9M高速USB转接芯片CH347转双串口转I2C转SPI转JTAG转SWD

1、概述

CH347 是一款高速 USB 总线转接芯片，通过 USB 总线提供异步串口、I2C 同步串行接口、SPI 同步串行接口和 JTAG 接口等。
在异步串口方式下，CH347 提供了 2 个高速串口，支持 RS485 串口收发使能控制、硬件流控和常用的 MODEM 联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备或者 MCU 直接升级到 USB总线。

在同步串行接口方式下，CH347 提供了 1 个 2 线 I2C 接口(SCL 线、SDA 线)和 1 个 4 线 SPI 接口(SCS 线、SCK/CLK 线、MISO/SDI/DIN 线、MOSI/SDO/DOUT 线)，用于为计算机扩展 2 线或 4 线同步串行接口，操作 EEPROM、FLASH 和传感器等器件。

在 JTAG 接口方式下，CH347 提供了 1 个 JTAG 接口，支持 4/5/6 线接口(TMS 线、TCK 线、TDI 线、TDO 线、TRST 线和 SRST 线)，用于为计算机扩展 JTAG 接口，操作 CPU、DSP、FPGA 和 CPLD 等器件。

在 SWD 接口方式下，CH347 提供了 1 个 SWD 接口（SWDCLK 线，SWDIO 线），用于为计算机扩展 SWD接口，操作 ARM MCU 和 CPU 等器件。

计算机或其它USB 主机经过USB线连接到CH347高速USB转接芯片，转换为异步串口 UART/RS232/RS485、异步串口 UART/RS232/RS485、2 线 IIC 和 4 线 SPI 同步串口、JTAG 接口/SWD 接口

2、特点

2.1. 概述

480Mbps 高速 USB 设备接口，外围元器件只需晶振和电容。
内置 EEPROM，可配置工作模式、芯片 VID、PID、最大电流值、厂商和产品信息字符串等参数。
单一 3.3V 供电。
CH347F 支持 I/O 独立供电，支持 3.3V、2.5V、1.8V 电源电压。
提供 TSSOP-20 和 QFN28 无铅封装，兼容 RoHS。
多种工作模式，适应高速 USB 转接应用需求。

2.2. 异步串口

内置固件，仿真标准串口，用于升级原串口外围设备，或者通过 USB 增加额外串口。
计算机端 Windows 操作系统下的串口应用程序完全兼容，无需修改。
硬件全双工串口，内置独立的收发缓冲区，通讯波特率支持 1200bps～9Mbps。
串口支持 8 个数据位，支持奇校验、偶校验以及无校验，支持 1 或 2 停止位。
每个串口内置 12K 字节的接收 FIFO，4K 字节的发送 FIFO。
支持常用的 MODEM 联络信号 RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS。
支持 CTS 和 RTS 硬件自动流控。
支持半双工，提供串口正在发送状态指示 TNOW，可用于控制 RS485 收发切换。
支持最多 8 路 GPIO 输入输出功能。
通过外加电平转换器件，支持 RS232、RS485、RS422 等接口。

2.3. I2C 同步串行接口

作为 Host/Master 主机模式。
提供 SCL 和 SDA 两根信号线，支持 5 种传输速度，传输频率可达 1MHz。
通过计算机 API 配合，可灵活操作 2 线接口的 A/D、D/A、EEPROM 和传感器等器件。

2.4. SPI 同步串行接口

作为 Host/Master 主机模式。
提供 SCS 线、SCK/CLK 线、MISO/SDI/DIN 线、MOSI/SDO/DOUT 四根信号线。
支持 2 根片选信号线，可分时操作 2 个 SPI 接口设备。
支持 8 位/16 位数据结构，支持 MSB 和 LSB 传输。
支持 SPI 模式 0/1/2/3，支持传输频率配置，传输频率可达 60MHz。
支持硬件 DMA 发送和接收。
通过计算机 API 配合，可灵活操作 4 线接口的 FLASH、MCU、传感器等器件。

2.5. JTAG 接口

作为 Host/Master 主机模式。
JTAG 接口提供 TMS 线、TCK 线、TDI 线、TDO 线、TRST 线(可选)和 SRST 线(可选)。
支持高速 USB 数据传输。
通过计算机 API 配合，可灵活操作 CPU、DSP、FPGA、CPLD、MCU 等器件。

2.6. SWD 接口

作为 Host/Master 主机模式。
SWD 接口提供 SWDCLK 线、SWDIO 线。
通过计算机 API 配合，可灵活操作 ARM MCU 和 CPU 等器件。

3、封装

注：CH347 的 USB 收发器按 USB2.0 全内置设计，UD+和 UD-引脚不能串接电阻，否则影响信号质量。
CH347F 的底板是 0#引脚 GND，是可选但建议的连接；其它 GND 是必要连接。

4、引脚

4.1. 一般说明

CH347 芯片具有多种工作模式，同一引脚在不同工作模式下的功能和定义可能不同。CH347T 芯片在上电复位或外部复位时，检测配置引脚状态自动配置工作模式。
注：FT 表示引脚作为输入时耐受 5V 电压。

4.2. CH347F 引脚

标准的公共引脚

SPI 接口相关引脚

JTAG 接口相关引脚

SWD 接口相关引脚

I2C 接口相关引脚

UART 接口相关引脚

GPIO 相关引脚

注 1：CH347F 的第 17 和第 18 引脚的电源来自 VCC，为 3.3V 信号电平；其它引脚的电源来自 VIO，为 VIO 相匹配的 3.3V/2.5/1.8V 信号电平。
4.3. CH347T 引脚

标准的公共引脚

工作模式配置引脚

工作模式 0 引脚

工作模式 1/2 引脚

工作模式 3 引脚

5、功能说明

5.1. 一般说明

CH347 是一款高速 USB 总线的转接芯片，通过 USB 总线提供异步串口、常用 2 线 IIC 和 4 线 SPI同步串行接口、JTAG 接口等。

CH347 芯片的 VCC 是电源输入端，需外部提供 3.3V 电源电压。电源引脚 VCC 应该外接容量为 0.1uF左右的电源退耦电容。

CH347F 芯片的 VIO 引脚用于为 I/O 和 RST 引脚提供 I/O 电源，支持 1.8V～3.3V 电源电压，VIO应该与 MCU 等外设使用同一电源。UD+和 UD-引脚使用 VCC 电源，不使用 VIO 电源。

CH347 芯片内置了电源上电复位电路，芯片正常工作时需要外部向 XI 引脚提供 8MHz 时钟信号，时钟信号可通过 CH347 内置的反相器通过晶体稳频振荡产生。外围电路需要在 XI 和 XO 引脚之间连接一个 8MHz 晶体，XI 和 XO 引脚对地接 22pF 左右的负载电容。

CH347 芯片内置了 USB 总线所需要的所有外围电路，包括内嵌 USB 控制器和 USB-PHY、USB 信号线的串联匹配电阻、Device 设备所需的 1.5K 上拉电阻等。UD+和 UD-引脚应该直接连接到 USB 总线上。

5.2. 工作模式说明

CH347F 不需要配置工作模式，同时支持高速串口、I2C、SPI、JTAG 和 SWD 等接口。复用引脚的功能可通过驱动程序进行切换控制。

CH347T 芯片在复位时，检测 DTR1(PIN10)和 RTS1(PIN13)引脚的电平状态配置芯片的工作模式，各工作模式及对应的转接功能如下表。

工作模式 0：USB 转高速双串口，在计算机上识别为 2 个标准的 USB 串口，适用于同时使用双串口的需求。串口 0 支持全 MODEM 信号，串口 1 支持部分 MODEM 信号，2 个串口均支持硬件流控，均支持 RS485 串口收发使能控制Easyboard。

工作模式 1：厂商驱动模式三合一，USB 转高速单串口、USB 转 2 线 I2C 和 USB 转 4 线 SPI 同步串行接口。在计算机上识别为 1 个标准的 USB 串口以及 1 个用于 2 线和 4 线同步串行接口通信的自定义接口，适用于同时使用串口及 2 线或 4 线同步串行接口的需求。串口 1 支持部分 MODEM 信号，支持硬件流控，支持 RS485 串口收发使能控制。4 线同步串行接口支持模式、数据位数、数据顺序等配置。

工作模式 2：HID 免装驱动程序模式三合一，USB 转高速单串口、USB 转 2 线 I2C 和 USB 转 4 线SPI 同步串行接口。在计算机上识别为 2 个自定义 HID 接口的类复合设备(接口 0 用于串口数据的上传和下传，接口 1 用于 2 线和 4 线同步串行接口通信)，适用于同时使用串口及 2 线或 4 线同步串行接口且不方便安装厂商驱动的需求。串口 1 支持部分 MODEM 信号，支持硬件流控，支持 RS485 串口收发使能控制。4 线同步串行接口支持模式(模式 0/1/2/3)、数据位数(8 位/16 位)、数据顺序(MSB/LSB)等配置。

工作模式 3：二合一，USB 转高速单串口及 USB 转 JTAG 接口。在计算机上识别为 1 个标准的 USB串口以及 1 个 JTAG 接口，适用于同时使用串口及 JTAG 接口的需求。

5.3. 异步串口

CH347 芯片提供 1 组或 2 组异步串口，每组串口包括 TXD、RXD、CTS、RTS、DTR 等引脚。串口 0支持全 MODEM 联络信号，串口 1 支持部分 MODEM 联络信号。
异步串口方式下 CH347 芯片的引脚包括：数据传输引脚、MODEM 联络信号引脚和辅助引脚。
数据传输引脚包括：TXD0、TXD1 和 RXD0、RXD1。串口输入空闲时，RXDx 为高电平，串口输出空闲时，TXDx 为高电平。
MODEM 联络信号引脚和 RS485 发送和接收控制引脚：CTS0、RTS0、DTR0、CTS1、RTS1 和 DTR1。
CH347 芯片的串口内置了独立的收发缓冲区，支持单工、半双工或者全双工异步串行通讯。

CH347 的串行数据包括 1 个低电平起始位、8 个数据位、1 个/2 个高电平停止位，支持无校验/奇校验/偶校验。支持常用通讯波特率：1200、1800、2400、3600、4800、9600、14400、19200、28800、33600、38400、56000、57600、76800、115200、128000、153600、230400、460800、921600、1M、1.5M、2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M、9M 等。工作模式 0 时，2 个串口波特率最高支持 9M，其它工作模式时，串口波特率最高支持 7.5M。

CH347 芯片的 2 个异步串口均支持 CTSx 和 RTSx 硬件自动流控制，默认不启用，可以通过 VCP 厂商驱动程序控制启用。如果启用，那么仅在检测到 CTSx 引脚输入有效（低电平有效）时串口才继续发送下一包数据，否则暂停串口发送；当接收缓冲区空时，串口会自动有效 RTSx 引脚（低电平有效），直到接收缓冲区的数据较满时，串口才自动无效 RTSx 引脚，并在缓冲区空时再次有效 RTSx 引脚。使用硬件自动速率控制，可以将己方的 CTSx 引脚接到对方的 RTSx 引脚，并将己方的 RTSx 引脚接到对方的 CTSx 引脚。
CH347 芯片串口接收信号的允许波特率误差不大于 2％，串口发送信号的波特率误差小于 1％。
在计算机端的 Windows 操作系统下，安装高速率的 VCP 厂商驱动程序后，能够仿真标准串口，所以绝大部分串口应用程序完全兼容，通常无需任何修改。
CH347 芯片支持最多 8 路 GPIO 输入输出控制功能。
CH347 芯片可以用于升级原串口外围设备，或者通过 USB 总线为计算机增加额外串口。通过外加电平转换器件，可以进一步提供 RS232、RS485、RS422 等接口。

5.4. I2C 同步串行接口

CH347 芯片的 I2C/IIC 同步串行接口工作在 Host/Master 主机模式，包括 SCL 和 SDA 两根信号线。
SCL 用于单向输出同步时钟，开漏输出，SDA 用于双向数据输入输出，开漏输出及输入。
I2C 接口的基本操作元素包括：起始位、停止位、位输出、位输入。
起始位定义为当 SCL 为高电平时，SDA 输出下降沿。
停止位定义为当 SCL 为高电平时，SDA 输出上升沿。
位输出定义为当 SCL 为低电平时，SDA 输出位数据，然后 SCL 输出高电平脉冲。
位输入定义为当 SCL 输出高电平脉冲，在下降沿之前从 SDA 输入位数据。
CH347 芯片的 I2C 接口支持 5 种传输速度，通过计算机 API 配合，可灵活操作 2 线接口的 A/D、D/A、EEPROM 和传感器等器件。

5.5. SPI 同步串行接口

CH347 芯片的 4 线 SPI 同步串行接口工作在 Host/Master 主机模式，包括 SCSx、SCK(CLK)、MISO(SDI/DIN)和 MOSI(SDO/DOUT）四根信号线。SCSx 包括 SCS0 和 SCS1，可分时操作 2 个 SPI 接口设备。支持 8 位/16 位数据结构，支持 MSB 和 LSB 传输、支持 SPI 模式 0/1/2/3、支持传输频率配置等。内置硬件 DMA，可进行批量数据的快速发送和读取。通过计算机 API 配合，可灵活操作 4 线接口的 FLASH、MCU、传感器等器件。

5.6. JTAG 接口

CH347 芯片的 JTAG 接口工作在 Host/Master 主机模式。JTAG 接口包括 TMS、TCK、TDI、TDO、TRST和 SRST 六根信号线，TRST 和 SRST 为可选信号线。支持自定义协议的快速模式和 bit-bang 模式，传输速率可达 30Mbit/S。
提供计算机端的 USB 高速驱动和 USB 转 JTAG TAP 函数库，支持二次开发，用于构建自定义的 USB转高速 JTAG 调试器、FPGA 下载器、CPU 编程器等产品。

5.7. SWD 接口

CH347 芯片的 SWD 接口工作在 Host/Master 主机模式。SWD 接口包括 SWDCLK、SWDIO 两根信号线。
提供计算机端的 USB 高速驱动和 USB 转 SWD 函数库，支持二次开发，用于构建自定义的 USB 转SWD 调试器、下载器等产品。

5.8. 芯片参数配置

在较大批量应用时，CH347 的厂商识别码 VID 和产品识别码 PID 以及产品信息可以定制。
在少量应用时，可以使用内置的 EEPROM 进行参数配置。用户安装 VCP 厂商驱动程序后，可以通过芯片厂家提供的配置软件 CH34xSerCfg.exe，灵活配置芯片的厂商识别码 VID、产品识别码 PID、最大电流值、BCD 版本号、厂商信息和产品信息字符串描述符等参数。

6、参数

6.1. 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏）

6.2. 电气参数

（测试条件：TA=25℃，VCC=3.3V，不含 USB 引脚）

6.3. 时序参数

（测试条件：TA=25℃，VCC=3.3V）

7、应用

7.1. USB 转双 UART+I2C+SPI+JTAG 五合一

下图是由 CH347F 芯片实现的 USB 转双路高速串口、2 线串行接口 I2C、4 线串行接口 SPI 和 JTAG接口的参考电路图。
P1 是 USB 端口，USB 总线包括一对 5V 电源线和一对数据信号线，通常，+5V 电源线是红色，接地线是黑色，D+信号线是绿色，D-信号线是白色。USB 总线提供的电源电流可以达到 500mA。
P2 和 P3 是串口的 TTL 连接引脚，包括 3.3V、GND、RXDx、TXDx、RTSx、CTSx 和 DTRx 等引脚。
可外加电平转换器件（须支持高波特率），实现 TTL 转 RS232、RS485、RS422 等信号转换。

P4 是 4 线同步串行 SPI 接口，包括 3.3V、GND、SCS0、SCK、MISO、MOSI 和可选的第 2 个片选信号 SCS1。P5 是 2 线同步串行 I2C 接口。P6 是 JTAG 接口，直连 FPGA、CPU 等芯片。
CH347 芯片的 VCC 引脚输入 3.3V 电源电压，每个电源引脚应外接容量为 0.1uF 左右的电源退耦电容，如图中 C8 为电源退耦电容。

晶体 X1、电容 C5 和 C6 用于 CH347 的时钟振荡电路。X1 的频率为 8MHz±0.4％，C5 和 C6 是容量约为 22pF 的独石或高频瓷片电容。R1 和 C7 为可选器件。
建议为 USB 信号线增加 ESD 保护器件，ESD 芯片寄生电容需小于 2pF，例如 CH412K。

建议外设接口(UART、I2C、SPI、JTAG)与 CH347 使用同一电源，否则需考虑分开供电时的 IO 引脚倒灌电流问题。CH347F 芯片的 VIO 引脚用于为 I/O 和 RST 引脚提供 I/O 电源，支持 1.8V～3.3V 电源电压，VIO 应该与 MCU 等外设使用同一电源。

在设计印刷线路板 PCB 时，需要注意：退耦电容 C8 尽量靠近 CH347 相连的电源引脚；USB 口的D+和 D-信号线按高速 USB 规范贴近平行布线，保证特性阻抗，尽量在两侧提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰。

7.2. USB 转双 UART

下图是由 CH347T 芯片实现的 USB 转双路高速 TTL 串口的参考电路图，芯片工作在模式 0。
图中的信号线可以只连接 RXDx、TXDx 以及公共地线，其它信号线 CTSx、RTSx、DTRx 根据需要选用，不需要时都可以悬空。
如果 DTR0 外接 4.7KΩ 的下拉电阻，那么 DTR0 和 DTR1 均分别切换为 TNOW0 和 TNOW1 功能，指示串口发送状态，用于控制 RS485 收发切换。
P1 是 USB 端口，P2 和 P3 为 2 路串口的 TTL 连接引脚，包括 3.3V、GND、RXDx、TXDx、RTSx、CTSx和 DTRx 等引脚。可外加电平转换器件（须支持高波特率），实现 TTL 转 RS232、RS485、RS422 等信号转换。

7.3. USB 转 SPI+I2C+UART 三合一功能

下图是由 CH347T 芯片实现的 USB 转高速单串口及 2 线和 4 线同步串行接口的参考电路图，去掉R3 但保留电阻 R4 设置芯片工作在模式 1，去掉 R4 但保留电阻 R3 设置芯片工作在模式 2。
P1 是 USB 端口，P2 是串口的 TTL 连接引脚，包括 VCC、GND、RXD1、TXD1、RTS1、CTS1 和 DTR1等引脚。可外加电平转换器件，实现 TTL 转 RS232、RS485、RS422 等信号转换。
U3 是 2 线同步串行接口 IIC 设备。U4 是 4 线同步串行接口 SPI 设备。建议外设与 CH347 使用同一电源。

7.4. USB 转 JTAG+UART 二合一功能

下图是由 CH347T 芯片实现的 USB 转高速单串口及 JTAG 接口的参考电路图，电阻 R3 和 R4 设置芯片工作在模式 3。
P1 是 USB 端口，P2 是串口的 TTL 连接引脚，包括 VCC、GND、RXD1、TXD1、RTS1、CTS1 和 DTR1等引脚。可外加电平转换器件，实现 TTL 转 RS232、RS485、RS422 等信号转换。
P3 是 JTAG 接口，直连 FPGA、CPU 等芯片。