Schemat elektryczny programatora USB-UART CH340G/CH340C/CH340N – opis i wyprowadzenia

Pytanie

schemat elektryczny programatora CH340

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najprostszy „programator” z CH340 to konwerter USB–UART. Rdzeń schematu: złącze USB → CH340 (G/C/E) → wyprowadzenia UART (TXD, RXD, DTR#, RTS#) + zasilanie i odsprzęganie.
• Kluczowe punkty:
  • UD+/UD− łącz bezpośrednio z USB, dodaj ochronę ESD; bez rezystorów szeregowych (zalecenie WCH). (teklib.com)
  • V3: przy zasilaniu 5 V – tylko kondensator 100 nF do GND; przy 3,3 V – V3 zwarty z VCC (zasilanie 3,3 V). Nie używaj V3 do zasilania obciążeń. (digikey.com)
  • CH340G wymaga rezonatora 12 MHz; CH340C/E mają wbudowany oscylator. (digikey.com)
  • R232 pozostaw w stanie niskim (lub do GND) – stan wysoki odwraca RXD. (digikey.com)

Szczegółowa analiza problemu

• Zasilanie i odsprzęganie
  • USB 5 V → polimerowy bezpiecznik (np. 500 mA) → koralik ferrytowy → VCC układu CH340.
  • VCC: 100 nF do GND (blisko pinu).
  • V3: zgodnie z najnowszą DS (v3.4 z 2025-03-12): 100 nF do GND przy zasilaniu 5 V; albo zewrzeć z VCC przy zasilaniu 3,3 V. To jest wewnętrzne zasilanie PHY – nie przewiduje się zasilania zewnętrznych obciążeń z V3. (digikey.com)
  • Jeśli moduł ma zasilać układ docelowy 3,3 V (np. ESP8266/ESP32) – dodaj osobny LDO 3,3 V; V3 nie jest dokumentowany jako wyjście zasilające (praktyczne testy sugerują tylko kilkadziesiąt mA, ale to poza specyfikacją). (digikey.com)
• Interfejs USB
  • UD+ ↔ D+; UD− ↔ D− bez elementów pośrednich; dołóż dwukanałową diodę TVS (np. USBLC6-2) możliwie najbliżej złącza. Producent zaleca nie stosować rezystorów szeregowych w liniach danych. (teklib.com)
  • USB‑C receptacle: dodaj Rd 5,1 kΩ do GND na CC1 i CC2 (wybór linii dokonuje kabel); zasilanie 5 V z VBUS.
• Zegar
  • CH340G: kwarc 12 MHz między XI–XO + 2×C (zwykle 18–22 pF do GND, dobrane wg CL kwarcu). CH340C/E: wewnętrzny oscylator – XI/XO nieużywane. (digikey.com)
• UART i linie sterujące
  • TXD (wyjście) → RX urządzenia; RXD (wejście) ← TX urządzenia.
  • DTR# i RTS# użyj do automatycznego resetu/boot (Arduino/ESP). DTR# może pełnić dodatkowo wejście konfiguracyjne podczas enumeracji; producent dopuszcza 4,7 kΩ pull‑down, jeśli chcesz domyślnie większy pobór prądu z VBUS w deskryptorze. (digikey.com)
  • R232: poziom wysoki włącza „asystencję RS232” (odwraca RXD). Do typowego TTL ustaw niski (połącz z GND lub pozostaw wymuszone nisko). (digikey.com)
• Minimalny schemat (opis połączeń, wariant CH340G)
  • USB: VBUS → bezpiecznik polimerowy → VCC; D+ → UD+; D− → UD−; GND → GND; TVS na D+/D− do GND.
  • CH340G:
    • 1 GND → GND
    • 16 VCC → 5 V; 100 nF do GND
    • 4 V3 → 100 nF do GND (przy 5 V) lub zewrzeć z VCC (przy 3,3 V)
    • 5 UD+ ↔ D+; 6 UD− ↔ D−
    • 7 XI ↔ kwarc 12 MHz ↔ 8 XO; z XI i XO do GND po 18–22 pF
    • 2 TXD → złącze „TX”
    • 3 RXD ← złącze „RX”
    • 13 DTR# → złącze „DTR”
    • 14 RTS# → złącze „RTS”
    • 9/10/11/12 (CTS#/DSR#/RI#/DCD#) – opcjonalnie na złącze
    • 15 R232 → GND (TTL, brak inwersji)
• Wariant CH340C
  • Jak wyżej, ale bez kwarcu (XI/XO NC). Reszta identyczna. (digikey.com)
• Wariant CH340E (MSOP‑10)
  • Wbudowany rezonator; mniejsza liczba pinów; typowy układ: VCC + 100 nF, V3 jak wyżej, USBDP/USBDM bezpośrednio do D+/D−, TXD/RXD, DTR#/RTS# wg dokumentacji. (sparkfun.com)
• Auto‑programowanie ESP8266/ESP32 (prosty wariant)
  • DTR# —[0,1 µF]→ EN/RESET (ESP: EN)
  • RTS# —[0,1 µF]→ IO0
  • Pull‑upy 10 kΩ: EN/IO0 do 3,3 V. DTR#/RTS# są aktywne nisko – krótkie impulsy wymuszą reset i wejście w bootloader.
• Diody LED (opcjonalnie)
  • PWR: do VCC przez 1 kΩ.
  • TX/RX: anoda LED do VCC, katoda przez 1 kΩ do TXD/RXD (LED świeci przy stanie niskim na linii; minimalny wpływ na sygnał).

Aktualne informacje i trendy

• Najnowsza (2025-03-12, v3.4) DS WCH zaleca 100 nF na V3 (przy 5 V) i zwarte V3↔VCC przy 3,3 V; to koryguje starsze opracowania podające 10–22 nF. (digikey.com)
• WCH nadal zaleca brak rezystorów szeregowych w UD+/UD− (wiele starszych projektów dodawało 22–33 Ω – obecnie niezalecane). (teklib.com)
• CH340E/C z wbudowanym oscylatorem upraszczają BOM (popularne w nowych, małych programatorach). (sparkfun.com)

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego V3 „tylko kondensator” przy 5 V: to wewnętrzny stabilizator/odniesienie dla PHY USB; obciążanie go degraduje stabilność; nie jest to wyjście zasilające. Testy społeczności pokazały, że ok. 20–30 mA bywa możliwe, ale to poza specyfikacją – nieprojektowe. (digikey.com)
• R232 wysoki = odwrócony RXD (użyteczne przy interfejsach z inwersją RS232 bez konwertera poziomów), ale do TTL musi być niski. (digikey.com)
• DTR# jako wejście konfiguracyjne podczas enumeracji: opcjonalny 4,7 kΩ do GND ustawia „domyślny” stan przed konfiguracją. (digikey.com)

Aspekty etyczne i prawne

• Sterowniki instaluj z oficjalnych źródeł WCH; dystrybucja binariów powinna uwzględniać licencje producenta.
• Zgodność EMC/ESD: przewidź TVS i poprawny układ mas, by spełnić wymagania testów ESD/EMC.

Praktyczne wskazówki

• PCB i layout:
  • Trasy D+/D− krótkie, symetryczne, impedancja różnicowa ~90 Ω; TVS najbliżej złącza.
  • Kondensator V3 i VCC tuż przy pinach układu.
  • Kwarc 12 MHz (dla G) bardzo blisko XI/XO; masy „guard”.
• Uruchomienie:
  • Test „loopback”: zewrzyj TXD z RXD, sprawdź echo w terminalu.
  • Jeśli urządzenie nie enumeruje: zweryfikuj D+/D− (brak zamiany), obecność zegara (G), kondensator na V3. (reddit.com)
• USB‑C:
  • Dodaj Rd 5,1 kΩ do GND na CC1 i CC2; VBUS → bezpiecznik; opcjonalnie pomiar prądu.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Sprzeczności w starszych materiałach (np. 10–22 nF na V3, rezystory 22–33 Ω w D+/D−) wynikają ze starszych rewizji DS. Obecne zalecenia WCH są inne (patrz wyżej). (digikey.com)
• Nie łącz R232 do VCC w aplikacjach TTL – spowoduje to odwrócenie RXD i problemy z komunikacją. (digikey.com)

Sugestie dalszych badań

• Zapoznaj się z najnowszą DS WCH CH340 (rev. 3.4, 2025-03-12) – sekcja 5.1 (zasilanie/V3) oraz rozdział o pinie R232. (digikey.com)
• Dla układów ultra‑kompaktowych rozważ CH340E/CH340X (różnice w tolerancji 5 V przy zasilaniu 3,3 V opisane w nowych DS). (teklib.com)

Krótkie podsumowanie

• Kompletny, poprawny dziś schemat programatora CH340 zawiera: bezpośrednie podłączenie UD+/UD− z ESD, prawidłową obsługę V3 (100 nF przy 5 V lub zwarcie z VCC przy 3,3 V), kwarc 12 MHz dla CH340G (lub brak dla C/E), właściwe prowadzenie DTR#/RTS# i wymuszenie R232=0 dla TTL. Te detale zapewniają poprawną enumerację USB i niezawodną komunikację w roli „programatora” USB–UART. (digikey.com)

Jeżeli zechcesz, przygotuję gotowy schemat w KiCad (CH340G i CH340C) z wariantem USB‑C i sekcją auto‑programowania ESP32/ESP8266 (DTR/RTS).