摘要

在消费电子外设、工业控制与嵌入式领域，通过USB接口扩展有线以太网是常见需求。南京沁恒微电子推出的CH397是一款高集成度、低功耗的USB网卡芯片，其核心特征在于将USB控制器、以太网MAC/PHY、处理器及电源管理单元整合于单一芯片内。本文基于官方数据手册，从架构、协议、硬件设计等维度做技术梳理。

一、芯片整体架构与自研内核

CH397内部集成自研青稞32位RISC-V处理器，配合全自研的USB2.1高速设备控制器及内置PHY收发器，以及符合IEEE802.3标准的10BASE-T/100BASE-TX以太网MAC与PHY。系统框图上，USB差分信号经PHY接收后，通过片内PLL生成480MHz基准时钟，数据交由RISC-V内核进行封包缓存与协议解析；以太网侧则通过内置MII总线直连PHY，完成VLAN标记、校验和生成与检查等硬件加速处理。

内置独立的TX/RX封包缓冲，无需外挂RAM，数据流可实现并行处理。处理器IP、控制器IP及收发器IP均为自研并紧密整合集成，在数据传输效率与成本控制方面具备一定优势，且无需向外支付第三方IP授权费用。

二、USB与网络协议支持

该芯片支持CDC-ECM、CDC-NCM及RNDIS协议，对应Windows、Linux、macOS、Android等主流操作系统可实现免驱安装，也可按需定制厂商驱动。网络协议层完整兼容IEEE802.3标准，支持10M/100M速率自动协商、Auto-MDIX线序自动翻转，无需外部切换电路。芯片内置硬件校验引擎，支持IPv4/IPv6的TCP/UDP及IP头部校验和的生成与检查，有效降低主机CPU开销。同时支持IEEE802.3x全双工流量控制、半双工冲突回退机制，以及802.1Q VLAN标记识别，可适配多网段隔离等场景。物理层兼容CAT5/CAT6双绞线，理论传输距离可达120米。

三、电源、时钟与复位设计

供电方面，CH397支持单5V或单3.3V两种模式。5V供电时启用内部LDO降压至3.3V；3.3V直供时需将V5与AVDD33共同接入外部3.3V电源，此时内部LDO关闭，芯片温升和功耗均更低，工业级应用建议采用此方案以减小芯片压降和温升。

需注意的是，批号倒数第6位为0与为8的芯片在5V供电时的输入范围略有差异，具体以规格书为准。各电源域引脚需按手册要求搭配不同容值的退耦电容，多个AVDD33同名引脚之间建议短接，PCB走线应尽量宽。时钟源采用外置25MHz无源晶体，芯片内部已集成12pF负载电容，若选用20pF晶体仅需外挂15pF微调电容，无需复杂振荡匹配。片内PLL由25MHz基准生成480MHz USB时钟、125MHz以太网PHY时钟及处理器工作时钟。复位支持上电POR和低压LVR两级保护，电压低于2.6/2.8/3.1V门限时自动复位，常规应用无需外部复位电路，若需手动复位，低电平脉宽建议至少5μS。

四、封装、引脚与扩展接口

CH397提供QFN24（4x4mm）与QFN32（4x4mm）两种封装，引脚节距分别为0.5mm和0.4mm，订货型号分别为CH397A和CH397Y，均带底部接地焊盘（GND必要连接），另有部分GND引脚可选连接以增强接地效果。GPIO6为通用IO接口（内置上拉），对于批号倒数第6位为8的芯片，复位完成后该引脚默认为USB配置状态指示ACT，低电平有效。

该引脚在规格书中同时列为NC（保留引脚），建议无特殊需求时悬空。GPIO8同样为通用IO接口（内置上拉），复位和初始化期间复用为SPI Flash片选信号SCS。完整SPI接口还包括SCK（串行时钟输出）和SDIO（串行数据输入输出，接Flash的SI和SO引脚），便于扩展外挂Flash存储自定义MAC地址、MAC过滤配置、USB厂商ID、产品ID、USB电源配置、VLAN配置及厂商自定义字符串等参数。

CH397A的NC空脚为6、9、12、16；CH397Y的NC空脚为10、11、13、17、19，未使用引脚建议悬空（注：20脚为SDIO功能引脚，非NC）。芯片内置两路专用LED指示灯（LED0/LED1），支持闪烁频率和占空比配置。SPI时钟上限50MHz，无外挂Flash时芯片自动加载内置默认配置。

五、电气特性与功耗表现

芯片ICC工作电流方面，基于25℃标准测试条件，百兆满载典型电流75mA，百兆空闲70mA；10M传统模式满载80mA，节能模式满载65mA，节能模式空闲仅42mA；以太网断开52mA，USB断开整机17mA。L1睡眠电流8~12mA，深度睡眠低至0.2~0.4mA，适配便携设备。工作温度-40~85℃，6KV增强ESD性能Class3A（HBM人体模型耐压5K~7KV）。VDD10支持2.3~3.5V宽范围供电，IO电平兼容3.3V/2.5V，输出驱动满足常规LED及逻辑器件需求。

六、典型应用与外围设计

参考电路分为USB网卡适配器和板载嵌入式网口两类拓扑，外围极为精简：仅需25MHz晶体、退耦电容、RJ45座及网络变压器，无需外置PHY、LDO及49.9Ω匹配电阻（芯片已内置50Ω阻抗匹配）。网络变压器中心抽头通过电容接地，禁止接电源；USB差分端口可串联保险电阻，可选配ESD保护器件。规格书提及可采用电容隔离替代网络变压器，但效果略差于网络变压器。工业级应用建议3.3V直供以降低功耗和温升，PCB设计时需考虑电流承载能力，电源与地走线应尽量宽。

总结

CH397由南京沁恒微电子推出，通过将USB控制器、百兆以太网MAC/PHY、RISC-V处理器及电源管理全部整合于单芯片，为USB转有线网口提供了外围精简、功耗可控的技术路径，相关参数已在数据手册中明确，可供工程师评估参考。