串口作为最常用的通讯接口之一,对于其通讯速度的要求也在不断提升。类似于一些具有高速串口的MCU/FPGA/DSP等在进行系统日志交互、高速数传、串口下载时会需要高于921600bps的串口波特率,如:2M、3M、6M等。借助于USB转串口芯片实现和串口外设的通讯时,在常规速率要求不高的情况下全速12Mbps的全速USB可以满足其需求,当使用高速串口通讯,此时就需要整体评估带宽和通讯性能。(USB转串口芯片上行带宽由USB决定,下行带宽由物理串口决定,串口通讯的理论最高带宽为:收发2个方向 * 最大串口波特率 * 串口数量)
以USB转8串口应用为例,当8路串口以6Mbps串口波特率收发同时进行时,最大吞吐速率可达6Mbpsx8个串口x2个方向=96Mbps,所以12Mbps的全速USB已不能承载高速串口通讯的需要。USB包,是USB总线是数据传输的最小单位,由五部分组成:同步字段(SYNC)、包标识符字段(PID)、数据字段、循环冗余校验字段(CRC)和包结尾字段(EOP)。此外考虑到数据处理,代码执行等时间开销,USB实际有效的数据传输速度是要低于总线速度的。
目前市面上常用的USB转串口芯片,通常为12Mbps全速USB,当收发双向使用6Mbps及以上速率串口通讯时,串口通讯必然为非连续传输,数据包之间会存在时间间隔,如果要实现高速、多串口、连续无间隔传输,则至少需使用高速USB才可满足需求。
480Mbps 高速USB转双串口芯片CH347、4串口芯片CH344以及高速USB转8串口芯片CH348等内置自研高速USB PHY,且通过对收发器信号质量进行优化,可实现10米(USB-IF标准为5米)传输距离以及更低的芯片功耗。各串口内置独立收发FIFO,串口波特率可达9Mbps↑。
芯片内部框图: