CH397 技术解析：全自研IP USB转百兆以太网单芯片方案

USB转以太网方案传统上由多颗分立PHY与MAC处理器组合搭建，带来BOM器件多与电源调试繁琐等问题。沁恒微电子的CH397在4×4mm QFN24/QFN32封装内整合青稞RISC-V内核、USB2.1 PHY控制器、10/100M以太网MAC-PHY与片上LDO电源单元，硬件完成报文校验、流量控制与网络唤醒等功能。

公司图片

一、芯片概述与硬件架构

1.1 系统级应用拓扑

整机数据流分为USB主机侧与以太网侧两路。USB高速差分信号经USB-PHY接收后交付RISC-V内核完成协议解析，数据包送入片内缓冲，经MAC硬件单元完成IPv4/IPv6校验后通过MII接口送至以太网PHY，转换成MDI差分信号输出至网络变压器与RJ45接口。反向网络报文执行相反链路。芯片内置独立时钟PLL单元，由外部25MHz晶体生成480MHz USB时钟与125MHz以太网时钟。RISC-V内核统筹协议切换、热插拔检测、休眠唤醒与GPIO/LED控制，各功能域依靠独立电压域隔离以降低跨模块噪声。

1.2 内部功能模块划分

USB2.1物理层域集成USB高速PHY与控制器，支持480Mbps高速与全速模式，支持LPM链路电源管理，内置1.5K上拉，支持挂起与远程唤醒。

青稞RISC-V处理内核域为全自研32位处理器，运行固件实现CDC-ECM、CDC-NCM与RNDIS协议，可读取SPI Flash加载自定义VID/PID与MAC地址。

以太网MAC-PHY域兼容IEEE802.3 10BASE-T/100BASE-TX，硬件实现报文校验、802.3x流控、VLAN标记与Auto-MDIX自动线序翻转，内置50Ω以太网阻抗匹配电阻。

片上电源管理域内置LDO线性稳压器，支持5V或3.3V单电源输入，集成POR上电复位与LVR低压检测电路。

外设配置域提供SPI接口、多路GPIO与两路可配置LED状态输出，内置晶振负载电容以简化外围器件。

1.3 封装与关键参数

CH397提供QFN24与QFN32两种4×4mm封装。工作温度范围：3.3V供电或5V供电（4.0~5.0V）时为-40℃至85℃，5V供电（5.0~5.3V）时为-40℃至70℃。HBM ESD防护等级为6kV Class 3A。USB侧最高480Mbps，以太网支持10/100M自适应，支持CAT5/CAT6网线，最大传输距离120米。支持魔术包网络远程唤醒与多级休眠模式，深度睡眠典型电流0.2mA。支持SPI外挂Flash固化MAC地址与USB设备描述符等自定义参数。

二、核心处理机制

2.1 硬件报文校验与流控

接收自USB主机的网络报文进入片内缓存后，MAC硬件单元完成IPv4与IPv6的TCP/UDP校验值生成与检查，无需RISC-V内核软件搬运计算。硬件同时实现全双工802.3x流量控制与半双工冲突回退机制，支持802.3Q VLAN标签处理，满负载下降低主控CPU开销。以太网PHY自动完成10M/100M协商与Auto-MDIX收发线序互换。

2.2 多协议固件与配置加载

芯片默认启用CDC-ECM免驱协议，固件也可配置为CDC-NCM或RNDIS模式，适配Windows、Linux与Android等操作系统。上电优先检测外部SPI Flash，读取自定义MAC地址、USB VID/PID与LED配置；若无有效Flash则加载芯片出厂预置参数，可通过工具在线修改配置。

2.3 休眠与网络唤醒

芯片具备多级功耗管理，USB挂起后可进入L1睡眠或L0深度睡眠。休眠状态下大部分高速模拟模块关闭，仅保留报文检测电路。检测到魔术包或指定唤醒报文时，硬件触发唤醒流程恢复完整工作链路。LED输出引脚可配置链路速率与连接状态指示灯的闪烁频率与占空比。

三、供电与设计约束

3.1 两种供电模式

5V输入模式下，V5引脚接入5V，启用内部LDO生成3.3V模拟IO电源，外围需搭配大容量滤波电容，LDO会产生一定温升。

3.3V直供模式下，V5与AVDD33共同接入外部3.3V电源，LDO处于低压差或直通状态，芯片发热更低，适合长时间连续运行场景。

所有电源引脚需就近并联0.1μF高频陶瓷电容，模拟电源建议增加大容量滤波电容。

3.2 时钟与复位

芯片使用外部25MHz无源晶体，内部已集成12pF振荡负载电容，对应规格晶体外部可省略振荡电容。内置POR上电复位，拥有8~25ms延时等待电源稳定；LVR低压检测在电压低于阈值时自动触发全局复位。外部RSTB复位引脚内置上拉，低电平脉宽建议不小于5μs。

3.3 PCB布局建议

USB差分走线应保证完整地平面，差分阻抗90Ω，对内长度误差建议控制在5mil以内。以太网MDI差分对阻抗需匹配100Ω，网络变压器中心抽头仅通过电容单点接地，禁止直连电源。芯片已内置50Ω匹配电阻，外部不可重复增加。25MHz晶振需紧邻XI/XO引脚，区域包地以降低EMI。QFN底部焊盘需完整铺铜并采用多过孔连接地平面以改善散热。

四、典型应用场景

CH397仅支持百兆以太网，不支持千兆速率。SPI Flash为可选外设，芯片本体无非易失存储用于存放自定义MAC地址。5V供电模式下芯片温升高于3.3V直供方案。仅支持USB2.1高速，不具备USB3.0能力。该芯片适用于USB便携百兆网卡、嵌入式板载网络接口、工控联网模块、IoT网关设备及老旧设备网络升级等硬件平台。

深圳市潜创微科技有限公司为国家高新技术、专精特新中小企业，可提供该芯片规格手册、参考设计与FAE技术支持，助力硬件项目快速落地量产。