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，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、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)器支持自動交換 TX/RX，自動識別正負(fù)信號線

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

時鐘 支持 25MHz 無源晶振或外置時鐘輸入

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。同時提供功能更全、性能更優(yōu)的廠商驅(qū)動，客戶可根據(jù)需要在免驅(qū)模式和廠商驅(qū)動中靈活選擇，兼顧易用性與傳輸體驗(yàn)。實(shí)測在 Windows 11 下插入即可識別，無需額外安裝驅(qū)動。

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，芯片會自動關(guān)閉廣播/組播幀的接收，風(fēng)暴消失后自動恢復(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，適配工廠自動化產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)需求

嵌入式系統(tǒng)與開發(fā)平臺

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)會會員、全球 HDCP 2.2 協(xié)會會員資質(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。