CH343高速隔离USB转TTL串口模块

前言

设计这款模块的初衷是因为公司现有的串口模块是不带隔离的CH340模块，而开发板串口在断电情况下经常会有漏电导致串口终端乱码，当开发板再次上电，串口终端就没法正常工作了，得重启终端窗口，这让我很苦恼。
而且像瑞芯微平台的debug串口默认波特率达到了1.5Mbps，而ch340最大支持为2Mbps，虽然能用，但已经比较接近极限了。
考虑到充分冗余设计，我选用了沁恒推出的第三代高速USB转串口芯片CH343，并且加入了隔离电路加以保护，并且在输入输出端均加入了ESD保护电路。

工程说明

此工程已打板贴片验证，通信收发正常，且有效减少了漏电导致乱码的发生，但未进行专门ESD可靠性测试。
PCB板子适配公版USB电流表外壳，购买连接：https://item.taobao.com/item.htm?id=634657112031&skuId=4541895572775
嘉立创打样选择板厚1.6mm既可。
如果自己要开钢网的话，记得去掉后面接口的四个焊盘：

特性

采用CH343P高速USB转TTL串口芯片，最大6Mbps通信波特率。
PCB板子适配公版USB电流表外壳，串口输出接口可以焊接2.54-4p排针排母或XH2.54-4p插座，如果需要焊接2EDGVC-2.54-4P插拔接线端子，则需要稍微打磨一下USB外壳的孔高度。
采用内置自锁开关切换5V/3.3V的TTL电平电压及输出供电电压，内置开关可有效防止误触导致电压意外切换。
采用金升阳5V 1W隔离电源，当5V输出时，最大电流约为200mA，当3.3V输出时，最大电流约为300mA，输出供电端有防反接设计。
采用ADI的数字隔离芯片ADUM3201CRZ-RL7，最大支持25Mbps通信速率。
USB端采用USB 2.0专用ESD器件，TTL端采用双向TVS管SMBJ6.8CA。
有电源及TX、RX通信指示灯。

硬件设计

CH343P芯片电路

官方驱动、规格书及配置软件下载连接：
https://www.wch.cn/products/CH343.html
官方描述：

虽然CH343本身内部有LDO，支持5V供电，但保险起见还是使用外部3.3V供电。由于内置晶振，无需外部晶振，外部电路非常简单，只需在每个临近芯片供电引脚出接100nF退耦电容既可。

USB接口电路

采用ST家的USB 2.0专用ESD器件USBLC6-2SC6对USB的DP和DN数据线进行防护。

LDO稳压电源电路及隔离电源电路

采用双LDO设计，在输入与隔离输出端各一个。
输入端LDO由USB的5V供电：

输出端LDO由金升阳B0505S-1WR3隔离电源模块提供：

这里对隔离电源电路进行说明一下，根据规格书说明，其最低工作电流建议大于20mA，由规格书可知：

由于用户可能不需要模块用到模块输出供电，在空闲状态下，隔离电源输出端几乎接近空载，某些隔离电源模块是有要求最低工作电流的，为了使隔离电源工作在稳定的状态下，所以在输出端接有一个249Ω的假负载。

数字信号隔离电路及输出电压切换电路

采用ADI的数字隔离芯片ADUM3201CRZ-RL7，最大支持25Mbps通信速率。这里用ADUM3201BRZ也没问题，ADUM3201CRZ最大支持10Mbps通信速率，仍然满足要求。数字隔离芯片电源是支持5V和3V供电的，采用什么供电电压，那么信号就是什么电平，利用这一点，采用5.8自锁开关进行切换电压，既可控制信号电平。

这里建议使用键高小于等于2.3mm的5.8平头自锁开关，这样就不容易被外壳压到而无法弹起。
我用的是这款，键高恰好且回弹力度较大：https://item.taobao.com/item.htm?id=611739387069&skuId=4302641968335

还要注意的一点就是，在这里为了统一按下为5V，弹起为3.3V，需要在焊接时确认方向，在按钮丝印处有一个缺口：

对应的就是按钮上的缺口：

TTL接口电路

TTL电平输出不超过5V，所以采用两颗SMBJ6.8CA对TTL信号线进行ESD防护，采用两颗SOD-123F封装的1N5819用于防反接及防倒灌设计。

尾部TTL接口可以焊接可以焊接2.54-4p排针排母或XH2.54-4p插座，如果需要焊接2EDGVC-2.54-4P插拔接线端子，宽度是兼容的，但需要稍微用锉刀打磨一下USB外壳的上下孔高，否则USB外壳会合不上：

合上后是刚好贴着弹起状态的5.8自锁开关顶部的：