项目说明

此项目设计了一个USB@10Gbps的分线器，将一个10Gbps的USB接口分成3个和1个2.5Gbps的RJ45网卡。
较市面上的产品，此拓展盒内装有2个buck-boost架构的DC-DC电源，可以在特定情况下弥补拓展盒后级设备供电电压不足的情况，例如线材质量不佳、接口氧化或后级负载过大等。
拓展盒成品如图所示：

PCB焊接后展示：

开源协议

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项目更新

2024.7.31 发布了开源项目 具有独立稳压电源的USB3.2拓展盒。主电路版本为：USB-10Gbps HUB with 2.5G Ethernet v1.6 。所有功能验证通过。

拓展盒参数

输入接口：USB-C
输出接口：USB-A、RJ45
输入接口最大速率：10Gbps
输出接口最大速率：USB:10Gbps|RJ45:2.5Gbps
TYPE-C接口最大输入功率：5V@5A
TYPE-A接口最大输出电流：5V@2A，所有接口电流之和不得超过4A
长宽高：80.6 49.5 23.45

项目硬件实现方案

当用户将拓展盒接入USB@5Gbps或更高速的接口时，项目高速总线硬件框图：

这时，用户将USB数据线连接至拓展盒后先经过VL160电平翻转芯片，实现接口正反插。经过电平翻转的USB信号送至VL822集线器芯片，VL822将1个USB分为4个USB，其中3个USB接口通过USB-TYPEA连接器引出，另外一个USB接口连接至RTL8156-B以太网芯片上，将USB总线转换成了以太网。

当用户将拓展盒接入USB@480Mbps或更低速的接口时，项目高速总线硬件框图：

与接入5Gbps或更高速率接口相比，接入480Mbps速率接口没有经过VL160电平反转芯片，USB信号直接接入VL822集线器，后级USB最大速率为480Mbps。

拓展盒电源硬件框图：

图中USB-5V由TYPE-C输入接口提供，5v电源进入后分为4路。
其中第1路送至EA3036电源管理芯片，此芯片是3路输出的buck架构电源芯片，此项目只用了2路输出，将5v电压变换成3.3v和1.2v给后级VL822使用。
第2路送至TPS63020芯片，此芯片是buck-boost架构的电源芯片，将输入的5v左右电压稳定在5.2v并送至下一级电路，此电路的加入避免了由于数据线内阻和连接器内阻引起的电压下降。下一级电路是以太网供电和SY628CAAC。SY628CAAC是一个具有过流保护功能的功率电子开关，当后级负载超过2A电流时，开关会断开供电，并且通过拉低OC引脚提示控制器出现过流。
第3路送至第二个TPS63020芯片，此电路后级是2个USB输出口。
第4路送至VL160电平反转芯片。

硬件指标测试

TYPE-A接口输出纹波测试：
将TYPE-A接口悬空，探头使用x1挡位，示波器开启20M带宽限制，使用接地弹簧接地。测试空载输出纹波约为7mV，如图：

1.2A负载纹波约为9mV，如图：

测试设备：SDS824X-HD

拓展盒发热测试：
将拓展盒的USB1和USB3接口同时接入电子负载，将电子负载电流设置为1.2A，在室内环境静置10分钟后温度如图：

接口速率测试：
将拓展盒连接至电脑USB@10Gps接口，然后再将硬盘盒连接至拓展盒，使用DiskMark软件对RTL9210B主控硬盘盒进行读写速度测试，结果如图：

长宽高测试：

复刻注意事项

除PCB和电子零件外还需购买或打样的零件

1. 外壳
   外壳可以使用CNC或3D打印工艺，使用两种工艺加工的3D图纸已经随文件上传至百度网盘具有独立稳压电源的USB3.2拓展盒\3D图纸\外壳文件夹下。
2. 顶盖
   顶盖推荐使用激光切割亚克力工艺，便宜+好看，切割使用亚克力厚度3mm。当然也可以使用3D打印工艺，DWG文件和STL文件已上传至百度网盘具有独立稳压电源的USB3.2拓展盒\3D图纸文件夹下
3. 螺丝
   螺丝选用M2*8mm型号螺丝，避免广告嫌疑不放链接了，参数长这样：
   
4. 螺柱
   螺柱选择M2*14双通滚花螺柱，参数如图：
   

组装

拓展盒内部结构如图：

爆炸图：

PCB制作注意事项

1. PCB下单时需要选择JLC04121H-3313层压结构，板厚1.2mm，需要进行阻抗匹配，以太网阻抗特征阻抗100Ω，USB特征阻抗90Ω。需要进行阻抗匹配的传输线图片已打包上传到百度网盘
2. 如果不使用SMT，焊接时先焊接电源芯片及其外围器件，上电后检测各路电压是否产生，全部电压产生后再焊接其它芯片。EA3036那个芯片比较难焊，有时候会出现虚焊的情况。
3. 位号LED1~4是端口指示灯，提示了USB接口的工作速率，常亮代表使用的是10Gbps速率，快速呼吸代表使用5Gbps，慢速呼吸代表使用的是480Mbps及以下速率。LED灯的封装是0603，可以根据喜好更换LED灯颜色。
4. 焊接USB-A接口时注意和PCB上的丝印对齐，不要焊歪了，不然顶盖盖不上。

其它注意事项

1. 部分系统会遇到以太网上行速率跑不满的情况，需要安装驱动，驱动文件在百度网盘根目录下的RTL8156B.10046.20压缩包中。

百度网盘链接

链接：https://pan.baidu.com/s/12DF_AuVvDpFOs8UqOxaP5g?pwd=ovf0
提取码：ovf0
此项目所用参考的所有资料已放入附件DATASHEET压缩文件中。
RTL-8156B芯片外围电路设计参考了https://www.eeworld.com.cn/RDesigns_detail/77799#qijian