开源一个Type-C口输入的USB3.2拓展坞，4个 USB3.2 Gen2 接口 + 2.5G网口 + TF/SD读卡器，支持PD快充做额外供电，输入电压范围4到20V，Buck-Boost电路稳压输出5.1V，基于 VL160+VL822+RTL8156BG+GL3224 芯片。
Open-Source USB 10Gbps Hub with 2.5Gbps Ethernet & TF/SD Card Reader
📍还没做过这种高速PCB的项目，第一次做这种项目，有什么要改进或做错的地方请各位大佬指点一下。
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▶本项目视频演示&设计过程视频： https://www.bilibili.com/video/BV145G1z9Em2/
▶立创开源平台开源链接： https://url.zeruns.com/U9sCt
▶电子/单片机技术交流QQ群： 2169025065
资料下载地址在文章末尾！
项目简介
▶这是一个USB-C口输入的USB3.2拓展坞，4个USB3.2（10Gbps）的A口输出（输入端口也是10Gbps的，所以总速率就10Gbps），还有1个2.5G网口，以及TF和SD卡读卡器。
▶5V供电部分采用 Buck-Boost 升降压电路稳压输出5.1V（偏高0.1V是为了抵消一下电流大的时候的线损），两个TypeC口输入，一个是数据接口（也支持供电，但不支持触发快充，只是5V输入，也接入升降压电路，避免电流大时输出掉压），另一个是供电接口（支持PD快充诱骗输出20V然后经升降压电路降压到5.1V），5V供电电路最高支持9.5A电流输出，每个USB-A口最高输出2A电流。
▶本项目用了两块VL822芯片，其中一块VL822还空了一个USB接口没用，还可以自己改一下，比如多加一个A口输出，又比如可以加个单片机和电流电压采样来采集各个USB接口的实时电压电流并通过USB传到上位机，可以用于嵌入式调试或其他USB设备调试时监测用电情况（我原计划是想这样做的，不过受限于电路板大小就没弄了，不想弄太大）。
▶本项目分了上下两层板，上板主要是5V升降压电源电路和读卡器电路，下板则是USB HUB和2.5G网卡相关电路，上下板通过FPC排线和XH2.54排线连接。
▶用到的主要芯片有：VL160、VL822、RTL8156BG、GL3224、EA3036、MT2492、SC8703
▶本项目设计时参考了这个项目 - 具有独立稳压电源的USB3.2拓展盒：https://oshwhub.com/leo_lin/usb3-dock-with-dc-dc-converter
拓展盒参数
- 输入接口：USB-C
- 输出接口：USB-A、RJ45、TF、SD
- 输入接口最大速率：10Gbps
- 输出接口最大速率：USB:10Gbps|RJ45:2.5Gbps
- TYPE-C接口最大输入功率：5V@5A / 20V@5A
- TYPE-A接口最大输出电流：5V@2A（所有接口总电流最高8A）
- 长宽高：90 x 74 x 26.3 mm
实物图
装上外壳后
通电工作时
电路板
下板正反面
上板正反面
项目硬件实现方案
当用户将拓展盒接入USB@5Gbps或更高速的接口时，项目高速总线硬件框架图：
这时，用户将USB数据线连接至拓展盒后先经过VL160电平翻转芯片，实现接口正反插。经过电平翻转的USB信号送至VL822集线器芯片，VL822将1个USB分为4个USB。
与接入5Gbps或更高速率接口相比，接入480Mbps速率接口没有经过VL160电平反转芯片，USB信号直接接入VL822集线器，后级USB最大速率为480Mbps。
拓展盒电源硬件框架图：
SY6288CAAC是一个具有过流保护功能的功率电子开关，当后级负载超过2A电流时，开关会断开供电，并且通过拉低OC引脚提示控制器出现过流。
硬件指标测试
TYPE-A接口输出纹波测试
空载纹波18mV左右
带1A负载时纹波6mV左右
电源转换效率测试
| 输入电压(V) | 输入电流(A) | 输入功率(W) | 输出电压(V) | 输出电流(A) | 输出功率(W) | 转换效率(%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 19.997 | 2.291 | 45.81 | 5.11 | 8 | 40.88 | 89.23% |
| 19.998 | 1.122 | 22.44 | 5.15 | 3.999 | 20.59 | 91.79% |
| 19.998 | 0.569 | 11.38 | 5.18 | 2.002 | 10.37 | 91.14% |
| 4 | 2.839 | 11.36 | 5.2 | 2 | 10.40 | 91.58% |
| 4 | 8.063 | 32.25 | 5.17 | 5 | 25.85 | 80.15% |
PD快充诱骗测试
发热情况热成像图
5V电源电路输出8A电流时MOS管温度81℃左右（环境温度27度左右）
VL822芯片读写跑满时温度在70℃左右（环境温度25度左右）
GL3224芯片读写跑满时温度在58℃左右（环境温度27度左右）
USB接口速率测试
将拓展盒连接至电脑USB@10Gps接口，然后再将硬盘盒连接至拓展盒，使用 AS SSD Benchmark 软件对RTL9210B主控硬盘盒进行读写速度测试，结果如下图，读取969.65MB/s，写入912.65MB/s。
TF/SD读卡器速率测试
测试用的 三星 EVO Plus TF卡，结果如下图，读取93.04MB/s，写入20.13MB/s。
2.5G网口速率测试
内网搭了个测速服务器，测得下载速率2089Mbps，上传速率2497Mbps。
复刻注意事项
- 外壳我是用的3D打印，3D模型文件文章末尾的资料下载地址里。
- 外壳的螺丝孔需用M2.5的热熔螺母，用烙铁加热将它压进去。
- PCB下单时需要选择JLC04121H-3313层压结构，板厚1.2mm，需要进行阻抗匹配。
- 部分系统会遇到以太网速率跑不满的情况，需要安装驱动，驱动文件在
绿联USB有线网卡-RTL芯片-全系统_UGREEN_EthernetAdapter Driver_V1.01.zip压缩包中（文章末尾资料下载地址里）。 - 部分系统可能会遇到读卡器读写速率有问题，可以尝试升级固件，升级软件在下面资料的
GL3224 update tool v1.0目录里，出厂固件版本是1532，最新固件版本是1539，如果不需要升级固件的可以不用焊那个Flash芯片。 - 30P FPC排线 和 6P XH2.54排线 都要买反向的。
M2.5*8*4热熔螺母
原理图
上板
下板
PCB
上板
下板
元件购买地址
这个项目用到的大部分元件购买地址都在这里：
- 0603电阻电容样品本：https://s.click.taobao.com/ri755xr
- VL160芯片：https://s.click.taobao.com/xRw35xr
- VL822芯片：https://s.click.taobao.com/o5V35xr
- GL3224芯片：https://s.click.taobao.com/lj98olr
- SC8703QDER芯片：https://s.click.taobao.com/n8fz4xr
- RTL8156B芯片：https://s.click.taobao.com/dkC3olr
- TypeC母座24P：https://s.click.taobao.com/kWht4xr
- TypeC母座16P：https://s.click.taobao.com/SaRr4xr
建议在立创商城里购买元器件：https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
在立创开源链接里的BOM表那点立即到立创商城下单可将用到的元器件一键导入到购物车。
资料下载地址
下面下载链接包含：立创EDA工程、原理图PDF文件、PCB_Gerber文件、用到的各种芯片的数据手册、外壳3D模型文件、GL3224固件升级软件、RTL8156B驱动。
百度网盘下载链接：https://pan.baidu.com/s/1uY0DD40T5NeZS1X4UwaPng?pwd=nvbx 提取码: nvbx
123云盘下载链接：https://www.123684.com/s/2Y9Djv-106vH?提取码:66SY
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English Version of the Article: https://blog.zeruns.top/archives/53.html
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专业啊！