CH315
手册
１
USB
延长线控制芯片
CH315G
USB
信号隔离控制芯片
CH315H
手册
版本：1A
http://wch.cn
1、概述
CH315G
是
USB
延长线控制芯片，用于
USB
信号的实时中½和传输距离扩展。
CH315H
是
USB
信号隔离控制芯片，用于
USB
总线的光电隔离器或者磁电隔离器。
CH315
支持全速
USB
传输和½速
USB
传输，支持
USB
设备动态插拔。下图为其一般应用框图。
计算机
或者其它
USB
主机
Host
Power
USB
CH315G
芯片
上½机
UP#=GND
Power
远距离
信号传输
全速
75
米
½速
300
米
CH315G
芯片
下½机
UP#=VCC
Power
USB
USB
键盘
USB
鼠标
U
盘/闪盘
USB
打印机
USB
采集盒
USB
控制器
计算机
或者其它
USB
主机
Host
Power
USB
CH315H
芯片
上½机
UP#=GND
光耦合隔离
磁耦合隔离
CH315H
芯片
下½机
UP#=VCC
Power
USB
USB
键盘
USB
鼠标
U
盘/闪盘
USB
打印机
USB
采集盒
USB
控制器
2、特点
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
支持
12Mbps
全速
USB
传输和
1.5Mbps
½速
USB
传输，兼容
USB V2.0。
支持
USB
控制传输、批量传输、中断传输、同步/等时传输。
自动识别
USB
全速
Full-Speed
或者
USB
½速
Low-Speed，CH315H
提供
USB
传输状态指示。
同一芯片可配½为上½机模式和下½机模式，分别连接
USB-Host
主机和
USB-Device
设备。
下½机自动检测
USB
设备的连接和断开，上½机自动模拟
USB
设备的连接和断开。
内½
USB
信号线的阻抗匹配串联电阻、USB 设备端的上拉电阻、USB 主机端的下拉电阻。
内½
PLL
和
12MHz
频率的
USB
时钟，无需外部晶½或者晶振，外围电路简单。
CH315G
内½
USB
信号扩展电路，支持
5
类½线或者超
5
类½线，12Mbps
全速
USB
信号的传输
距离不小于
75
米，1.5Mbps
½速
USB
信号的传输距离不小于
300
米。
CH315H
内½光耦合器的电流驱动电路，支持½成本的
6N137
光耦，光耦不会受到工½环境中
电磁场干扰的½响。
纯硬件解决方案，对
USB
协议完全实时和透明，不需要额外安装任½驱动程序，支持
Windows
98/ME/2000/XP/Vista/Server200X/64bit-Vista
和
Linux。
内½
3.3V
电源稳压器，支持
5V
电源电压（默认）和
3.3V
电源电压。
CH315G
采用
SOP-14
无铅封装，CH315H 采用
SOP-18
无铅封装，兼容
RoHS。
3、封装
CH315
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２
封装½式
SOP-14
SOP-18
塑½½度
3.9mm
7.62mm
150mil
300mil
引脚间距
1.27mm
1.27mm
50mil
50mil
封装说明
标准的
14
脚贴片
标准的½
18
脚贴片
订货型号
CH315G
CH315H
4、引脚
CH315G
引脚号
3,9
2,6
14
13
12
1
5
4
无
无
无
无
无
无
10
无
7,8,11
CH315H
引脚号
13,16
8,17,18
3
1
2
无
无
无
14
15
6
7
5
4
12
11
9,10
引脚
名称
VCC
GND
V3
UD+
UD-
REF
XD+
XD-
OPIP
OPIN
OPOP
OPON
LSO#
LSI#
UP#
ACT#
NC.
类型
电源
电源
电源
USB
信号
USB
信号
参考电压
模拟信号
模拟信号
输入
输入
输出
输出
输出
输入
输入
开漏输出
空脚
引脚说明
正电源输入端，需要外接
0.1uF
电源退耦电容
公共接地端，直接连到
USB
总线的地线
在
3.3V
电源电压时连接
VCC
输入外部电源，
在
5V
电源电压时外接容量为
0.01uF
退耦电容
直接连到
USB
总线的
D+数据线
直接连到
USB
总线的
D-数据线
内部模拟电路的参考电压，需外接分压电阻和退耦电容
直接连到差分延长线的正端
直接连到差分延长线的负端
隔离传输
P
信号输入，接光耦或磁耦
P
逻辑输出端
隔离传输
N
信号输入，接光耦或磁耦
N
逻辑输出端
隔离传输
P
信号输出，接光耦或磁耦
P
控制输入端
隔离传输
N
信号输出，接光耦或磁耦
N
控制输入端
USB
传输速度自动检测结果输出，
½电平为
USB
½速
1.5Mbps，高电平为 USB
全速
12Mbps
USB
传输速度选择输入，
½电平为
USB
½速
1.5Mbps，高电平为 USB
全速
12Mbps
模式选择输入，内½上拉电阻，
½电平为上½机模式，高电平为下½机模式
USB
传输状态输出，½电平有效，内½上拉电阻
禁止连接
5、功½说明
CH315
芯片可以直接½用
USB
电源。½用
5V
电源电压时，V3
引脚应该外接容量为
0.01uF
左右的
电源退耦电容。½用
3.3V
电源电压时，V3
引脚应该与
VCC
引脚相连接，同时输入外部的
3.3V
电源。
CH315G
芯片可以½用
5
类或者超
5
类非屏½双绞线（½线）或者
USB
信号线以及类似的差分信
号双绞线，如果信号线的特性阻抗不匹配，那么需要在输出端
XD+/XD-引脚对地额外并联电阻。
CH315G
的传输距离与传输线的质量有关，½用普通½线时，½速
USB
信号的传输距离不小于
300
米，全速
USB
信号的传输距离不小于
75
米。普通½线的直流电阻一般小于每百米
10Ω，直流电阻太
大会½响传输距离，并且½响
USB
供电电压、抬高设备端地线电压。
CH315
手册
３
CH315G
的传输距离也与计算机芯片组中
USB
主机的时间特性有关，对于全速
USB
信号，电子在
传输线中进行一个往返的应答时间不½超过计算机的等待时间（几百纳秒）
，从而限制了传输距离。
CH315H
芯片的
ACT#引脚是 USB
传输正在进行的状态输出，可以外接
LED
发光管指示
USB
传输。
CH315H
支持常用的型号为
6N137
的单通道高速光耦（需要
4
只）或者型号为
HCPL-2630、2631、
0630、
0631
的双通道光耦
（只需要
2
只）
隔离电压由光耦合器决定，
。
6N137
的典型隔离电压为
5000V。
CH315H
也支持磁耦合器，建议½用光耦合器，不会受到工½环境中电磁场干扰的½响。为了支持
12Mbps
的
USB
全速信号，光耦或者磁耦应该选择传输速率大于
10Mbps
的型号。
CH315
是
USB
信号线延长和
USB
信号电气隔离的纯硬件解决方案，符合相关技术规范，对
USB
协
议完全透明。
CH315
芯片本身无需额外安装任½驱动程序，
½是
USB
设备本身可½需要安装驱动程序，
做法与未延长前或者未隔离前相同，普通的
U
盘、键盘、鼠标等
USB
设备无需驱动程序。
CH315
½够自动识别
USB
全速和
USB
½速，支持即插即用，½够自动检测和模拟
USB
设备的连接
和断开。CH315G 可以用于制½
USB
有源延长线，扩展
USB
传输距离，实现远程信号采集和在线控制；
CH315H
可以用于制½
USB
信号的光电隔离器，减少信号干扰，提高信号采集的精度。
6、参数
6.1.
绝对最大值
（临界或者超过绝对最大值将可½导致芯片工½不正常甚至损坏）
名称
TA
TS
VCC
VIO
参数说明
工½时的环境温度
储存时的环境温度
电源电压（VCC 接电源，GND 接地）
输入或者输出引脚上的电压
最小值
-40
-55
-0.5
-0.5
最大值
85
125
6.0
VCC+0.5
单½
℃
℃
V
V
6.2.
电气参数
（测试条件：TA=25℃，VCC=5V，不包括连接
USB
总线的引脚）
名称
VCC
ICCs
ICCa
VIL
VIH
VOL
VOH
IUPup
IUPact
Lfs
Lls
参数说明
电源电压
静态电源电流
工½电源电流
OPIP/N
½电平输入电压
OPIP/N
高电平输入电压
OPOP/N
½电平输出电压（8mA
吸入电流）
OPOP/N
高电平输出电压（8mA
输出电流）
UP#引脚内½上拉电阻的输入电流
ACT#引脚内½上拉电阻的输入电流
全速
USB
信号的延长距离
½速
USB
信号的延长距离
最小值
3.2
典型值
5
2
20
最大值
5.3
5
50
0.8
VCC+0.5
0.5
300
400
单½
V
mA
mA
V
V
V
V
uA
uA
m
m
-0.5
2.0
VCC-0.5
3
100
300
150
230
75
7、应用
7.1. USB
有源延长线
（下图）
下图是由两组
CH315G
电路实现的
USB
延长线。
上½机包括
U3、P3
等，上行端口
P3
用于连接到计算机或者其它
USB-Host
主机，U3 等上½机电
路通过
P3
与计算机或者
USB
主机共用电源，至少是共地。
下½机包括
U4、P4
等，下行端口
P4
用于连接到
USB-Device
设备，例如
USB
键盘、USB 鼠标、U
盘、USB
数据采集盒、USB
控制器等
USB
设备，U4 等下½机电路与
USB
设备共用电源，至少是共地。
在上½机的
U3
与下½机的
U4
之间是一组电气连线，通常½用普通½线（5
类或者超
5
类非屏½
CH315
手册
４
双绞线）连接，连接线包括
XD+和 XD-两根差分信号线和至少一根公共地线。如果有剩½的信号线，
那么还可以用于额外的地线或者电源线。
对于普通的
8
芯½线，建议参考图中
RJ45
的图示：两根差分信号线，4
根地线，2 根电源线。电
源线可以用于同时提供+5V
电源到
USB
设备端，½是受½线直流电阻的压降½响，尤其是½
USB
设备
消耗电流较多时，在
USB
设备端的实际电源电压通常会不足
5V，甚至有个别 USB
设备可½会因此而
不½正常工½，那么就需要对下½机提供独立供电。
电容
C11、C12、C14、C15
的容量为
4700pF
到
0.02μF，用于 CH315G
内部电源节点退耦。C13
和
C16
的容量为
0.1μF，用于 CH315G
芯片的电源退耦。电容
C17
用于对
P4
端口的
USB
设备提供电源退
耦。电阻
R11
和
R12
用于调节内部参考电压。
USB
端口包括
P3
和
P4，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½色。
在设计印刷线路板
PCB
时，需要注意：退耦电容
C11、C12、C13、C14、C15、C16
½量靠近
CH315G
的相连引脚；½
USB
的
D+和 D-信号线贴近平行布线，½ XD+和 XD-信号线贴近平行布线，½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
信号隔离器
（下图）
下图是由两组
CH315H
电路实现的
USB
光电隔离器。
CH315H
芯片的
LSI#引脚直接连接到 LSO#引脚，实现了 USB
速度的自动识别。实际应用中，如果
只需要支持某种速度，例如，只需要支持½速的
USB
键盘，那么可以将
LSI#直接强制为½电平。
上½机包括
U1、P1
等，上行端口
P1
用于连接到计算机或者其它
USB-Host
主机，U1 等上½机电
路通过
P1
与计算机或者
USB
主机共用电源，至少是共地。
下½机包括
U2、P2
等，下行端口
P2
用于连接到
USB-Device
设备，例如
USB
键盘、USB 鼠标、U
盘、USB
数据采集盒、USB
控制器等
USB
设备，U2 等下½机电路与
USB
设备共用电源，至少是共地。
在上½机的
U1
与下½机的
U2
之间是一组信号隔离电路，可以选择磁隔离或者光隔离。图中设计
为光隔离，信号隔离由
O1+O2
和
O3+O4
两对光耦以及与之配套的电阻
R1½R8
和电容
C7½C10
实现，
光耦的型号可以选择单通道
6N137
或者双通道
HCPL2631
等高速光耦（光耦器件可½需要在其电源脚
与地线脚之间放½退耦电容，图中未画出）
。如果用于
12Mbps
全速
USB
信号的隔离，那么需要考虑光
耦的速度和速度对称性对信号迟滞和平衡的½响，建议选择传输速率大于
10Mbit
的光耦，并且通过
调节
R1/C7、R2/C8、R5/C9、R6/C10
的参数，优化光耦输出信号的上升沿和下降沿之间的对称性。
CH315
手册
５
图中发光管
L1
用于指示
USB
数据传输正在进行。电容
C1
和
C4
的容量为
4700pF
到
0.02μF，用
于
CH315H
内部电源节点退耦，C2
和
C5
的容量为
0.1μF，用于 CH315H
芯片的电源退耦。
在设计印刷线路板
PCB
时，需要注意：退耦电容
C1、C2、C4
和
C5
½量靠近
CH315H
的相连引脚；
½
D+和 D-信号线贴近平行布线，½量在两侧提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰。
模拟与混合信号
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