ch343p串口小板制作記錄及特定情況故障分析

我比較喜歡玩esp32開發(fā)板，也制作一些esp32的小產(chǎn)品，所以也做過一些esp32燒錄器。以前制作的燒錄器是使用cp2102芯片制作的，現(xiàn)在國產(chǎn)化趨勢越來越多，我手上也有ch343p芯片沒使用，所以就打算做一款基于ch343p的燒錄器。

芯片介紹

CH343P是南京沁恒（WCH）推出的一款高性能USB轉(zhuǎn)高速異步串口橋接芯片，采用QFN-16封裝，兼具高集成度、低功耗和廣泛兼容性，適用于工業(yè)自動化、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域。

以下是其核心特性和應(yīng)用解析：

一、主要功能與參數(shù)

1. 通信性能
2. 高速傳輸：支持全速USB 2.0協(xié)議，串口波特率最高達(dá)6Mbps（是CH340系列的3倍），覆蓋50bps~6Mbps范圍，支持115200bps及以下波特率的動態(tài)自適應(yīng)。
3. 多協(xié)議兼容：支持UART異步串口協(xié)議，可配置5~8位數(shù)據(jù)位及奇/偶/無校驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/li>
4. 硬件流控：集成CTS/RTS硬件自動流控，支持半雙工RS485通信（通過TNOW信號控制收發(fā)切換）。
5. 電源與功耗
6. 寬電壓支持：USB端支持5V供電，串口I/O獨(dú)立供電（1.8V~5V），兼容不同電平設(shè)備。
7. 低功耗設(shè)計(jì)：待機(jī)模式下電流僅2μA，適合電池供電場景。

原理圖介紹

由于燒錄器只需要3.3V電平，也不需要對外供3.3V電壓，所以直接使用芯片內(nèi)部的LDO作為VIO電壓源。所以我需要在V3引腳接一個1uf或者100nf的電容，由于我這邊只需要3.3V接VIO，不需要接LED或者其他，就沒必要接大電容了（而且芯片內(nèi)部LDO最大電流似乎也只有15ma）。

下圖是ch343p的外圍電路，可以看到外圍非常簡單，VDD支持直接接5V，所以直接接USB的VBUS就可以了。

然后串口狀態(tài)指示燈可以直接用5V接限流電阻即可（不需要接3.3V），這邊實(shí)際使用的是2K或者4K的電阻，這樣LED的亮度剛好合適，不至于閃瞎眼，也不至于太小不明顯。

ESP32的自動下載電路，其實(shí)和非常多開源的方案一樣，一開始我是使用了雙NPN三極管的元件（內(nèi)置基級電阻），后來出現(xiàn)點(diǎn)小問題，才換了MOS實(shí)現(xiàn)。

其實(shí)esp32的自動下載電路原理非常簡單，就是使用了串口的DTR和RTS功能，去操作BOOT和EN信號。我們知道，ESP32的下載模式是，EN信號觸發(fā)時（低電平變高電平的上升沿），BOOT信號為0。

實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1：設(shè)置DTR=1（高電平）、RTS=0（低電平）

• EN被拉低（Q3.2導(dǎo)通），GPIO0保持高電平（內(nèi)部弱上拉或者外部上拉電阻）

步驟2：切換為DTR=0（低電平）、RTS=1（高電平）

• GPIO0被拉低（Q3.1導(dǎo)通），EN因電容充電仍保持低電平

步驟3：等待電容充電完成（約100ms）

• EN緩慢上升至高電平，形成上升沿，此時GPIO0已穩(wěn)定為低電平，觸發(fā)下載模式

完成后DTR和RTS引腳都恢復(fù)成高電平狀態(tài)。

這樣就實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)控制串口芯片，實(shí)現(xiàn)一鍵下載的前提，也就是控制esp32進(jìn)入下載模式。

板子的3D預(yù)覽圖如下圖

焊接時出現(xiàn)的故障（插入U(xiǎn)SB無設(shè)備提醒，通電電流僅幾百ua）

由于通電電流極低，不符合正常工作電流3ma的情況，可以判斷就是ch343p芯片虛焊造成的，重新焊接ch343p芯片后就可以正常使用了。

使用時出現(xiàn)的特殊故障（ch343p比esp32先上電）

由于我有一些板子是比較特殊的，設(shè)計(jì)時加入了一鍵控制電源的電路，esp32在關(guān)機(jī)狀態(tài)下是沒有接電的。在使用這個燒錄器的時候，遇到一些問題。

問題復(fù)現(xiàn)如下: 若一鍵下載電路是使用三極管實(shí)現(xiàn)，上電順序?yàn)閁SB燒錄器（ch343p）-> esp32模組（由于上電MOS導(dǎo)通有時間差，約幾十ms內(nèi)），會出現(xiàn)BOOT信號被一直拉低，芯片無法正常工作的情況（一直處在下載模式）。

后來經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)是ch343p的DTR引腳一直輸出低電平，RTS一直是高電平，然后三極管拉低BOOT引腳，導(dǎo)致模組一直處于燒錄下載狀態(tài)。

查閱芯片規(guī)格書后發(fā)現(xiàn)，ch343p的DTR引腳其實(shí)是和TNOW功能復(fù)用的，然后在ch343p上電的過程中，會檢測DTR引腳是否存在下拉電阻，在這個過程中，如果esp32未上電，會通過三極管漏電到boot或者en引腳，導(dǎo)致芯片誤認(rèn)為存在下拉電阻，從而切換到TNOW模式。

網(wǎng)上搜索到，可以將三極管換成MOS解決這個問題。更換了MOS方案后，我這邊的esp32c2開發(fā)板就沒有這個問題，然后我這邊使用esp32、esp32c3，esp32s3開發(fā)板測試后，依然有部分開發(fā)板會引發(fā)這個故障（先插ch343p，再給開發(fā)板上電）。然后我又嘗試在boot和en引腳加二極管防電流倒灌到開發(fā)板，依然存在這個故障。

最后還是建議以后在設(shè)計(jì)板子的時候，還是盡量保證ch343p和模組同時上電，或者ch343p上電前給模組上電，熱插拔模式就不大建議了（先插ch343p再接燒錄線）。又或者更換成ch340e芯片，可能會更穩(wěn)妥一些，雖然速率沒有ch343p這么高，也夠用了。

當(dāng)初選擇ch343p這款芯片，也是覺得這塊芯片體積非常小，速率又高，沒想到會遇到這種問題。

最后是曬一下成品燒錄器，還是很迷你的。

來源：電子工程世界（EEWorld） 作者：walker2048