【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
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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最小起订量： 1000 提交需求>
深圳市启威测实验室，面向所有企业提供信号完整性测试服务，主要包括USB、HDMI 、DP、MIPI、PCIe 、SD/EMMC、DDR接口信号测试。测试手段有波形测试、眼图测试、抖动测试等。
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