这种开源项目越多越好，USB3.0 HUB保姆级教程

一、项目简介

      基于VL812的USB3.0Hub，一路USB3.0输入，4路USB3.0输出，单电源5V供电，内部集成5V转3.3V，5V转1.2V电路。自带固件，焊接完成即可使用。使用TYPE-B输入接口，焊接走线方便，实测最大速度为461MB/s。

二、芯片介绍-VL812

• 超高速USB集线器控制器

• 支持超高速、高速、全速、低速四种模式

• 四个下行端口，一个上行端口

• 集成电压调节器，能够从5V输入产生所有所需的芯片电源

• 支持双状态指示灯

• 全面的USB电池充电支持

图1-结构框图

三、电路解析

图2-原理图

1. 主控芯片电路

      对VL812芯片符号进行编辑，区分出电源引脚、Hub功能引脚、特殊功能引脚三个部分，部分上下拉电阻以及LX引脚的LC滤波在芯片数据手册中并没有提及，需要参考官方芯片设计案例进行设计。

图3-主控芯片电路

2. 接口指示灯电路

      根据数据手册说明，当有设备插入时，对应插入引脚输出高电平，对应加入指示灯和限流电阻，作为插入指示。为了增加显示效果，此处指示灯使用RGB3三色渐变，内部自带RC，无需外部控制。

图4-接口指示灯电路

3. 复位&输入检测电路

      VL812是低电平复位，这里使用10K电阻搭配100nf电容进行上电复位，满足时序要求。使用4.7K与10K组成分压电路，将5V电压分压为3.4V左右，注意不能直接将5V输入到引脚，可能会损坏芯片。

图5-复位&输入检测电路

4. 晶振电路

      使用25M无源晶振为主控芯片提供稳定的时钟信号，匹配电容需要依据购买晶振的负载电容进行选择，也可以考虑使用有源晶振进一步提升稳定性。

图6-晶振电路

5. 限流保护电路

      考虑到部分用户使用笔记本进行使用，笔记本3.0接口一般输出电流在1A左右，这里使用SY6280限流保护芯片将输入电流现在在1A，防止出现烧笔记本接口的情况，但如果是四个USB输出接口都接USB3.0的话，可能会出现供电不足的情况，这时需要考虑实际电脑情况更好限流设置电阻R16，以获得更大的电流。EN引脚直接输入即可，高电平正常工作，此处0欧电阻为测试电阻。

图7 限流保护电路

6. 输入接口电路

      USB3.0协议与2.0协议是不一样的，USB3.0接口多出一组差分数据输入信号，常用的TYPE-C与TYPE-B接口在匹配这两种协议上对接口做了一定的改变。其中，TYPE-C接口只有24Pin才有差分数据线，不能简单的通过颜色来区分，大家在购买时一定要注意！！！

图8 USB2.0-TYPE-C接口

图9 USB3.0-TYPE-C接口

      TYPE-B接口在2.0协议与3.0协议上的改变非常明显，一般不会买错，同时焊接和走线相对也更加方便。本设计使用USB3.0TYPEB接口。

图10 USB2.0-TYPE-B接口

图11 USB3.0-TYPE-B接口

      在输入接口电路中，将对应引脚进行引出，为了更好的抗干扰效果，一般在USB3.0的发送差分数据线中串联100nf电容进行滤波，同时，防止静电损坏芯片和插入设备，在输入部分加入TVS管进行保护。

图12 输入接口电路

7. 输出接口

      使用TYPE-A母座进行拓展输出，需要注意的是，TYPE-A接口同样有USB2.0协议与USB3.0协议之分，大家在进行器件选型时需要注意，最好根据对应的器件手册进行判断，TYPE-A母座2.0接口一般是4个引脚，3.0接口一般是9个引脚

图13 USB2.0-TYPE-A接口

图14 USB3.0-TYPE-A接口

      按需求选择好对应的器件后，同样加上滤波电容和TVS管进行保护，芯片具有四路输出，可以先绘制一路，后续复 制其余三路即可。

图15 USB3.0输出接口电路

四、PCB绘制

1. PCB布局

• USB接口应该靠近板边或结构定位放置，方便插拔；

• TVS管要靠近USB接口，建议电源线出来就进入TVS管，起到保护作用；

• 在布局时，要考虑芯片与接口的距离，不能离得太远，缩短差分线距离；

图16 PCB布局图

2. PCB走线

• USB信号要走差分线，阻抗控制为90欧姆，并做包地出来，高速差分线长度最好不要超过1800mil；

• 在走线时，优先考虑高速差分信号线，尽可能不要换层，在换层时，加入回流地过孔；

• 差分对长度误差尽可能小，建议在5mil以内

图17 顶层走线图

图18 底层走线图

3.设计优化

• 对孤岛铜皮进行禁止删除；

• 适当进行包地；

• 增加提升丝印，丝印大小建议在40mil以上；

• 在合适区域加入JLCJLCJLCJLC丝印指定客编位置，成品美观；

五、注意事项

• 阻抗计算可以在嘉立创官网找到阻抗计算小工具进行计算；

• 电源走线需要考虑实际电流大小，本项目限制1A，后续如果增大电流，需要加大电源走线；

• 焊接时建议先使用风枪或加热台焊接主控芯片，焊接完成后使用万用表检查是否虚焊或短路；

六、视频讲解

七、实物演示与测试

复刻、画图注意事项：