開源一款採用 Type-C 輸入的 USB3.2 擴充基座：4 個 USB3.2 Gen2 埠 + 2.5G 乙太網路 + TF/SD 卡讀卡機，支援 PD 快充輔助供電，輸入電壓範圍 4 至 20V，透過 Buck-Boost 電路將輸出穩壓至 5.1V，基於 VL160 + VL822 + RTL8156BG + GL3224 晶片設計。
開源 USB 10 Gbps 集線器，具備 2.5 Gbps 乙太網路與 TF/SD 卡讀卡功能
我從未做過如此高速的 PCB 專案——這是我的第一次嘗試。若您有任何改進建議或發現錯誤，懇請不吝指教。
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專案展示與設計過程影片： https://www.bilibili.com/video/BV145G1z9Em2/
OSHWHub 開源倉庫： https://url.zeruns.com/U9sCt
電子/微控制器技術 QQ 群組： 2169025065
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專案概述
這是一款採用 USB-C 輸入的 USB3.2 擴充基座，配備四個 USB3.2（10 Gbps）Type-A 輸出埠（輸入埠亦支援 10 Gbps，因此總頻寬仍為 10 Gbps），另含一個 2.5G 乙太網路埠及 TF/SD 卡讀卡機。
5V 電源部分採用 Buck-Boost 轉換器，將輸出穩壓至 5.1V（額外 0.1V 用以補償高電流下的電壓降）。本設計設有兩個 Type-C 輸入埠：其一是資料埠（也可供電，但不會觸發快充協定，僅接受 5V，並經由轉換器供電，避免重載時電壓下降）；另一為電源埠（支援 PD 快充，可協商輸出 20V 後經轉換器降壓至 5.1V）。5V 電源總輸出最高可達 9.5A，每個 USB-A 埠最大支援 2A。
本專案使用兩顆 VL822 晶片；其中一顆仍保留一個未使用的 USB 介面，可供再利用——例如增加另一個 Type-A 輸出埠，或整合具備電壓/電流感測功能的微控制器，即時監控各 USB 埠的功率數據，並透過 USB 傳送至主機電腦。此功能對嵌入式除錯或 USB 裝置功耗監控極具價值（這原是我的初步規劃，但因 PCB 尺寸限制而捨棄，以免基板過大）。
設計分為兩塊電路板：上層板承載 5V Buck-Boost 電源電路與讀卡機電路，下層板則包含 USB 集線器與 2.5G 乙太網路電路。兩板之間透過 FPC 排線與 XH2.54 接頭連接。
主要晶片：VL160、VL822、RTL8156BG、GL3224、EA3036、MT2492、SC8703
本設計參考了專案「具獨立電壓調節功能的 USB3 基座」：https://oshwhub.com/leo_lin/usb3-dock-with-dc-dc-converter
擴充基座規格
- 輸入介面： USB-C
- 輸出介面： USB-A、RJ45、TF、SD
- 最大輸入資料速率： 10 Gbps
- 最大輸出資料速率： USB：10 Gbps｜RJ45：2.5 Gbps
- Type-C 最大輸入功率： 5V@5A / 20V@5A
- Type-A 最大輸出電流： 5V@2A（所有埠合計最高 8A）
- 尺寸： 90 × 74 × 26.3 mm
產品實拍圖
安裝外殼後
通電運作中
電路板
底板正面與背面
頂板正面與背面
硬體實現
當使用者將擴充基座連接到 5 Gbps 或更高傳輸速率的 USB 介面時，
高速匯流排硬體區塊圖：
在此情境下，USB 資料線首先經過 VL160 電平翻轉晶片（實現 Type-C 正反插功能）。翻轉後的 USB 訊號隨即送入 VL822 集線器晶片，將單一 USB 輸入分割為四個 USB 輸出。
若連接的是 480 Mbps 介面而非 5 Gbps 或更高，則 USB 訊號會繞過 VL160 晶片，直接進入 VL822 集線器，下游最大速率為 480 Mbps。
擴充基座電源硬體區塊圖：
SY6288CAAC 為具內建過電流保護的電源開關。當下游負載超過 2A 時，開關會斷開電源，並將 OC 腳位拉低，通知控制器發生過電流狀況。
性能測試
TYPE-A 埠輸出漣波
無負載：約 18 mV 漣波
1A 負載下：約 6 mV 漣波
電源轉換效率
| 輸入電壓 (V) | 輸入電流 (A) | 輸入功率 (W) | 輸出電壓 (V) | 輸出電流 (A) | 輸出功率 (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 快充協商測試
熱成像測試
當 5V 電源電路輸出 8A 時，MOSFET 溫度約為 81°C（環境溫度約 27°C）
在全讀寫負載下，VL822 晶片溫度約為 70°C（環境溫度約 25°C）
GL3224 晶片在全讀寫負載下溫度約為 58°C（環境溫度約 27°C）
USB 傳輸速度測試
將擴充基座連接至電腦的 USB 10 Gbps 埠，再接入一個 HDD 外接盒（RTL9210B）。AS SSD Benchmark 測得讀取 969.65 MB/s，寫入 912.65 MB/s。
TF/SD 卡讀卡速度測試
使用 Samsung EVO Plus TF 卡測試：讀取 93.04 MB/s，寫入 20.13 MB/s。
2.5G 乙太網路速度測試
使用內部速度測試伺服器：下載 2089 Mbps，上傳 2497 Mbps。
複製注意事項1. 外殼採用 3D 列印製作，3D 模型檔案可於本文末尾的下載連結中取得。
- 外殼上的螺絲孔需使用 M2.5 壓入式螺母——請使用電烙鐵加熱後壓入定位。
- 訂購 PCB 時，請選擇 JLC04121H-3313 層壓結構，並設定板厚為 1.2 mm，且務必進行阻抗匹配。
- 部分系統可能無法達到完整的乙太網路速度；您需要安裝
綠聯USB有線網卡-RTL芯片-全系統_UGREEN_EthernetAdapter Driver_V1.01.zip壓縮檔內含的驅動程式（見文末下載連結）。 - 部分系統可能會出現讀卡器效能降低的情況；您可以嘗試使用下方資源中的
GL3224 update tool v1.0資料夾內的工具更新韌體。出廠預設韌體版本為 1532，最新版本為 1539。若無需更新，可省略焊接 Flash 晶片的步驟。 - 請務必訂購反向排列的 30 針 FPC 排線與 6 針 XH2.54 排線。
M2.5 × 8 × 4 壓入式螺母
電路圖
上層電路板
下層電路板
PCB 布局圖
上層電路板
下層電路板
元件購買連結
本專案大部分元件的購買連結均可在此處找到：- 0603電阻電容樣品本：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
建議從 LCSC 線上商店 購買零件：https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
點擊 LCSC 開源連結中的 BOM 表格，即可立即將所有所需元件匯入您的 LCSC 購物車。
資源下載連結
以下連結包含 LCSC EDA 專案、PDF 電路圖、PCB Gerber 檔案、所有使用晶片的資料表、3D 外殼模型檔案、GL3224 固件升級工具，以及 RTL8156B 驅動程式。
百度網盤：https://pan.baidu.com/s/1uY0DD40T5NeZS1X4UwaPng?pwd=nvbx（提取碼：nvbx）
123 雲端硬碟：https://www.123684.com/s/2Y9Djv-106vH?提取碼:66SY
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