【应用】国产UART扩展芯片用于多串口通信板卡实现UART串口扩展通信,最高速率达1.5Mbps

2021-01-29 世强
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UART接口在通信行业是使用最多的接口之一,可以转换为RS232、RS485、RS422等工业标准与其他系统互联,实现串口的数据采集和通信。笔者所写的本项目为一块多串口通信板卡,主要需求如下:

l  内存2GB DDR3

l  存储空间16GB

l  2路1000BASE-T

l  4路UART

l  2路RS422

板卡主要功能如下图所示:

图 1 原理框图(注:T5的usb2.0达不到千兆的最高速率,这点客户清楚也并不影响项目效果,因为实际的数据传输速率并不要求达到1000M。另外RGMII接口实际的数据传输率也达不到1000M,因为CPU不是专用的交换芯片,处理不了1000M线速的以太网包)


板卡采用国产全志T5处理器为核心,需要通过连接器向外部提供2个千兆以太网和6个串口,其中UART 4个,RS422 2个。T5处理器本来集成了6个UART,但是因为其中有3个UART和其他功能冲突,所以需要进行扩展。本项目选择了成都为开微电子WK2204,这是一款具备256级FIFO的低功耗并支持UART/SPI/IIC总线接口的4通道UART扩展芯片,可以通过模式选择使得该芯片工作于以上任何一种主接口模式,将选定的主接口扩展为4个增强功能的UART。因为WK2204的SPI接口速度更快,所以采用SPI与处理器连接来扩展4个UART。


WK2204的主要特性如下:

l  支持多种主机接口:可选择 UART,SPI,IIC

l  超大硬件收发缓存,支持256级FIFO

l  低功耗设计,可以配置自动休眠,自动唤醒模式(μS级唤醒)

l  宽工作电压设计,工作电压为2.0V~3.6V

l  精简的配置寄存器和控制字,操作简单可靠

l  工作温度为工业级-45~+85

l  采用高速CMOS工艺,子串口速率最高可达1.5Mbps@3.3V、1Mbps@2.5V

l  采用符合绿色环保政策的QFN24无铅封装,尺寸为4mmx4mm


WK2204的原理图如下所示。WK2204支持SPI、UART和IIC总线进行扩展,通过MD0、MD1引脚配置接口类型,这里MD0、MD1设置为00,所以接口为SPI模式。芯片需要外接一颗11.0592MHz的无源晶体作为时钟源。VCC引脚接一颗磁珠和一颗0.1μF电容对电源进行滤波,减少电源干扰。

图 2 WK2204原理图


WK2204扩展出的UART的波特率与晶体频率的对应关系如下:

这里采用11.0592MHz的晶体,最高波特率可以达到691.2K,完全可以满足需要。


WK2204的pcb图如下所示。设计时需要把L2和C8靠近WK2204的VCC引脚放置,这样可以取得最好的电源滤波效果。同时11.0592MHz的晶体也要尽量靠近芯片放,避免走线过长影响振荡频率的精度。

3 WK2204PCB


进口的UART扩展器件厂家和种类不少,但是国产同类型的器件却寥寥无几。WK2204采用简洁的设计实现了四个UART口的扩展,而输入接口又具有SPI、UART和IIC的可选配置,同时体积也只有4mm x4mm大小,既解决了处理器某些应用场景中UART接口不够的问题,同时也不会占用过多的pcb空间,是个很优秀的产品。


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  • 用户48026324 Lv7. 资深专家 2021-11-18
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产品型号
品类
主接口
通道
485/流控
工作电压
GPIO
封装形式
WK2212-IQNG
UART芯片
UART/SPI/I2C
2
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8
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