成都航空职业技术大学电子爱好者学会2026.6月培训

项目简介

这是一个基于 CH334R 芯片的 USB 2.0 USB集线器 设计项目

该项目核心主控芯片为沁恒微电子（WCH）推出的 CH334R，这是一款符合USB 2.0协议规范的4端口HUB控制器芯片。它支持高速480Mbps、全速12Mbps和低速1.5Mbps传输速率，内置MTT模式，可为每个下行端口提供独立带宽，提升多设备并发性能。芯片采用QSOP-16封装，工作电压5V，内置LDO将总线电压转为3.3V供内部使用，外围电路精简，仅需12MHz晶振、滤波电容及少量配置电阻即可稳定运行。
本项目制作了一个四口USB 2.0集线器模块，上行端采用USB Type-C接口接入主机，下行端提供四个标准USB-A母座用于扩展外设。电路设计包含电源滤波、时钟振荡、端口独立供电控制及过流保护机制，整体布局紧凑，适合PCB打样与实物焊接调试，可作为电子工程课程实践项目或DIY扩展坞原型。
该集线器可实现以下核心功能：
一拖四扩展：将单个USB口扩展为四个独立可用端口；
高速传输支持：兼容USB 2.0高速设备，如U盘、移动硬盘、摄像头等；
智能电源管理：支持各端口独立开关控制与过流检测，保障系统安全；
即插即用：无需额外驱动，操作系统自动识别并分配资源；
状态指示：可通过LED灯显示各端口连接与工作状态（需外接LED）。
该设计具有广泛实用性，适用于以下场景：
办公桌面扩展：解决笔记本电脑USB口不足问题，同时连接键盘、鼠标、打印机、U盘等；
工业控制设备：用于工控机、PLC、数据采集器等需要多串口/多USB设备接入的场合；
智能家居中枢：作为物联网网关的USB扩展模块，接入传感器、摄像头、存储设备等；
教学实验平台：用于高校电子类课程中USB协议、HUB架构、电源管理等知识点实践教学；
自定义外设开发：可作为基础模块二次开发，集成读卡器、网卡、音频接口等功能，打造多功能扩展坞。

原理图设计

模块使用 USB1 (Type-C) 接口输入的 5V 电源供电，电容 C8 (10uF) 作为电源滤波使用，保障输入电源的稳定性；模组核心采用 CH334R 芯片，其内部自带 LDO降压电路，将5V电压转换为3.3V供芯片内核使用；电阻 R1、R2 (5.1kΩ) 连接在Type-C接口的CC1/CC2引脚并下拉接地，用于配置接收端角色以识别接入的主机设备；将模组的 DP1和DM1 两个引脚引出连接至上行端口，这一路差分信号是用于与电脑主机进行USB数据通信；在进行下行端口设计时，选择了标准的 USB-A母座，并在每个端口的VBUS处并联了 100uF电容 (C4-C7) 以应对设备插入时的浪涌电流；4个下行端口分别通过 DM2-DM5/DP2-DP5 连接至主控芯片，利用芯片内置的 过流保护功能 监测各端口状态，当检测到短路或过载时自动切断输出，从而保障主机与外设的安全运行。

PCB设计

考虑实物制作后设计为 30mm x 80mm大小的圆角矩形PCB板，并在四角各开一个 3mm 的安装孔用于螺丝固定。USB Type-C上行接口布置在板子左侧边缘，四个USB-A下行接口整齐排列在板子右侧，便于线缆插拔；主控芯片CH334R及晶振电路紧凑布局在输入端附近，滤波电容紧靠电源引脚放置以优化电源完整性。地平面使用大面积覆铜连接，增强抗干扰能力；电源线宽设置为 30mil 以承载较大电流，高速差分信号线（DP/DM）尽量保持等长且线宽控制在 10-15mil 左右（根据阻抗匹配调整，若按模板要求可写20mil），普通信号线为 10mil。在Type-C接口旁可以注明“INPUT 5V”，下行接口处注明“OUTPUT 1-4”，板子中间添加醒目的“USB2.0集线器”丝印字样，并预留工程名和LOGO位置

3D渲染图

外壳设计

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我这里临时采用3D打印

实物展示

项目总结

本项目成功设计并实现了一款基于 CH334R 芯片的 USB 2.0 HUB集线器。在硬件设计上，采用了紧凑且合理的布局，上行端使用Type-C接口，下行端扩展出四个标准USB-A接口，满足了多设备同时接入的需求。电路核心围绕CH334R展开，配合12MHz晶振提供稳定时钟，并通过精心设计的电源滤波网络（如C8、C4-C7等电容）保障了5V供电的纯净与稳定。PCB设计遵循了高速信号布线原则，对差分信号线进行了阻抗控制，并利用大面积覆铜增强了抗干扰能力。整个项目不仅验证了CH334R芯片在USB扩展应用中的高效性，也锻炼了在原理图绘制、PCB布局布线以及元器件选型等方面的工程实践能力，为后续开发更复杂的USB外设打下了坚实基础。

致谢

在本项目的开发与制作过程中，我要特别感谢 嘉立创EDA 提供的强大设计平台与物料支持。其在线编辑功能流畅便捷，丰富的元件库和封装库极大地提高了绘图效率，让我能专注于电路逻辑本身。同时，也要感谢 嘉立创 提供的优质PCB制造服务，从下单到收货的快速响应，以及高精度的板卡质量，确保了实物制作的顺利进行。正是有了这样完善的国产EDA工具链和供应链支持，才让电子爱好者的创意能够快速落地，也让本次课程设计得以圆满完成。

相关附件