瑞芯微RK3568调试串口转USB的原理图设计

在嵌入式系统的开发中，调试串口是工程师进行调试和问题定位的重要工具。而瑞芯微RK3568作为一款广泛应用于工业控制和嵌入式设备的高性能处理器，其调试串口转USB设计尤为重要。这种设计不仅可以方便开发者通过USB接口与PC连接，还可以实现调试过程中的高速、稳定通信。本文将详细介绍基于RK3568的调试串口转USB原理图设计及相关注意事项。

1. 调试串口转USB的基本原理

调试串口转USB的核心是通过USB转串口芯片（如常用的CH340、CP2102、FT232等）将RK3568输出的UART信号转换为USB信号，以便连接到PC等终端设备。其工作流程如下：

●UART信号输出：RK3568的调试串口通过TX（发送）、RX（接收）和GND引脚输出标准UART信号。

●信号转换：USB转串口芯片将UART信号转换为USB协议信号，进行高速传输。

●USB通信：PC端通过USB接口接收信号，并借助相应的驱动程序将其映射为虚拟串口，从而与嵌入式设备通信。

2. 原理图设计

2.1 调试串口的引脚连接

RK3568的调试串口通常默认使用UART0或UART1，其引脚定义如下：

●TXD：UART发送数据引脚

●RXD：UART接收数据引脚

●GND：地线

在设计时，需确保RXD与USB转串口芯片的TXD相连，TXD与RXD相连，并共用GND以实现信号的正常传输。

2.2 USB转串口芯片选型

常用的USB转串口芯片包括：

●CH340：经济实惠，广泛应用，需在PC端安装驱动，

●CP2102：性能稳定，内置振荡器，支持较宽的电压范围。

●FT232：功能丰富，支持多种操作系统，但价格相对较高。

考虑RK3568的串口波特率是1.5Mbps，超过很多常规的调试串口，所以本文以CH340T为例进行设计，因为CH340T使用的是外部精度，串口发送信号的波特率误差小于 0.3％，比较适合超过1Mbps的波特率的情况。

其引脚连接如下：

UART接口：CH340T的RXD与RK3568的TXD连接，CH340的TXD与RK3568的RXD连接。

USB接口：CH340T的USB D+和D-通过差分对电路连接到USB接口。

供电：CH340T通常通过USB的5V供电，并通过内部LDO输出3.3V供电给内部逻辑。

2.3 信号保护与滤波设计

ESD保护：在USB D+和D-引脚上添加ESD保护器件（如TVS二极管），防止静电对芯片造成损害。

滤波电容：在供电引脚（VCC和GND）之间添加去耦电容（如0.1µF和4.7µF），以减少电源纹波干扰。

2.4 晶振电路

CH340需要外接12MHz的晶振作为时钟源。晶振两端需接两个负载电容（一般为18pF），确保其正常工作。

2.5 USB接口设计

USB接口类型：采用USB Type-C接口，根据实际需求选择。阻抗匹配：USB D+和D-信号对的阻抗应设计为90Ω±10%，确保信号完整性。

2.6电平转换

考虑漏电的情况，所以需要将RK3568的UART经过MOSFET或者二极管进行电平转换，然后给到CH340T，这样能够在插着TypeC USB的时候上电，不会有漏电压到RK3568的串口引脚上。

图一 CH340T接RK3568调试串口原理图设计

3. 调试与验证

在完成硬件设计后，需要对调试串口转USB功能进行验证，步骤如下：

3.1 驱动安装

确保PC端安装对应的USB转串口芯片驱动（如CH340T驱动）。驱动安装完成后，设备管理器中应显示虚拟串口（如COM3）。

图二 CH340T驱动安装

3.2 串口通信测试

使用串口调试工具（如SecureCRT等）连接虚拟串口。配置与RK3568相同的波特率（默认为1500000bps）、数据位、停止位和校验位等参数。

图三 SecureCRT设置

3.3功能验证

在RK3568端输出调试信息（如启动日志）。确认PC端串口调试工具是否能正常接收输出信息。

图四 串口调试输出

四、设计注意事项

供电电压匹配：确保RK3568的UART接口与USB转串口芯片的电平兼容（通常为3.3V）。如不兼容，可通过电平转换电路解决。

信号走线：确保PCB上TXD和RXD信号线短且直，减少串扰和信号延迟。USB D+和D-信号线应等长，并靠近地层布线。

驱动兼容性：优先选择跨平台支持的USB转串口芯片，以提升软件兼容性。

五、总结

基于瑞芯微RK3568的调试串口转USB设计，通过合理选型和优化原理图，可以实现稳定可靠的串口调试功能。本文以CH340为例详细阐述了其设计流程及注意事项，希望为工程师在实际设计中提供参考。通过该设计，开发者可以更高效地完成嵌入式系统的调试与开发。

以上的原理图是维芯科设计的WTB-RK3568S工控板上的调试串口的，杭州维芯科电子有限公司作为专业的主板设计公司，在产品设计上结合了各种应用的需求，经过量产的考验，碰到任何问题，请随时联系维芯科。