一、概述
在学习Linux开发的时候由于经常需要将img固件烧录到sd卡里面，每次都需要使用读卡器插电脑上面，本身电脑的USB口就很有限了，还需要再插上读卡器，因此萌生了买一个带读卡器功能的USB集线器，既满足了烧录sd卡的需求也能扩展一下电脑的USB口。但是找遍了所有的淘宝、pdd、京东都没有找到合适的
- 普通USB集线器：优点，简单便宜，连接线很长，方便接线。缺点是这种都不带读卡器的功能。
- Type-c集线器：优点是这种集线器功能非常非常多，完全满足要求。缺点是需要电脑有Type-c口，而且连接线非常短，普遍只有10cm左右，不方便使用。
因此萌生了自己制作一个USB集线器的想法。既然是自己制作了，那么就可以加入一些自己需要的DIY功能了：
- 每个USB口独立开关控制
- 集成无线下载器功能
- 添加串口调试功能
- 自定义接口布局和外壳设计
二、功能介绍
核心功能
- 3路USB 3.0接口 - 支持5Gbps超高速传输
- 1路USB 2.0接口 - 向下兼容，支持480Mbps高速传输
- 1路USB 2.0读卡器 - 支持SD卡热插拔
- 1路DAP无线下载器 - 集成STM32无线下载功能
- 1路虚拟串口 - 基于CP2102芯片
- 1路硬件串口 - 直接UART输出
- Type-C输入口 - 支持正反插入，5V/3A供电
- 独立电源开关 - 每个USB口、下载器、读卡器均可单独控制
- 智能电源管理 - 防止过载保护
- 热插拔支持 - 设备插拔无需重启
三、版本说明
V1.2版本（当前版本）已打板验证，功能完整
主要改进：
- 主控芯片升级：VL812 → VL817，性能更稳定
- 成本优化：移除电压电流检测和屏幕显示功能
- 功耗优化：无线DAP下载器从模块改为芯片直焊
- 成本：50元 → 20元
- 功耗：150mA → 40mA
- 续航：显著提升
读卡器这部分为了能够实现插卡读卡，拔卡断电的操作将sd卡槽接入识别连接到单片机，如果拔卡不断电会导致再次插卡时芯片不会重新枚举导致无法识别。可能是本身这个芯片体制不太好，在调试时候就坏了好几个了，再加上频繁上电断电导致芯片非常容易损坏，之后会更坏其他芯片。
V1.1版本（已废弃）
状态：存在严重问题，已废弃
主要问题：
- Type-C兼容性问题：仅支持单面插入USB3.0，另一面仅识别USB2.0
- 电源管理缺陷：无法支持大功耗设备（如固态硬盘），会掉电重启
- 电压不稳定：多设备接入后电压降至4.5V
- 检测功能异常：电压电流检测仅能读取部分数据
由于是第一次制作这样复杂的板子，PCB走线、滤波电容放置、芯片保护等等都做的非常不好，导致板子出现了各种各样莫名其妙的问题。
四、技术实现
V1.2版本
4.1 系统架构
Type-C输入 → VL160(正反插检测) → VL817(USB3.0集线器) → 3×USB3.0输出
↓
CH334F(USB2.0集线器) → 1×USB2.0输出
↓
GL3224(读卡器芯片) → SD卡槽
↓
CH32V307(主控) → SX1281(LoRa) → 无线下载器
↓
CP2102(串口芯片) → 虚拟串口
↓
STC8H1K28(辅助MCU) → 硬件串口
4.2 核心芯片详解
4.2.1 VL817 USB3.0集线器芯片
功能： USB 3.0 "一拖四"集线器主控
- 传输速率：支持USB3.0 SuperSpeed（5Gbps）
- 向下兼容：兼容USB2.0/1.1
- 即插即用：无需驱动，兼容性好
- 供电方式：支持总线供电或外接电源
- 封装：QFN-48，体积小巧
4.2.2 VL160 Type-C正反插检测芯片
功能： Type-C接口正反插识别和信号切换
- 方向检测：自动识别插入方向
- 信号管理：管理CC引脚信号
- 线路切换：将SuperSpeed信号分配到正确引脚
- 电源管理：VCONN信号分配
- 封装：QFN-16，集成度高
应用场景：转接头、扩展坞、主板Type-C接口
4.2.3 CH334F USB2.0集线器芯片
功能： USB2.0 "一拖四"集线器扩展
- 传输速率：USB2.0高速（480Mbps）
- 向下兼容：兼容USB1.1
- 热插拔：支持设备热插拔
- 成本优势：价格低廉
- 封装：QFN-28，体积小巧
应用场景：四口扩展器、转接线、外设集线
4.2.4 SX1281 LoRa无线通信芯片
功能： 长距离低功耗无线通信
- 通信距离：几公里远距离通信
- 低功耗：支持睡眠模式，适合电池供电
- 通信接口：SPI与主控MCU通信
- 调制方式：LoRa调制（扩频CSS）
- 高灵敏度：抗干扰能力强
- 可配置：发射/接收参数可调
应用场景：物联网节点、无线传感器网络、远程监控
4.2.5 CH32V307WCU6 主控MCU
功能： 32位RISC-V主控处理器
- 架构：WCH QingKe RISC-V内核
- 主频：144MHz高性能
- 丰富外设：UART×8、SPI、I²C、定时器、DMA、ADC
- 通信接口：USB2.0、SDIO、FSMC外设总线
- 性价比：同价位性能突出
应用场景：通信网关、工控系统、多串口转发、以太网扩展
4.2.6 GL3224 USB3.0读卡器芯片
功能： 高速SD卡读卡器控制器
- 传输速率：USB3.0（5Gbps）
- 存储支持：SD/microSD等多种格式
- 向下兼容：兼容USB2.0
- 逻辑单元：支持Dual/Single LUN
- 厂商：Genesys Logic
应用场景：高速读卡器、存储设备、数据采集
4.2.7 CP2102 USB转串口芯片
功能： USB转UART桥接芯片
- 接口转换：USB ↔ UART
- 虚拟串口：电脑识别为COM口
- 波特率支持：常见波特率全覆盖
- 硬件流控：支持RTS/CTS
- 封装小巧：外设少，集成度高
应用场景：串口调试、MCU烧写、开发板通信
4.2.8 STC8H1K28 辅助MCU
功能： 8位增强型8051兼容MCU
- 内核架构：增强型8051，效率大幅提升
- 丰富外设：GPIO、定时器、PWM、ADC、看门狗
- 通信接口：UART、SPI、I²C
- 下载方式：支持ISP/IAP串口下载
- 成本优势：国产芯片，价格低廉
- 生态友好：Keil/C51开发，中文资料丰富
应用场景：家电控制、工控系统、小型物联网节点
4.3 PCB设计要点
- 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；
- 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。
上层-信号层
中层-GND
中层-VCC
下层-信号层
4.4 外壳设计
外壳使用是Autodesk Fusion 360制作的，由于板子本身比较紧凑，没有多余的地方放置定位孔，所以只用了两个M3*8的螺丝来固定
五、问题及注意事项
5.1 焊接步骤
由于板子使用的芯片封装都是QFN封装的，因此焊接的时候是有一点难度的，下面是我自己总结的焊接方式，仅供参考：
焊接步骤：
- 预热焊盘：风枪加热芯片焊盘位置，便于涂抹锡膏
- 关键要点：中间接地焊盘锡量要少，这是成功的关键！
- 芯片放置：放上芯片，风枪均匀加热
- 助焊处理：锡膏融化后添加助焊膏
- 引脚处理：烙铁拖焊所有引脚，去除多余锡料
为什么中间焊盘要少锡？
中间焊盘面积最大，锡过多会在加热时将芯片顶起，导致周围引脚无法接触焊盘。
5.2 常见问题排查
- 如果出现集线器有不能识别USB3.0，只能识别USB2.0，大概率是USB接口或芯片有虚焊，如果都不能识别，大概率是芯片虚焊了。
- 在每个芯片和供电处添加大容量的电容，防止由于其他位置突然接入大负载设备导致芯片保护掉电。
六、测试
功能测试
外壳展示
固态硬盘测试
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