【应用】接口芯片CP2102N用于USB转串口，3mm x 3mm小尺寸可节省PCB尺寸

时间： 2022-01-06 来源：世强

技术问答

项目开发一款物联网通信设备需要使用到USB转串口，前期使用的是FT232芯片。最近该芯片溢价比较严重，客户考虑更换为CH340，但是在实际应用中发现通信有异常，怀疑是CH340与主控的搭配问题。在世强平台交流后推荐了SILICON LABS的一款接口芯片 CP2102N。该芯片高度集成了 USB 至 UART 桥控制器可提供一种简单的解决方案，利用最少的元件和 PCB 空间将 RS-232 设计升级为 USB。CP2102N 尺寸很小，只有3mm x 3mm，其内却包含一个 USB 2.0全速功能控制器、USB 收发器、振荡器和通用异步接收器/发射器 (UART)。其中CP2102N的原理图设计也比较简单如下图所示：

图1 原理图

其中VBUS供电可采用外部USB-5V的输入方式或者板子的5V供电。为保证电压的稳定性，输入电源建议加两个电容，容值大小建议：4.7μF和0.1μF。CP2102N内部集成了电平转换模块可输出3.3V电压，其中3.3V与LED指示灯连接目的是指示CP2102N是否正常工作。串口的输入输出通过LED和电阻上拉到3.3V目的是为了串口数据传输时有LED灯闪烁的效果。其中关于CP2102N在PCB上的实际图片如下：

图2 芯片实物图

从PCBA图片上也可以看出CP2102N的尺寸比较小；下一步就需要验证CP2102N的功能了。将串口的收发短接，在各个波特率下验证通信是否有异常。将测试板通过USB口与上位机PC连接，用短路帽将串口的发送和接收短接，硬件连接完成后打开上位机串口调试软件验证各个波特率下通信是否正常，实际验证通信无异常。下一步通过示波器抓取实际通信的数据波形，通过上位机发送十六进制数据0XA5，示波器抓取数据波形如下图所示：

图3 数据波形

板子设计的时候需要串口通信的电平是1.8V，所以增加了一个3.3V转1.8V的LDO和IO口的电平转换芯片。电平转换是使用的一款电平转换芯片，具体的电路设计参照下图。前期调试的时候LDO没有焊接，通过外部可调电源灌入1.8V的电压。从图片可以出：1、通信的电平正确是设计的1.8V；2、通信的波特率与设置的一致是115200；3、通信的数据无误是上位机发送的0XA5。其中关于电平转换部分的电路如下图所示：

图4 电平转换

通过以上验证保证了项目需求中的USB转串口的通信的可行性，选型时可参考CP2102N的这几个特点：1、小尺寸封装只有 3 mm x 3 mm可节省PCB尺寸；2、外围器件少不像其他的接口芯片外围需要复杂的匹配电路，只需要几个滤波电容。3、成本相对较低。

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沁恒（WCH）通讯接口芯片和全栈MCU选型指南

描述- 南京沁恒微电子股份有限公司专注于连接技术和微处理器内核研究,是一家基于自研专业接口IP、微处理器内核IP构建芯片的集成电路设计企业。公司致力于为客户提供万物互联、上下互通的芯片及解决方案，主要产品包括USB/蓝牙/以太网接口芯片和连接型/互联型/无线型MCU，产品侧重于连接联网和控制。

型号- CH24X,CH233P,CH36X,CH32X035F8U6,CH32X035G8R6,CH32V103C6T6,CH32F205RBT6,CH370,CH372,CH251,CH343G,CH374,CH132,CH253,CH252,CH376,CH343K,CH375,CH254,CH32V006F8P6,CH378,CH377,CH440G,CH32X035,CH25X,CH32V208WBU6,CH583M,CH341T,CH32V003J4M6,CH32F103C6T6,CH233A,CH342F,CH382,CH32V006E8R6,CH384,CH342K,CH233K,CH37X,CH9374B,CH237,CH236,CH58X,CH32F103C8U6,CH340K,CH231K,CH22X,CH238,CH34X,CH340N,CH582M,CH340T,NET-SER-DT TTL,CH341B,CH341A,CH592,CH341F,CH591,CH231,CH486F,CH230,CH233,CH235,CH35X,CH32X035F7P6,CH368,CH484M,CH230K,CH23X,CH231A,CH32V203G6U6,CH340E,CH582F,CH482,CH481,CH340C,CH484,CH340B,CH483,CH365,CH486,CH364,CH340G,CH246,CH367,CH59X,CH4XX,CH366,CH578,CH334R,CH457,CH577,CH32V303VCT6,CH335,CH334Q,CH456,CH334P,CH338,CH579,CH32V,CH56X,CH334U,CH339,CH32X,CH564Q,CH334S,CH32V003A4M6,CH32X033F8P6,CH32F,CH335F,CH347F,CH32M,CH335J,CH32L,CH565M,CH451,CH571,CH450,CH444G,CH238P,CH453,CH573,CH452,CH334,CH455,CH454,CH347,CH226,CH57X,CH225,CH348,CH32X035G8U6,CH237D,CH9342G,CH334F,CH581,CH583,CH564L,CH334H,CH341,CH220,CH462,CH582,CH32F208WBU6,CH340,CH32X035R8T6,CH564F,CH343,CH342,CH221,CH463,CH334L,CH345,CH224,CH443K,CH344,CH223,CH344Q,CH555,CH557,CH315,CH318,CH54X,CH559,CH317,CH438,NET-485-9120,CH235S,CH32V002系列,CH32M007,CH236D,CH442E,CH552,CH551,CH554,CH432,CH567,CH343P,CH446,CH445,CH569,CH55X,CH448,CH568,CH440R,CH31X,CH449,CH440P,CH9340K,CH9340C,CH32F207VCT6,CH561,CH440,CH563,CH442,CH344L,CH565,CH323,CH444,CH564,CH443,CH412,CH64X,CH338X,CH52X,CH32V103R8T6,CH448F,CH32V203F8U6,CH9103M,CH32V203G8R6,CH532,CH531,CH545,CH423,CH547,CH546,CH446Q,CH53X,CH549,CH446X,CH548,CH32F103R8T6,BLE-DONGLE,CH338F,CH9104L,CH338L,CH541,CH543,CH422,CH32V003F4P6,CH9101Y,CH445P,CH9101N,CH9101R,CH9101U,CH9101H,CH32V307RCT6,CH347T,CH643,CH522,CH9102X,CH525,CH444P,CH645,CH524,CH527,CH528,CH565W,CH9344L,CH348L,BLE-SER-A-ANT,CH348Q,CH32V203F6P6,CH521,CH641,CH9102F,CH645W,CH32F203CBT6,CH32V006K8U6,CH32F207,CH32F205,CH32F203,CH32V003F4U6,CH32F208,CH645F,BLE2U-C-ANT,CH643U,CH643W,CH643Q,CH449X,CH32V303CBT6,CH32L103F8U6,CH32V305FBP6,CH569W,CH32F103,CH449F,CH32L103G8R6,CH643L,CH32X035系列,CH32F203C8T6,CH32V208RBT6,CH32V203系列,CH32V305RBT6,CH32V007系列,NET-232-9120,CH32V208GBU6,CH32L103F8P6,CH32V203C8T6,CH32V307,CH32V305,CH32F203C8U6,CH32V203C8U6,CH32V303,CH9160-DG-R0,BLE-TPT-A-ANT,CH32F203C6T6,BLE2U-A-ANT,CH9343,NET-TTL-9120,CH9328,CH9329,CH9326,CH9445,CH32L103C8T6,CH32F208RBT6,CH32F203VCT6,CH32V005F6U6,CH182H,CH182F,CH32V305GBU6,CH9434,CH32V203C6T6,CH32V307VCT6,CH181H,CH32L103系列,CH32V203F8P6,BLE-TPT-B-ANT,CH32V005D6U6,CH912X,CH32V303RCT6,CH32V005E6R6,CH32V003系列,CH32F203K8T6,NET-SER-DT RS232,CH9143,CH93XX,CH9140,CH9142,CH9141,CH9126,CH32V005F6P6,CH32F203RCT6,NET-SER-DT RS485,CH32L103,CH32V006,CH32V007,CH32V005,CH32V002,CH32V003,CH32X035C8T6,CH32V303RBT6,CH32V203K8T6,CH9121,CH9120,CH32V307WCU6,CH32V303系列,CH32F203RBT6,CH32V203RBT6,CH9350,CH483M,CH32V103C8T6,CH32V005系列,CH592X,CH483X,CH32M系列,CH230A,CH32V317,CH581F,CH32F103C8T6,CH32V103C8U6,CH482X,CH32L103K8U6,CH591R,CH32V208,CH182,CH592F,CH32V103系列,CH32V203,CH592D,CH32V208CBU6,CH914X,CH390,CH32V203K6T6,CH392,CH271,CH591D,CH482D,CH591F,CH275,CH395,CH397,CH38X,BLE232-NEP,CH32V006F8U6,CH32V103,CH39X,CH481D

选型指南 - 沁恒 - 2024/4/11 PDF 中文下载

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在工程师们的设计法宝中， USB转串口是必不可少的一个重要法宝，USB可以方便与PC进行连接，可以监控产品的工作状态，与PC交互等等许多功能，那么在实际应用中，我们还需要其他的接口，比如I2C，本文为大家介绍工程师另外一个重要法宝：USB转I2C/SMBUS。CP2112是Silicon Labs 推出的一块USB桥接芯片可以实现USB转I2C/SMBUS的方案。

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乐得瑞（Legendary）是一家创新型产品设计公司，2016年获认定为国家级高新技术企业，专注于手机周边产品的专用集成电路设计，产品包括TYPE-C接口CC逻辑控制芯片、USB PD协议控制芯片、USB-C接口电源管理芯片等，应用于Switch配件、手机移动办公、移动显示屏、智能桌面设备等。

USB-C(DRP)-显示器拓展坞 USB-C(DFP)-适配器 USB-C(UFP)-诱骗芯片高速音视频芯片 USB转串口芯片

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沁恒（WCH）USB转串口芯片选型表

描述- 南京沁恒微电子股份有限公司成立于2004年，是一家通讯接口芯片和全栈 MCU 芯片公司。沁恒专注于连接技术和 MCU 内核研究，基于自研收发器 PHY 和处理器 IP 的全栈研发模式，取代传统的外购 IP 整合模式，提供以太网、蓝牙无线、 USB 和 PCI 类等接口芯片，及集成上述接口的连接型互联型／无线型全栈 MCU ＋单片机。

型号- CH344Q,CH340K,CH340N,CH340T,CH9101U,CH9101H,CH341B,CH341A,CH9103M,CH341F,CH343G,CH9143,CH343K,CH343P,CH347,CH9102X,CH9326,CH9340K,CH341T,CH9340C,CH9342G,CH9344L,CH340E,CH342F,CH348L,CH340C,CH340B,CH342K,CH348Q,CH344L,CH340G,CH9102F

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Silicon Labs的接口芯片CP2102N同以前的CP2102有什么区别？可以替代CP2102吗？

CP2102N是CP210x系列里面最新的，普遍达到或超过所有以前的CP210x设备的性能特点。有一点不同CP2102N不能像CP2102一样配置非标波特率，但价格更便宜。 http://www.sekorm.com/doc/49405.html

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设计经验发布时间 : 2020-04-06

【产品】低成本USB桥接芯片,即连即用的接口管家-Silicon labs CP2104，CP2105，CP2110

Silicon labs CP21xx USB桥接系列产品共有四种USB转串口的解决方案：包括USB转UART接口芯片CP2104、USB转双UART接口芯片CP2105、HID-USB转UART接口芯片CP2110和HID-USB转SMBus及I2C接口芯片CP2112。该系列芯片能够广泛应用于个人医疗设备、手机、智能卡和存储卡阅读器、无线调制解调器等系统中。

新产品发布时间 : 2016-02-17