一、前言

輕薄本、平板電腦、游戲主機(jī)、嵌入式主板、工控設(shè)備、擴(kuò)展塢等場景對 USB 擴(kuò)展千兆有線網(wǎng)口、低功耗、免驅(qū)、外圍精簡、工業(yè)級可靠的需求持續(xù)提升。部分傳統(tǒng)方案存在外圍電路復(fù)雜、功耗偏高、系統(tǒng)兼容性不足、BOM 成本較高等問題。

沁恒微電子（WCH）推出的 CH398，是一款高集成度的 USB 3.0 千兆網(wǎng)卡芯片，內(nèi)置自研青稞 RISC-V 處理器、符合 USB 3.2 Gen 1 及 USB 2.1 規(guī)范的控制器及收發(fā)器、符合 IEEE 802.3 協(xié)議規(guī)范的千兆以太網(wǎng) MAC+PHY，支持 10/100/1000M 自適應(yīng)，單芯片即可實(shí)現(xiàn) USB 到以太網(wǎng)的橋接功能。芯片采用工業(yè)級設(shè)計(jì)，兼容 CDC-NCM 和 CDC-ECM 協(xié)議，支持免驅(qū)及性能更優(yōu)的廠商驅(qū)動(dòng)，可廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、筆記本、工控機(jī)主板、擴(kuò)展塢、外設(shè)、嵌入式系統(tǒng)等場景。

二、芯片定位與核心概況

CH398 定位高集成度 USB 3.0 轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)單芯片，面向消費(fèi)電子、工業(yè)控制、嵌入式系統(tǒng)、擴(kuò)展塢等市場，采用沁恒自研青稞 RISC-V 處理器，芯片架構(gòu)針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用優(yōu)化，充分釋放 5Gbps 超高速 USB 和 1000M 以太網(wǎng)的傳輸性能。

芯片功能：USB 3.0 轉(zhuǎn) 10/100/1000M 以太網(wǎng)，集成 USB PHY 和以太網(wǎng) PHY

接口：1×USB 3.2 Gen 1（兼容 USB 2.0/2.1/1.1）；1×10/100/1000M 以太網(wǎng)接口（Auto-MDIX）

最高規(guī)格：USB 3.2 Gen 1 5Gbps；以太網(wǎng) 1000Mbps；CAT5E/CAT6 超百米傳輸距離

核心亮點(diǎn)：自研青稞 RISC-V、支持免驅(qū)及廠商驅(qū)動(dòng)、內(nèi)置 LDO + DC-DC、單 3.3V 或 5V 供電、內(nèi)置 FLASH、工業(yè)級寬溫（-40~85℃）、QFN40 封裝、與 RTL8153 引腳完全兼容

典型應(yīng)用：USB 外置千兆網(wǎng)卡、Type-C 擴(kuò)展塢、工業(yè)控制設(shè)備、嵌入式主板、機(jī)頂盒、智能電視、游戲主機(jī)、服務(wù)器、工控機(jī)

三、核心參數(shù)

USB 接口性能

參數(shù)項(xiàng) 規(guī)格說明

標(biāo)準(zhǔn)兼容 USB 3.2 Gen 1，向前兼容 USB 3.1、USB 3.0、USB 2.1、USB 2.0、USB 1.1

傳輸速率 SuperSpeed 5Gbps，向下兼容 480Mbps、12Mbps、1.5Mbps

電源管理 支持 LPM，支持 U1/U2/U3（USB 3.2）及 L1/L2（USB 2.1）電源管理模式

協(xié)議支持 支持 CDC-NCM、CDC-ECM 及 RNDIS 協(xié)議

以太網(wǎng)性能

參數(shù)項(xiàng) 規(guī)格說明

標(biāo)準(zhǔn)兼容 IEEE 802.3（10BASE-T）、IEEE 802.3u（100BASE-TX）、IEEE 802.3ab（1000BASE-T）

傳輸速率 10Mbps / 100Mbps / 1000Mbps 自適應(yīng)，支持自動(dòng)協(xié)商

傳輸距離 CAT5E / CAT6 雙絞線超百米穩(wěn)定傳輸

Auto-MDIX 內(nèi)置以太網(wǎng)收發(fā)器支持自動(dòng)交換 TX/RX，自動(dòng)識(shí)別正負(fù)信號(hào)線

硬件卸載 支持 IPv4/IPv6 封包校驗(yàn)、TCP/UDP 校驗(yàn)生成和檢查、TCP 大包分片（TSO）

流量控制 支持 IEEE 802.3x 流量控制、半雙工沖突壓力回退

VLAN 支持 IEEE 802.3Q VLAN 標(biāo)記

巨型幀 支持巨型幀傳輸

節(jié)能 支持 IEEE 802.3az 節(jié)能以太網(wǎng)（EEE）

電源管理 支持休眠模式、低功耗睡眠模式、網(wǎng)絡(luò)低功耗配置、動(dòng)態(tài)電源管理

遠(yuǎn)程喚醒 支持魔術(shù)包喚醒、網(wǎng)絡(luò)喚醒包喚醒

系統(tǒng)集成特性

參數(shù)項(xiàng) 規(guī)格說明

處理器 內(nèi)置自研青稞 32 位 RISC-V 處理器，針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用優(yōu)化

時(shí)鐘 支持 25MHz 無源晶振或外置時(shí)鐘輸入

供電 內(nèi)置 LDO 調(diào)壓器和 DC-DC 降壓器，支持單一 5V 或單一 3.3V 供電

集成度 內(nèi)置 FLASH，無需外掛存儲(chǔ)芯片

配置方式 支持 USB 在線參數(shù)配置、USB 在線升級

指示燈 支持 LED 閃爍頻率和占空比可配置

高級功能 支持 iPXE 網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)、UEFI 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

廣播風(fēng)暴抑制 支持廣播風(fēng)暴自動(dòng)抑制功能

電氣與封裝

參數(shù)項(xiàng) 規(guī)格說明

工作溫度 工業(yè)級 -40℃~+85℃

封裝 QFN40（5×5mm），適配 2 層或 4 層 PCB 設(shè)計(jì)

環(huán)保 符合 RoHS、無鹵素

四、核心技術(shù)優(yōu)勢

高集成度，外圍電路極簡

芯片內(nèi)置 USB 3.0 PHY、千兆以太網(wǎng) PHY、自研 RISC-V 處理器、FLASH、LDO 調(diào)壓器和 DC-DC 降壓器，支持單一 5V 或單一 3.3V 供電。芯片內(nèi)置 25MHz 晶振所需的負(fù)載電容，外圍僅需少量阻容元件，大幅降低 BOM 成本和 PCB 面積。

全平臺(tái)免驅(qū)，即插即用

支持 CDC-NCM 和 CDC-ECM 協(xié)議，在 Windows、Linux、macOS、Android、iOS、HarmonyOS 及統(tǒng)信 UOS、麒麟等國產(chǎn)操作系統(tǒng)中可免驅(qū)使用。同時(shí)提供功能更全、性能更優(yōu)的廠商驅(qū)動(dòng)，客戶可根據(jù)需要在免驅(qū)模式和廠商驅(qū)動(dòng)中靈活選擇，兼顧易用性與傳輸體驗(yàn)。實(shí)測在 Windows 11 下插入即可識(shí)別，無需額外安裝驅(qū)動(dòng)。

強(qiáng)悍網(wǎng)絡(luò)能力，滿帶寬傳輸

支持 10/100/1000M 速率自適應(yīng)，硬件實(shí)現(xiàn) IPv4/IPv6 校驗(yàn)和卸載及 TCP 大包分片（TSO），有效減輕主機(jī) CPU 負(fù)載，在千兆速率下穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)滿帶寬雙向傳輸。實(shí)際文件拷貝測試中，傳輸速度可維持在 110MB/s 以上。支持 CAT5E/CAT6 雙絞線超百米傳輸距離，滿足長距離布線需求。

多種供電模式，設(shè)計(jì)靈活

內(nèi)置 DC-DC 降壓器，支持啟用 DCDC 的單一 5V 供電（適配 USB 網(wǎng)卡 Dongle）、啟用 DCDC 的單一 3.3V 供電（適配板載應(yīng)用）、外部 3.3V 和 1.1V 雙供電等多種供電方案。2 層或 4 層 PCB 均可適配，便于不同成本要求的方案選用。

工業(yè)級品質(zhì)，穩(wěn)定可靠

-40℃~+85℃ 工業(yè)級寬溫設(shè)計(jì)，滿足工控、車載、戶外等嚴(yán)苛環(huán)境應(yīng)用需求。內(nèi)置廣播風(fēng)暴抑制功能，如網(wǎng)絡(luò)環(huán)路中出現(xiàn)廣播風(fēng)暴，芯片會(huì)自動(dòng)關(guān)閉廣播/組播幀的接收，風(fēng)暴消失后自動(dòng)恢復(fù)接收功能，有效抵御異常流量沖擊，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。內(nèi)置唯一 MAC 地址，無需二次燒錄，省去生產(chǎn)燒錄工序。

引腳兼容 RTL8153，國產(chǎn)化替代零成本

CH398 采用 QFN40 封裝，與瑞昱 RTL8153 引腳完全兼容，無需改動(dòng)原有 PCB 設(shè)計(jì)及電路，去掉 FLASH 外圍器件即可直接替換，實(shí)現(xiàn)硬件零成本適配。同時(shí)覆蓋 AX88179 全部功能，是國產(chǎn)化替代的理想選擇。

五、典型應(yīng)用場景

消費(fèi)電子外設(shè)

USB 外置千兆網(wǎng)卡：輕薄本、平板、游戲主機(jī)補(bǔ)全有線網(wǎng)口

機(jī)頂盒/智能電視/廣告機(jī)：USB 擴(kuò)展千兆有線網(wǎng)絡(luò)，避免 Wi-Fi 干擾

Type-C 擴(kuò)展塢

筆記本電腦擴(kuò)展塢：USB 3.0 轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)，配合 HDMI 等接口打造全功能擴(kuò)展塢

桌面擴(kuò)展中心：為移動(dòng)設(shè)備提供穩(wěn)定千兆有線聯(lián)網(wǎng)能力

工業(yè)控制設(shè)備

工控機(jī)/PLC/工業(yè)主板：板載 USB 轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)，工業(yè)級寬溫穩(wěn)定運(yùn)行

工業(yè)數(shù)據(jù)采集終端：千兆高速傳輸，適配工廠自動(dòng)化產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)需求

嵌入式系統(tǒng)與開發(fā)平臺(tái)

嵌入式主板/核心板：快速補(bǔ)齊千兆有線網(wǎng)口，支持 Linux/Android 等系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備：USB 擴(kuò)展千兆網(wǎng)口，實(shí)現(xiàn)低成本 NAS 聯(lián)網(wǎng)

服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

服務(wù)器/工控機(jī)：擴(kuò)展千兆以太網(wǎng)接口，支持 iPXE 網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)和 UEFI 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

瘦客戶機(jī)/云終端：USB 轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)，滿足遠(yuǎn)程桌面及網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)需求

設(shè)備升級改造

老舊電腦/醫(yī)療設(shè)備：無網(wǎng)口設(shè)備快速升級千兆有線聯(lián)網(wǎng)

自動(dòng)化產(chǎn)線：存量設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化改造，成本低、落地快

六、方案支持

深圳市潛創(chuàng)微科技有限公司成立于 2013 年，是專注高清音視頻與高速接口半導(dǎo)體代理及定制化方案開發(fā)的國家高新技術(shù)企業(yè)，獲評專精特新中小企業(yè)、創(chuàng)新型中小企業(yè)，持有 HDMI 協(xié)會(huì)會(huì)員、全球 HDCP 2.2 協(xié)會(huì)會(huì)員資質(zhì)及多項(xiàng)音視頻專利。作為 WCH（沁恒）官方授權(quán)代理商與方案商，潛創(chuàng)微科技可提供 CH398 從芯片、參考設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的一站式支持：

貨源保障：WCH 原廠正品現(xiàn)貨，穩(wěn)定供貨，保障批量交付

完整參考設(shè)計(jì)：提供原理圖、PCB 布局指南、BOM 清單、以太網(wǎng)接口參考設(shè)計(jì)

軟硬件技術(shù)支持：驅(qū)動(dòng)配置、MAC/VID 定制、低功耗調(diào)試、系統(tǒng)兼容性優(yōu)化

量產(chǎn)保障：EMC/EMI 優(yōu)化、SMT 生產(chǎn)指導(dǎo)、工業(yè)場景兼容性驗(yàn)證

定制化開發(fā)：供電方案選型、功耗優(yōu)化、LED 指示配置、封裝適配按需定制

七、總結(jié)與選型建議

應(yīng)用需求 推薦理由

USB 3.0 轉(zhuǎn)千兆網(wǎng)口 + 外圍極簡 內(nèi)置 LDO、DC-DC、FLASH，外圍僅需少量阻容元件

多系統(tǒng)免驅(qū) + 即插即用 支持 CDC-NCM/ECM，Windows/Linux/Android/macOS 免驅(qū)

工業(yè)級寬溫 + 國產(chǎn)替代 -40~85℃，QFN40 引腳兼容 RTL8153，零成本替換

Type-C 擴(kuò)展塢 + 千兆網(wǎng)口 5Gbps USB 3.2 Gen 1 + 千兆滿帶寬，硬件校驗(yàn)和卸載減輕主機(jī)負(fù)載

板載 USB 轉(zhuǎn)以太網(wǎng) 單一 3.3V 供電，適配嵌入式主板

外置千兆網(wǎng)卡、Type-C 擴(kuò)展塢、工業(yè)控制、嵌入式系統(tǒng)、服務(wù)器擴(kuò)展等場景高度匹配 CH398。

八、結(jié)語

在千兆網(wǎng)絡(luò)全面普及、國產(chǎn)化替代加速推進(jìn)的今天，CH398 以高集成度、工業(yè)級可靠、全平臺(tái)免驅(qū)、引腳兼容 RTL8153 等核心優(yōu)勢，成為 USB 轉(zhuǎn)千兆以太網(wǎng)領(lǐng)域的理想國產(chǎn)化方案。沁恒微電子在專業(yè)接口和 RISC-V 處理器領(lǐng)域深耕多年，USB 芯片年銷量超億顆，全球千萬臺(tái)設(shè)備正通過沁恒 USB 網(wǎng)卡芯片實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。潛創(chuàng)微科技作為沁恒官方授權(quán)代理商與方案商，可提供從芯片、參考設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的一站式支持，助力客戶快速落地高品質(zhì)、低成本的 USB 轉(zhuǎn)千兆網(wǎng)口產(chǎn)品。