VL822 10Gpbs 2A2C扩展坞

VL822 10Gbps 2A2C 扩展坞

基于 VL822_Q8 的 USB 10Gbps 高速扩展坞方案

一个 USB-C 上行口，扩展 2 个 USB-A + 2 个 USB-C 下行接口

USB 10Gbps 2A2C VL822_Q8 WCH INSIDE Type-C 正反插识别

1. 项目概述

1.1 项目名称

VL822 10Gbps 2A2C 扩展坞

1.2 设计目的

这是一款基于 VL822_Q8 的 USB 高速扩展坞。它通过一个 USB-C 上行口 连接电脑，并向外扩展出 2 个 USB-A + 2 个 USB-C 下行接口，目标速率可达 10Gbps。

相比普通 USB 2.0 Hub，这个项目更偏向高速外设扩展场景，例如移动硬盘、采集卡、高速读卡器、U 盘、USB 网卡等设备。板上另外使用 CH641P 作为 PD / Type-C 相关控制器，用于处理 C 口正反插检测，让 Type-C 下行口使用更方便。

1.3 适用范围

开源广场里已经有一些基于 VL822 系列的高速 Hub / 扩展坞方案，但部分 Demo 中使用的 VP225 / VP226 不太容易购买。这个项目选择基于 VL822_Q8 重新整理一套更容易复刻的 2A + 2C 扩展坞方案。

VL822_Q8 相比部分同系列方案的优势在于：芯片内部已经集成了上行 MUX，以及下行部分端口相关的 MUX 资源，可以减少外部器件数量，简化整体设计。

2. 设计功能说明

2.1 主要功能

上行 USB-C 输入

通过 Type-C 数据线连接电脑，作为扩展坞上行端口。

10Gbps 高速传输

面向高速 USB 外设，适合移动硬盘、读卡器、采集设备等场景。

2A + 2C 下行输出

扩展 2 个 USB-A 和 2 个 USB-C 接口，兼顾传统外设和新款 Type-C 外设。

CH641P 正反插检测

每个 C 口使用 CH641P PD 控制器进行 PD 握手及识别，改善 Type-C 正反插使用体验。

低成本复刻

项目复刻成本约 50 元，适合学习高速 USB Hub 设计与桌面扩展坞制作。

2.2 工作流程

本项目采用正常 10Gbps USB Hub 工作架构。整体逻辑可以理解为：一路 USB-C 上行输入，经过 VL822_Q8 Hub 主控后，扩展为 2 个 USB-A + 2 个 USB-C 下行接口；其中 Type-C 上下行接口由 CH641P 负责 PD 握手、CC 检测和正反插识别。

3. 硬件设计说明

3.1 整体硬件架构

整机可以按三条链路理解：USB 高速数据链路、Type-C 口向识别链路、电源与保护链路。

① USB 高速数据链路

USB-C 上行口接入电脑后，VL822_Q8 负责 USB 数据分发，将上行链路扩展到 2 个 USB-A 与 2 个 USB-C 下行接口。

② Type-C 口向识别链路

上下行 C 口都需要处理正插、反插和角色识别问题。本项目使用 CH641P 作为 PD 控制器，对 C 口进行正反插检测。

③ 电源与保护链路

USB 扩展坞需要保证多个下行口插拔时系统稳定，因此电源输入、VBUS 分配、去耦电容和接口周边布局都需要重点关注。

3.1.1 整体硬件数据链路图

3.2 主控芯片

VL822_Q8 是本项目的核心 USB Hub 芯片，负责把一路 USB 上行连接扩展为多个下行端口。项目目标速率为 10Gbps，因此 PCB 布线时需要关注高速差分线的阻抗、线长、过孔数量、参考平面连续性和接口附近的回流路径。

设计时建议重点关注：

USB 高速差分线尽量短、直、少过孔；
差分对保持等长与间距一致；
接口附近避免参考平面割裂；
ESD、共模电感等器件布局应靠近接口；
芯片供电去耦电容尽量贴近电源引脚放置。

3.3 电源设计

本项目使用 RY3420 DCDC 完成电源转换，将 5V 转换为 3.3V 和 1.0V，为 VL822_Q8、CH641P 及相关外围电路提供稳定供电。

3.4 PD 控制器设计

本项目的一个重点是：下行不只是 USB-A，也包含 USB-C。Type-C 接口虽然插拔方便，但在扩展坞下行口设计中，需要考虑正反插检测与信号切换问题。

这里采用 CH641P 对每个 C 口进行 PD / 口向相关识别。固件部分使用电阻识别 DFP / UFP，用于判断接口状态并辅助完成正反插检测。

上行 CH641P 作为 SNK / UFP，用于 PD 握手设备电源能力，一般为 5V 3A；下行 CH641P 作为 SRC / DFP，向握手的设备发送电源能力，一般为 5V 3A。同时通过检测握手的 CC 通路，识别 Type-C 正反插方向。

3.5 Type-C 识别逻辑流程图

3.6 PCB 设计说明

本项目为 2A2C 扩展坞，接口布局直接影响成品体验。建议将上行 USB-C 单独放置，避免和下行口混淆；2 个 USB-A 与 2 个 USB-C 下行口则根据外壳方向统一排布，方便外设插拔。

4. 软件设计说明

4.1 软件开发环境

软件开发环境为 MRS2 + CH641P 官方 EVT。

4.2 程序结构

待开源完善。

5. 程序下载与调试说明

5.1 下载接口说明

使用 WCH LinkE 和 Type-C 转接板 × 2 对 CH641P 进行程序下载。
VL822_Q8 下载固件请参考立创其他开源链接项目，后续可能增加页面说明。

5.2 CH641P 下载步骤

5.2.1 上行 CH641P

线序说明：

LinkE 侧	PCB Type-C 转接板侧
5V	VBUS
GND	GND
SWDIO	CC1

5.2.2 下行 CH641P

线序说明：

LinkE 侧	PCB Type-C 转接板侧
5V	左侧 Type-C VBUS
GND	右侧 Type-C 转接板 GND
SWDIO	右侧 Type-C 转接板 CC1

5.2.3 打开 WCH-LinkUtility

查找到 LinkE 之后，打开文件并点击箭头处按钮即可。

5.3 常见下载问题

参考对应下载说明文档。

6. 复刻建议

6.1 复刻前准备

本项目页面标注复刻成本约 50 元。实际复刻成本会受到 PCB 数量、SMT 贴装、接口品牌、线材、外壳和运费影响。

建议复刻前先确认：

VL822_Q8 是否容易采购；
CH641P 是否有库存；
Type-C、USB-A 接口封装是否与 PCB 匹配；
是否需要 SMT 贴装；
是否准备制作外壳。

6.2 PCB 打样建议

推荐板材参数：JLC04161H-7628 ±20%。

6.3 上电检查建议

首次上电前建议检查：

电源输入是否正确；
3.3V、1.1V 等电压是否正常；
是否存在短路；
芯片方向是否正确；
关键外设是否焊接正确。

6.4 复刻风险提示

风险提示：

本项目属于高速 USB 10Gbps 设计，对 PCB 工艺、阻抗控制、焊接质量、接口器件、线材质量和调试经验都有一定要求。复刻存在一定风险，建议具备高速差分线设计和调试经验后再进行制作。

7. 版本记录

版本	日期	修改内容	作者
V1.0	26-05-27	初始版本，固件未释放，未进行测速测试。	Lemonwifi
V1.1	26-06-18	1. 修改下行 CH641P 供电为 Hub_5V； 2. 增加 CH641P 固件。	Lemonwifi