计没有特殊要求，只需要把相关电阻电容靠近芯片放置即可，注意X4的走线尽量短一些。

结论

CH9434M是一颗SPI转4路串口的扩展芯片，采用QFN48封装，体积只有5x5mm大小，最高波特率可达4Mbps，实际使用完全可以满足项目要求。

下图为CH9434M输出的4Mbps波特率的波形。

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