声明

        带PD充电USB3.1拓展坞，PD2.0 + 3✖USB3.1 + HDMI（4K@30Hz）+ 千兆网口。

        本工程为CC-BY-NC-SA协议（即创作共用-署名-非商业性-相同方式共享），要以同样方式共享其工程进行演绎，且需要标注原作者署名以及来源，禁止用于商业行为！请大家自觉遵守开源协议，共同维护开源环境。

        本工程一次性成功费用大概50元左右，多为贴片元件，对芯片焊接和动手能力有较高的要求，不适合入门小白手残党，请慎重复刻。如有其他错漏疏忽之处，还请各位大佬嘴下留情，理性指正，大家相互交流学习，开源不易，大家共勉。

        本示例工程外壳用PCB加螺柱螺母焊接组装，存在很大的装配误差以及设计缺陷，因此只做示例展示用，大家伙有条件还是上3D打印为宜。

        本工程为TypeC母座接口设计，需要配一根全功能TypeC数据线使用；测试中发现通讯过程中接口晃动容易导致断联，可靠性方面存在不足，因此对TypeC母座接口质量要求较高，可能这也是市面上大多数拓展坞都采用带线公头设计的原因。

勘误

        24.11.21 V1.1：原理图中GL3523（U7）和Flash（U14）SPI通讯的DO和DI信号反了，本工程测试时Flash未焊接，未测试该项功能，有使用需求的朋友请自行更正原理图和PCB。

工程简述

        日常使用平板的时候发现平板只有一个TypeC输出口，有时需要一边充电一边传输数据的时候很不方便，于是萌生了搞一个TypeC拓展坞的想法，既然要DIY是吧，那必须得上点强度，收集了一些相关资料参考后，确定了拓展坞的总体方案。

        原理框图如图所示：

        主控部分采用CS5266AN，该芯片带PD控制，并支持音频和HDMI（最高4K@30Hz）输出；需要配合VL170这类通道切换芯片实现TypeC母座正反插（如为带线公头设计可省略该芯片）。
        USB拓展部分采用GL3523，该芯片可实现1出4USB3.1 拓展，并且支持读写呼吸灯指示。
        网卡部分采用Realtek的RTL8153B-VB-CG，芯片为1000M向下自适应网卡，支持电源转换和指示灯定制输出。
        电源转换部分采用南芯的SC8721，是一款内置MOS的升降压芯片，主要用于输出稳定5V电压，保证后级各接口供电稳定。

工程介绍

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关于PD主控芯片CS5266AN：
        该芯片主要负责平板和充电器的CC信号通讯、充电控制以及视频信号输出，PD快充功能就是靠这个CC信号来确定的，充电器根据平板发出CC信号来决定输出电压，这里具体的握手协议由平板和充电器协商就行，我们只是用CS5266AN将平板和充电器的沟通桥梁搭建起来。

        TypeC正反插时信号对接的示意图如上（图片来源于知乎，侵删），CS5266AN本身带有TypeC的正反插识别功能，但是它并不能自行切换通道，因此还需配合VL170高速通道切换芯片，总之目的就是将左边和右边的USB信号和DP信号分别对应接上。当芯片通过CC信号识别到数据线反插时，POL（23脚）送出高电平触发VL170切换通道，才能使USB信号和视频信号都送到他们指定的位置。本工程由于接口布局和方便布线需要，对TypeC接口引脚信号进行了镜像调整，完全不影响实际使用。大家测试时如果遇到正反插POL信号不跳变的情况，可以尝试升级CS5266AN固件，我买的芯片就是因为批次比较早，出厂时还未完善这个功能，测试的时候怎么试POL都不送出翻转信号，联系厂家升级固件后立马能翻转了，在附件里给出了升级所需工具和固件（CS5266AN升级时数据线接到PD充电输入口），大家可按需自行升级。
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关于网卡芯片RTL8153B-VB-CG：
        该芯片主要负责网络信号和USB信号的转换，RTL8153B-VB-CG支持1000M向下自适应，自带电源输出、定制LED灯和Flash拓展等功能，电源输出1.0V有LDO和开关输出（需要外接电感）2种形式选择，3.3V只有LDO稳压器输出一种。本工程采用了内部电源输出方式（1.0V为DCDC；3.3V为LDO），实测工作温度在30度左右。另外还预留了3.3V和1.0V跳线短接焊盘，可以自行选择电源方式。至于定制LED功能就有点小复杂了，需要用到PC调试工具（RtPGtoolUI）将对应代码写入到RTL8153B的EFUSE中，注意这个EFUSE的写入次数是有限制的，大概能写个6~7次左右就写满了。另外MAC地址和其他功能的开启也可以用RtPGtoolUI设置，下面简单介绍一下用RtPGtoolUI工具设置LED的方法。

        首先打好对应的8153B驱动，确保电脑能识别网卡。然后打开RtPGtoolUI（推荐使用v2.0.19版本，该版本可以手动设置Flash内存），一般过一会儿就自动识别8153B并显示当前MAC地址，默认会进到EFUSE配置，点击Dump可以读取当前芯片的配置状态，然后我们可以根据需要在CURRENT栏设置指定的MAC地址，中间的Characteristics栏可以设置相应功能使能，本工程只用勾选CTAPSHORT和GPHY_FLOW_CONTROL（空闲节能模式，按需勾选）就行。这里需要注意，本工程用LED2引脚（24脚）作为网口绿灯控制引脚，而8153B的LED2是一个多功能复用引脚，手册中对该引脚进行了说明：如果启用了“GPIO模式”或“LANWAKEB模式”或“EEPROM模式”或“SPIFlash模式”中的一个，则LED2引脚会丧失LED指示灯功能，因此本工程如果想正常控制网口的绿灯，则SPI_FLASH_EN、EEPROM_EN、LAN_WAKE_EN、LINK_OK、LAN_DIS都不能勾选！！！下面说明一下8153B设置LED寄存器的方法。

        参考技术手册可以看到，8153B的LED控制由DD90h~DD91h共16个数据位设置，其中Bit0~Bit11分别控制3个LED引脚的接通亮灯和通讯闪烁，单独拿出LED0（Bit0~Bit3）举例，下面简单绘制了一个LED0引脚的配置表。

        LED1和LED2引脚的配置同理，然后说说LED工作模式配置（Bit12~Bit15）的方式，Bit12~Bit15主要负责配置各LED的工作模式和有效电平，Bit15控制工作模式选择，官方给出了2种工作模式，大概就是指定网络通讯闪烁和全网络通讯闪烁的区别；Bit12~Bit14分别是各LED有效电平选择，这个很好理解了，本工程是低电平点亮，因此Bit12~Bit14全写0。大概绘制了一个总体配置表格。

        表格中示例是为了让大家便于理解各数据位的用法，回到本工程，本工程用到了LED2（绿灯）和LED0（黄灯），并且我们的预设目标是千兆网接入时绿灯常亮，在千兆网通讯时绿灯闪烁；百兆或十兆网接入时黄灯常亮，百兆或十兆网通讯时黄灯闪烁。因此Bit11~Bit8（LED2）中的数据应为 1100 B；Bit3~Bit0（LED0）中的数据应为 1011 B；LED1（Bit7~Bit4）没用到我们全部写 0 即可。然后本工程明显是指定网络通讯才闪烁的，并且所有引脚都是低电平有效，因此Bit15~Bit12中的数据为 0000 B。那么总结下来我们应该写入的数据为0000 1100 0000 1011 B（0x0C0B）。这里注意RtPGtoolUI中LED的配置顺序为先排低八位再排高八位，因此我们需要将上面的数据高低位对调后才能正确控制（高低位对调后为0x0B0C），将“0B0C”填入“LED_SEL_CFG”栏中既是正解。
        前面已经强调过了，LED2引脚为多功能复用引脚，因此LED2想要正常控制，就不能勾选SPI_FLASH_EN、EEPROM_EN、LAN_WAKE_EN、LINK_OK、LAN_DIS这几个选项，大家可以自行动手将绿灯引脚改为LED1，PCB稍微改动一下连线就可避免该问题。然后其他根据自己需要设置完成后，点击“Program”进行配置写入。等进度条推完显示“PASS”则表明配置写入成功。
        下面介绍一下8153B的SPIFlash（使用SPIFlash需要在写入配置时勾选SPI_FLASH_EN，这将导致LED2指示灯不能正常使用，介意的自行将绿灯换至LED1引脚）。SPIFlash用于拓展外部存储，我们可以将驱动文件（需要转换成ISO格式）写入SPIFlash中，8153B在接入时如果检测不到驱动，会在电脑上加载出一个盘符，手动安装驱动后即可正常识别网卡了。我们先要将要写入的驱动压缩成一个ISO格式的文件（可以使用UltraISO，或者暴力点压缩成ZIP后直接改后缀名也是可以的，但可能会有兼容性的问题），然后打开RtPGtoolUI识别到8153B后，在右侧Model Select栏选择FLASH，下方的ISO栏选择刚才制作好的驱动ISO文件，再在下方的Flash Size栏填入存储芯片的大小，然后点击“Program”等待驱动文件写入（进度条跑完也先不要动它，直到显示“通过”或者“错误”），这个过程网口的指示灯会不断闪烁，大概8分钟这样显示PASS就表示写入完成了（文件越大写入时间越久）。
        官方文档推荐使用8M（W25Q64）的SPIFlash，实际测试使用32M（MX25L256）调试工具会无法识别内存大小，不知是不是8153B识别内存大小限制的问题，因此要使用v2.0.19版本，该版本可手动设置Flash大小。但是测试中发现写入的文件大小似乎也有限制的，WIN7、10、11这3个版本的驱动加起来已经将近18M了，进行过多次尝试都写入失败，所以舍弃了WIN11（新系统的兼容性较好，有可能会自带8153B驱动），缩减后大概12M左右就可以正常写入了。本工程PCB预留了SPIFlash的焊盘位，大家自行按需焊接。
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其他注意事项：
        1.大家买TypeC接口和USB3.0接口尽量买质量好一点的（比如富土康），目前测试下来发现TypeC母座方式的拓展坞相对来说接触不是很可靠，很容易因为被触碰到导致接口松动就会断联，有时也会因为接触不良导致通讯速度上不来，但是平板端的TypeC接口端倒是挺牢靠的。同样USB3.0接口也是，前期买的便宜货插上U盘怎么都不识别3.0，以为是拓展芯片GL3523的问题折腾了好久，最后发现是USB3.0接口的问题，真坑......
        2.D15、D16的快恢复二极管1N5819必须得加，目的是降低MOS管的体二极管导通压降。5V电源的条件下如果压降过大会导致无法达到SC8721的启动电压而无法正常工作，1N5819压降只有0.3V左右，即使输入电源只有5V也可以满足要求。