CH331A

１ CH331 中文手册（一） U 盘控制芯片 CH331 中文手册 版本：1B http://wch.cn 1、概述 CH331 是一个小容量 U 盘的控制芯片，只要外加一个串行存储器芯片，就可以实现 2KB 到 4MB 的 小容量 U 盘。 计算机 或者 其它 USB 主机 SCL USB CH331 U 盘芯片 SDA 串行 存储器 2、特点 ● ● ● ● ● ● ● ● 全速 USB 设备接口，兼容 USB V2.0，外围元器件只需要晶体和电容。 只需外加 24CXX 两线串口 EEPROM 存储器或者 FRAM 铁电存储器，就可实现 U 盘。 支持在外部存储器中自行定义 U 盘厂商名称、容量、序列号等信息。 符合相关 USB 规范，支持 U 盘引导。 支持 WINDOWS 98/ME/2000/XP/Vista 操作系统，除 WINDOWS 98 之外均无需任何驱动程序。 支持 WINDOWS 正常格式化，并提供专用格式化工具优化磁盘空间利用率。 支持文件模式，可将整个存储器仿真为 U 盘中的一个文件，用于 IC 卡读卡器。 采用小型的 SSOP-20 无铅封装，兼容 RoHS。 3、封装 封装形式 SSOP-20 4、引脚 塑体宽度 5.30mm 209mil 引脚间距 0.65mm 25mil 封装说明 订货型号 超小型 20 脚贴片 CH331A ２ CH331 中文手册（一） 引脚号 12 9 引脚名称 VCC GND 类型 电源 电源 6 V3 电源 10 11 7 8 20 15 4 5 18 17 XI XO UD+ UDLED# H4L2 RDY WP# CS# SCL 16 SDA 输入 输出 USB 信号 USB 信号 输出 输入 输入 输入 输出 开漏输出 开漏输出 及输入 14 SIN 输入 13 ID1 输入 19 ID0 输入 2 1 3 SCLK SOUT NC. 输入 输出 输出 引脚说明 正电源输入端，需要外接 0.1uF 电源退耦电容 公共接地端，直接连到 USB 总线的地线 在 3.3V 电源电压时连接 VCC 输入外部电源， 在 5V 电源电压时外接容量为 0.01uF 退耦电容 晶体振荡的输入端，需要外接晶体及振荡电容 晶体振荡的反相输出端，需要外接晶体及振荡电容 直接连到 USB 总线的 D+数据线 直接连到 USB 总线的 D-数据线 驱动 LED 作为状态指示输出，低电平有效 必须接低电平 存储器就绪状态输入，高电平有效，内置上拉电阻 数据写保护状态输入，低电平有效，内置上拉电阻 存储器写操作状态输出，低电平有效 两线串口的时钟输出，内置上拉电阻 两线串口的数据输出及输入，内置上拉电阻 存储器仿真模式设定输入，内置上拉电阻， 低电平为文件模式，高电平为磁盘模式 存储器型号选择输入，内置上拉电阻， 低电平为 24C16，高电平则 ID0 有效 存储器型号选择输入，内置上拉电阻， 低电平为 24C256，高电平为 24C64 备用 I/O 引脚，可以由 WINDOWS 应用程序控制 备用 I/O 引脚，可以由 WINDOWS 应用程序控制 备用，禁止连接 5、功能说明 5.1. 硬件 CH331 芯片内置了 USB 上拉电阻，UD+和 UD-引脚应该直接连接到 USB 总线上。 CH331 芯片内置了电源上电复位电路。 CH331 芯片正常工作时需要外部向 XI 引脚提供 12MHz 的时钟信号。 一般情况下， 时钟信号由 CH331 内置的反相器通过晶体稳频振荡产生。外围电路只需要在 XI 和 XO 引脚之间连接一个 12MHz 的晶体， 并且分别为 XI 和 XO 引脚对地连接振荡电容。 CH331 芯片使用 5V 电源电压时，V3 引脚应该外接容量为 0.01uF 左右的电源退耦电容。 LED#引脚可以驱动串了限流电阻的发光管 LED。LED 不亮说明尚未配置、尚未工作，LED 微亮说 明 USB 配置完成、但当前没有进行 USB 传输，LED 常亮说明正在进行 USB 传输。 RDY 引脚用于动态检测外部存储器是否就绪。当用于 IC 卡的读卡器（数据采集器）时，如果存 储器尚未准备好，那么应该将 RDY 置为低电平，当存储器就绪后，应该将 RDY 恢复为高电平。 WP#引脚用于设定 U 盘数据写保护，该引脚只在通电后检测一次。当需要写保护时，可以在 U 盘 通电前将 WP#引脚置为低电平，从而可以防止 U 盘数据被删改。 CS#引脚是存储器写操作状态输出引脚，默认为高电平，在 CH331 擦写外部存储器期间，该引脚 输出低电平。 SCL 引脚和 SDA 引脚用于两线串口，可以直接连接兼容 I2C 接口的 24CXX 系列 EEPROM 或 FRAM 串 行非易失存储器。 SIN 引脚用于选择存储器仿真模式，该引脚只在通电后检测一次。SIN 高电平时为磁盘模式（即 普通 U 盘模式） ，就是将整个外部存储器作为磁盘空间，文件系统在外部存储器中实现，支持 U 盘格 CH331 中文手册（一） ３ 式化。SIN 低电平时为文件模式，就是文件系统由 CH331 内部实现，而将整个外部存储器作为 U 盘中 的一个文件，计算机读写这个文件，就是读写整个外部存储器，该功能可以用于 IC 卡的读卡器。 ID1 引脚和 ID0 引脚用于选择存储器的型号，分为 3 组，每组各有一个默认型号。当 ID1 为低电 平时选择第一组，型号为 24C16，容量为 2KB，配置信息中指定容量后可支持 24C02、24C04、24C08。 当 ID1 为高电平、ID0 为高电平时选择第二组，型号为 24C64，容量为 8KB，配置信息中指定容量后 可支持 24C32。当 ID1 为高电平、ID0 为低电平时选择第三组，型号为 24C256，容量为 32KB，配置信 息中指定容量后可支持 24C128、24C512、24C1024、24C2048、24C4096。 由于 CH331 符合相关 USB 规范，所以对于较新的计算机操作系统，如 Windows ME/2000/XP/Vista 等，均能被自动识别，不需要安装任何驱动程序。 5.2. 配置 CH331 支持在外部存储器中自定义各种常用配置信息，配置数据定义在外部存储器的首扇区，线 性地址为 0000H 到 01FFH 的存储器位置。 本节中的数据带有 H 后缀的表示方式均为十六进制，引号中的字符为 ASCII 字符串。 地址 说明 默认数据 00H-07H 08H-0FH 10H 11H 配置数据有效标志 保留 配置数据有效标志 配置数据有效标志 系统配置信息 '$CH33x',A5H,21H 00H 53H 3BH 位 0：必须为 0 位 1：地址 40H-7FH 的产品信息，0-无效，1-有效 10H 位 2：支持 USB 设备自动挂起，0-禁止，1-允许 （默认的 10H 为内部值， 12H 位 3：模拟设备类型，0-磁盘，1-光盘 相当于外部配置的 70H） 位 4：媒体移除特性，0-不可移除，1-可移除 位 5：存储器首扇区用途，0-U 盘数据，1-配置数据 位 6：存储器首扇区写保护，0-可读可写，1-只读 位 7：整个 U 盘数据写保护，0-可读可写，1-只读 硬件配置信息 位 0：媒体检测，0-通过 RDY 引脚自动，1-不检测 位 1：必须为 0 位 2：必须为 0 13H 00H 位 3：存储器型号选择，0-第一组，1-根据位 4 判断 位 4：存储器型号选择，0-第二组，1-第三组 位 5：必须为 0 位 6：必须为 0 位 7：存储器仿真模式，0-磁盘模式，1-文件模式 14H-15H 厂商 ID 4348H 16H-17H 产品 ID 5533H 18H-19H 版本 ID 0100H 1AH 传输协议接口的子类别 06H 1BH 保留 00H 1CH-1DH U 盘容量，最大扇区号（总扇区数减去 1） 0003H 1EH-1FH 保留 0000H 20H-2BH 产品序列号字符串，共 12 个十六进制 ASCII 字符 '025A84730668' 2CH-3FH 保留 00H 以下数据仅在系统配置信息的位 1 为 1 时起作用，参考 SCSI 规范中的 INQUIRY 命令 40H U 盘设备类型，00H 为磁盘，05H 为光盘 00H ４ CH331 中文手册（一） 41H 42H-47H 48H-4FH 50H-5FH 60H-63H 64H-65H 66H-7FH 80H-1FFH U 盘媒体特性，00H 为不可移除，80H 为可移除 附加数据 U 盘厂商名称字符串 U 盘产品名称字符串 U 盘产品版本字符串 地址 40H-7FH 的产品信息数据有效标志 保留 保留 80H 02H,02H,1FH,00H,00H,00H ' wch.cn ' ' USB Mini-Disk ' '1.0 ' A5H,5AH 00H 00H 6、参数 6.1. 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏） 名称 TA TS VCC VIO 参数说明 工作时的环境温度 储存时的环境温度 电源电压（VCC 接电源，GND 接地） 输入或者输出引脚上的电压 最小值 -30 -55 -0.5 -0.5 最大值 80 125 6.5 VCC+0.5 单位 ℃ ℃ V V 6.2. 电气参数（测试条件：TA=25℃，VCC=5V，不包括连接 USB 总线的引脚） 名称 参数说明 最小值 典型值 最大值 单位 VCC ICC ISLP VIL VIH VOL 电源电压（V3 引脚不连 VCC 引脚） 工作时总电源电流 USB 挂起时的总电源电流 低电平输入电压 高电平输入电压 低电平输出电压（4mA 吸入电流） 高电平输出电压（4mA 输出电流） （芯片复位期间仅 100uA 输出电流） 内置上拉电阻的输入端的输入电流 电源上电复位的电压门限 4.5 5 13 0.3 5.3 30 V mA mA V V V VOH IUP VR -0.5 2.0 0.7 VCC+0.5 0.5 V VCC-0.5 40 80 2.7 160 uA V 最小值 11.98 典型值 12.00 20 最大值 12.02 50 单位 MHz mS 6.3. 时序参数（测试条件：TA=25℃，VCC=5V） 名称 FCLK TPR 参数说明 XI 引脚的输入时钟信号的频率 电源上电的复位时间 7、应用 7.1. 小容量 U 盘（下图） 下图是由 CH331 实现的小容量 U 盘。 CH331 的 WP#引脚和 SIN 引脚可以根据需要设定，ID1 引脚和 ID0 引脚根据存储器容量设定。图 中存储器 U2 的型号是 24C256，所以应该将 ID0 引脚接低电平。该 U 盘总容量为 32KB，由 WINDOWS 格 式化后可用空间只有 12KB，用专用格式化工具 FORMATUD.EXE 格式化后的可用空间最大为 30.5KB。 P1 是 USB 端口，USB 总线包括一对 5V 电源线和一对数据信号线，通常，+5V 电源线是红色，接 CH331 中文手册（一） ５ 地线是黑色，D+信号线是绿色，D-信号线是白色。 C3 容量为 4700pF 到 0.02μF，用于 CH331 内部电源节点退耦，C4 容量为 0.1μF，用于外部电源 退耦。晶体 X1、电容 C1 和 C2 用于时钟振荡电路。X2 是频率为 12MHz 的石英晶体，C1 和 C2 是容量 为 15pF～30pF 的独石或高频瓷片电容。 在设计印刷线路板 PCB 时，需要注意：退耦电容 C3 和 C4 尽量靠近 CH331 的相连引脚；使 D+和 D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰；尽量缩短 XI 和 XO 引脚相关信号线的长度，为了减少高频干扰，可以在相关元器件周边环绕地线或者覆铜。 7.2. 文件模式（下图） 图中存储器 U7 型号是 24C16，总容量为 2KB，CH331 的 ID1 引脚接低电平。 用 24C16 作为存储器在磁盘模式下格式化后的可用空间仅剩 512 字节，所以只能用于某些特殊用 途。例如，用于计算机的 USB 引导，不需要格式化 U 盘，引导代码最大可达 2KB。 图中 CH331 的 SIN 引脚为低电平，所以该 U 盘将工作于文件模式。在文件模式下，U 盘不支持格 式化，并且无法删改文件，U 盘中只有一个文件，文件名是 USBFILE1.BIN，文件长度与存储器总容量 相同为 2KB，计算机的应用程序读写该文件，就是读写整个 24C16 存储器。 图中 S1 为 U 盘写保护开关，S2 为存储器就绪状态开关，根据需要选用。