开源一款Type-C输入的USB3.2扩展坞：4个USB3.2 Gen2接口 + 2.5G以太网 + TF/SD卡读卡器，支持PD快充辅助供电，输入电压范围4至20V，采用Buck-Boost电路将输出稳压至5.1V，基于VL160 + VL822 + RTL8156BG + GL3224芯片设计。
开源USB 10Gbps集线器，带2.5G以太网和TF/SD卡读卡器
这是我第一次设计高速PCB项目，此前从未接触过此类设计。如有任何改进建议或发现错误，恳请不吝指教！
另外，我目前正在线上寻找工作机会。如果广州或佛山地区有雇主正在招聘，欢迎联系我。您可以通过我的OSHWHub主页查看我的开源项目：https://oshwhub.com/zeruns/works
项目演示与设计过程视频： https://www.bilibili.com/video/BV145G1z9Em2/
OSHWHub开源仓库地址： https://url.zeruns.com/U9sCt
电子/单片机技术QQ群： 2169025065
下载链接在文章末尾！
项目概述
这是一款采用USB-C输入的USB3.2扩展坞，配备四个USB3.2（10 Gbps）Type-A输出接口（输入端口也支持10 Gbps，因此总带宽为10 Gbps），另含一个2.5G以太网口以及TF/SD卡读卡器。
5V电源部分采用Buck-Boost升降压转换器，输出稳压至5.1V（额外0.1V用于补偿大电流下的电压压降）。设备设有两个Type-C输入接口：其中一个为数据接口（也可供电，但不触发快充协议，仅接受5V输入，并通过转换器供电，防止重载时电压下降）；另一个为专用电源接口（支持PD快充，可协商输出20V，再经转换器降压至5.1V）。5V电源总输出能力可达9.5A，每个USB-A端口最大支持2A输出。
本项目使用了两颗VL822芯片，其中一颗仍有一个未使用的USB接口，可用于扩展——例如增加一个Type-A输出，或接入带电压/电流检测功能的微控制器，实时采集各USB端口的功耗数据并通过USB上传至主机PC。这对于嵌入式调试或USB设备功耗监控非常有用（这原本是我的初始计划，但因PCB尺寸限制为避免板子过大而暂未实现）。
整体设计分为两块板：上层板集成5V Buck-Boost电源电路和读卡器电路，下层板则包含USB集线器和2.5G以太网电路。两块板通过FPC排线和XH2.54排针连接。
主要芯片：VL160、VL822、RTL8156BG、GL3224、EA3036、MT2492、SC8703
本设计参考了项目“带独立稳压的USB3扩展坞”：https://oshwhub.com/leo_lin/usb3-dock-with-dc-dc-converter
扩展坞规格参数
- 输入接口： USB-C
- 输出接口： USB-A、RJ45、TF、SD
- 最大输入数据速率： 10 Gbps
- 最大输出数据速率： USB: 10 Gbps | RJ45: 2.5 Gbps
- Type-C最大输入功率： 5V@5A / 20V@5A
- Type-A最大输出电流： 5V@2A（所有端口合计最大8A）
- 尺寸： 90 × 74 × 26.3 mm
产品实物图
安装外壳后
通电运行状态
电路板整体
底板正反面
顶板正反面
硬件实现
当用户将扩展坞连接至5 Gbps或更高速率的USB接口时，
高速总线硬件框图：
在此情况下，USB数据线首先经过VL160电平翻转芯片（实现Type-C正反插功能），翻转后的USB信号送入VL822集线器芯片，将单路USB输入扩展为四路USB输出。
当连接的是480 Mbps接口而非5 Gbps及以上时，USB信号将绕过VL160芯片，直接进入VL822集线器，此时下行最高速率为480 Mbps。
扩展坞电源硬件框图：
SY6288CAAC是一款内置过流保护的电源开关。当下游负载超过2A时，开关会断开电源，并将OC引脚拉低，通知控制器发生过流状况。
性能测试
TYPE-A端口输出纹波
空载：约18 mV纹波
带1A负载：约6 mV纹波
电源转换效率
| 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) | 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 | 5.20 | 2 | 10.40 | 91.58 |
| 4 | 8.063 | 32.25 | 5.17 | 5 | 25.85 | 80.15 |
PD快充协议协商测试
热成像测试
当5V电源电路输出8A电流时，MOSFET温度约为81°C（环境温度约27°C）
VL822芯片在全负载读写状态下温度约为70°C（环境温度约25°C）
GL3224芯片在全负载读写状态下温度约为58°C（环境温度约27°C）
USB带宽测试
将扩展坞连接至电脑USB 10 Gbps端口，再接入一个HDD硬盘盒（RTL9210B），使用AS SSD Benchmark测试结果为：读取969.65 MB/s，写入912.65 MB/s。
TF/SD卡读卡器速度测试
使用三星EVO Plus TF卡测试：读取93.04 MB/s，写入20.13 MB/s。
2.5G以太网速度测试
使用内网测速服务器测试：下载2089 Mbps，上传2497 Mbps。
复现说明1. 外壳采用3D打印制作，3D模型文件可在文章末尾的下载链接中获取。
- 外壳上的螺丝孔需要使用M2.5压铆螺母——用烙铁加热后压入安装位置即可。
- 在订购PCB时，请选择 JLC04121H-3313 层压结构，并设置 1.2 mm 板厚，且务必进行 阻抗匹配。
- 某些系统可能无法达到完整的以太网速度；您需要安装
绿联USB有线网卡-RTL芯片-全系统_UGREEN_EthernetAdapter Driver_V1.01.zip压缩包中包含的驱动程序（见文末下载链接）。 - 某些系统可能出现读卡器性能下降的情况；您可以尝试使用下方资源中的
GL3224 update tool v1.0文件夹内的工具升级固件。出厂固件版本为1532，最新版本为1539。如果无需升级，可省略焊接Flash芯片的步骤。 - 请务必订购反向（反转）方向的30针FPC排线和6针XH2.54排线。
M2.5 × 8 × 4 压铆螺母
原理图
上层板
下层板
PCB布局
上层板
下层板
元器件购买链接
本项目大部分元器件的购买链接均可在此处找到：
- 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
建议从 LCSC 在线商城 购买元器件：https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
点击 LCSC 开源链接中的 BOM 表，即可一键将所有所需元件导入您的 LCSC 购物车。
资源下载链接
以下链接包含 LCSC EDA 项目、PDF 原理图、PCB Gerber 文件、所有使用芯片的数据手册、3D 外壳模型文件、GL3224 固件升级工具以及 RTL8156B 驱动程序。
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1uY0DD40T5NeZS1X4UwaPng?pwd=nvbx（提取码：nvbx）
123 云盘：https://www.123684.com/s/2Y9Djv-106vH?提取码:66SY
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