C100=10uF + C105(一般是0.1μF陶瓷电容)并联对地GND
作用:电源滤波。
10μF 电解 / 钽电容滤低频电压波动,0.1μF 贴片陶瓷电容滤高频尖峰,充电器线材长线带来的纹波就会被压下去,避免电压抖动干扰后端 CH340 串口芯片;Type‑C 插拔瞬间的浪涌也可以被电容缓冲一部分。
2. CC 引脚经典下拉 5.1k 电阻(R112、R114 两个 5.1kΩ 电阻,CC1、CC2 分别下拉 GND)
⭐最关键兼容设计
这就是适配海量手机充电器的核心:
Type‑C 规范规定 :设备端 Sink(被供电端,也就是你的板子)需要把 CC1、CC2 通过 5.1kΩ 精准电阻拉到地 。手机充电器内部会检测 CC 引脚的下拉电阻,识别出 这是一个需要取电的外设,然后开启 VBUS 输出 5V;
两个 CC 分别下拉,可以兼容 Type‑C 正反盲插:插头正着插检测 CC1,反过来插就检测 CC2,不管怎么插充电器都能识别设备,正反面都能正常取电;
为什么必须严格选 5.1k:阻值偏离太多充电器会判定设备非法,直接不输出电压,就会出现插充电器没反应的故障。原理图里把 SBU1、SBU2 悬空打叉,日常做 USB2.0 串口场景不需要使用 SBU 辅助引脚,悬空是规范做法,避免引入干扰。
3. D+/D - 差分数据线对接 CH340(D+1/D-1、D+2/D-2)
Type‑C 插座正反插拔时内部会自动互换 D1、D2 两组差分脚,我们只需要把两组差分分别接到 CH340 的 USB D+、D - 引脚,正反插 USB 数据通信都可以正常工作,实现串口 TTL 功能。
4. GND 引脚(1、12 双地引脚全部接地)
Type‑C 设置了多路 GND 引脚,布线的时候全部就近接地,可以降低电源回路阻抗,插拔大电流的时候减少地弹噪声,降低打火、静电风险。
5. SH1~SH4 外壳金属壳引脚 → L6(220R 1A 磁珠)再接 GND
这是 ESD 防静电设计:
金属外壳非常容易积累静电,人手插拔时静电极易窜入电路烧坏芯片;
磁珠阻隔高频静电脉冲,静电通过磁珠泄放到大地;220Ω 阻抗可以抑制谐振,1A 额定电流足够日常使用,避免外壳静电击穿 CH340 等主控。
CC 端 5.1k 下拉是标配,所有合规 Type‑C 适配器检测到这个下拉就会默认输出安全的 5V 电压,普通 5W/10W 手机充电器直接适配。
2. 兼容支持 PD 快充的大功率手机充电器(重点防高压误充!)
手机 PD 快充头默认支持 9V/12V/15V/20V 高压,如果不加处理快充头可能输出高压烧坏你的 5V 设备,两个解决手段:
简易低成本方案(适配你的 CH340 串口板场景) :沿用图里纯 5.1k 下拉 CC 的做法、 不使用上拉 Rp 电阻 。PD 规范里,Sink 只下拉 Rd=5.1k 的时候,适配器只会输出基础 5V 档位,不会协商输出更高快充电压,哪怕插 65W、120W 手机快充头,也只会送出 5V,完美规避高压过充;
想要拿快充高压的场景 :就需要外置独立 PD 协议芯片(比如 CH224、PW3201 这类),通过 CC 线和充电器协商锁定自己需要的电压,不能直接裸接 VBUS。
3. 兼容老式 Micro 转 Type‑C 转接头、老旧非标准充电器
布线把控好 D+/D - 差分阻抗 90Ω 左右,电源输入端滤波电容布局贴近插座 VBUS 引脚,线材压降就会被削弱,杂牌线材、老旧适配器压降偏大也能正常工作。
三、短路、过充、各类故障全套防护设计方案 (一)短路防护(VBUS 最容易出现短路)
前端增加自恢复 PPTC 保险丝(放在 Type‑C 的 VBUS 引脚后面) 额定电流根据板子功耗选,串口小板子一般选用 0.5A~1A 规格:VBUS 一旦后端出现正负极短路,PPTC 会升温高阻切断大电流,保护充电器和电路板,故障排除之后保险丝自动恢复,不用手动更换。
PCB 布局层面:VBUS 走线宽度加宽≥0.8mm,GND 做大面积铺铜,避免短路瞬间走线烧断 PCB 铜箔。
增加 TVS 瞬态抑制二极管(比如 PESD5V0SBA) ,并联在 VBUS 和 GND 之间,钳位电压设置为 5.8V 左右: 插拔瞬间、充电器异常浪涌、电网波动产生超过安全阈值的尖峰,TVS 瞬间导通把电压钳位,不会把高于 5V 的电压灌入 CH340;
如果后端器件耐压偏低,还可以额外加一颗低压 LDO 稳压芯片进一步稳压,就算充电器 5V 出现小幅波动,后端电压依旧稳定;
禁止直接把快充协商出来的 9V 以上电压直接接到只耐受 5V 的 CH340 芯片,这是日常烧坏串口板最常见的诱因。
除了外壳 SH 引脚磁珠,D+、D - 数据线最好再加专用 USB 口 ESD 阵列芯片,数据线插拔、手触碰引脚产生的静电就不会击穿 CH340 的 USB 端口;
CC1、CC2 的 5.1k 电阻尽量贴近 Type‑C 插座摆放,缩短 CC 走线长度,减少 CC 走线接收静电干扰的概率,防止充电器误判。
CC 两条走线长度控制短一些,不要和高速 D+/D - 长距离平行走线,防止串扰;
VBUS 滤波电容 C100、C105 紧贴插座引脚摆放,不要远离插座;
屏蔽壳 SH 经过磁珠单点接地,切忌多点接地造成地环路引入工频干扰;
区分功率地和信号地,大电流 VBUS 回流走功率地,CH340 信号单独走信号地,单点汇合。
设计部位
推荐器件参数
设计目的
CC 下拉电阻
精度 1% 的 5.1kΩ 贴片电阻
适配 PD 规范,正反识别、锁定基础 5V
VBUS bulk 电容
10μF MLCC + 0.1μF 陶瓷电容并联
高低频双重滤波
电源保险丝
0.75A PPTC 自恢复保险丝
VBUS 短路限流保护
VBUS TVS
钳位 5.0~5.8V 专用 USB TVS
抵御浪涌过压
外壳滤波磁珠
220Ω@100MHz,1A 额定
L6 选型合理,静电泄放
数据线 ESD
双通道 USB 专用 ESD 芯片
保护 D+D - 差分脚静电
五、常见踩坑提醒
不要随意修改 CC 下拉电阻改成 10k、100k 等阻值,大量手机 PD 充电器会识别失败无输出;
不要把 CC 引脚直接接 VCC 上拉,上拉 Rp 是 HOST 供电端才使用的接法,你的板子是外设 Sink,下拉才正确;
劣质 Type‑C 母座外壳金属内部绝缘差,如果屏蔽直接硬接地会带来地环路噪声,所以原理图采用磁珠隔离接地的做法是很稳妥的;
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