Перейти к содержанию

CP2102 и CP2102N — мосты USB–UART Silicon Labs

CP2102 и его преемник CP2102N — мосты USB–UART Silicon Labs, которые стоят на ESP32-DevKitC, NodeMCU и многих переходниках USB–TTL. В них уже есть генератор, стабилизатор 3,3 В и память для идентификаторов, так что внешних деталей почти не нужно. Разбираем по даташитам выводы, питание от USB и от своего источника, уровни UART и пределы скорости.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

CP2102 (Silicon Labs) — мост между USB 2.0 Full Speed и UART со всеми сигналами модема: RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, RI. Компьютер видит его как COM-порт через драйвер виртуального порта (VCP) Silicon Labs. В микросхеме уже есть трансивер USB с согласующими резисторами и подтяжкой D+, калиброванный генератор 48 МГц, стабилизатор 3,3 В и память для идентификаторов USB, поэтому кварц и внешние резисторы не нужны. Для новых разработок Silicon Labs предлагает CP2102N — тоже в корпусе QFN-28 с той же цоколёвкой и в меньших корпусах QFN-20 и QFN-24.

Коротко

  • USB — 2.0 Full Speed, VID:PID по умолчанию 10C4:EA60, переписываемые в памяти моста.
  • UART — CP2102: 300 бит/с – 921 600 бит/с; CP2102N: 300 бод – 3 Мбод; 5–8 бит, 1, 1,5 или 2 стоп-бита, аппаратное и Xon/Xoff управление потоком.
  • Питание — от USB 4,0–5,25 В (у CP2102N 3,0–5,25 В) через стабилизатор или от своих 3,0–3,6 В.
  • Ток — CP2102: 20 мА тип., 26 мА макс.; CP2102N: 9,5 мА тип. на 115 200 бит/с.
  • Корпус — QFN-28 5 × 5 мм; CP2102N ещё QFN-24 и QFN-20 3 × 3 мм.

Выводы QFN-28

Корпус четырёхсторонний, поэтому таблица. Нумерация — по табл. 9 и рис. 2 даташита CP2102/9 (вид сверху):

ВыводОбозначениеНазначение
1DCDвход «несущая обнаружена», активный низкий
2RIвход «вызов», активный низкий
3GNDобщий провод (и площадка под корпусом)
4, 5D+, D−линии USB, без внешних резисторов
6VDDпитание 3,0–3,6 В или выход стабилизатора 3,3 В
7REGINвход стабилизатора 5 В
8VBUSвход обнаружения подключения USB
9RSTсброс: выход с открытым стоком и вход, низкий уровень не короче 15 мкс
11, 12SUSPEND (инверсный), SUSPENDпризнак режима приостановки USB: низкий и высокий уровень соответственно
18NC (у CP2109 — VPP)оставить свободным или соединить с VDD
10, 13–17, 19–22NCоставить свободными или соединить с VDD
23CTSвход «готов к приёму», активный низкий
24RTSвыход «запрос передачи», активный низкий
25, 26RXD, TXDвход и выход UART
27DSRвход «данные готовы», активный низкий
28DTRвыход «терминал готов», активный низкий

У CP2102N в QFN-28 силовые выводы, USB и UART на тех же местах, а на месте части NC — GPIO.0–GPIO.6 (в том числе индикаторы передачи и приёма, управление трансивером RS-485, пробуждение) и выводы определения зарядного порта CHREN, CHR0, CHR1; на выводе RI у QFN-24 и QFN-28 может выводиться тактовая частота. Корпуса QFN-24 и QFN-20 разведены иначе — по таблицам разд. 5 даташита CP2102N.

Питание

Стабилизатор включён по умолчанию: на REGIN подают 5 В, на VDD появляется 3,3 В. Отсюда два режима:

РежимREGINVDDVBUS
Питание от USBVBUS 4,0–5,25 В (CP2102N: 3,0–5,25 В)выход 3,0–3,6 В, можно питать внешнюю схемук VBUS разъёма
Своё питание 3,3 Всоединить с VDD — стабилизатор выключенвход 3,0–3,6 Вчерез делитель, если VDD может быть без питания при 5 В на VBUS

Стабилизатор отдаёт до 100 мА вместе с током самой микросхемы. У CP2102N при входе ниже 4,1 В выход равен входу минус падение до 0,8 В при 100 мА. На REGIN Silicon Labs советует конденсаторы 0,1 и 1,0 мкФ параллельно. Делитель на VBUS нужен из-за предельных режимов: у CP2102N напряжение на VBUS не должно превышать VIO + 2,5 В, а единицу вход видит от VIO − 0,6 В.

Уровни UART

ПараметрCP2102 (VDD 3,0–3,6 В)CP2102N
Единица на входеот 2,0 Вот VIO − 0,6 В
Ноль на входедо 0,8 Вдо 0,6 В
Единица на выходеот VDD − 0,7 В при 3 мАот VIO − 0,7 В при 7 мА (VIO ≥ 3 В)
Ноль на выходедо 0,6 В при 8,5 мАдо 0,6 В при 13,5 мА (VIO ≥ 3 В)
Предел на выводе5,8 В5,8 В при VIO > 3,3 В, иначе VIO + 2,5 В

Наш вывод из таблицы: CP2102 спокойно принимает сигнал TXD 5-вольтового микроконтроллера, а его собственный выход TXD поднимается только до 3,3 В — для 5-вольтового приёмника это почти всегда достаточно, но запас маленький, и его стоит сверить с порогом единицы конкретного микроконтроллера. CP2102N с VIO 3,3 В требует от источника единицы не меньше 2,7 В — 3,3-вольтовая логика это даёт, а 2,5-вольтовая уже нет, для неё VIO подключают к её питанию (корпус QFN-24).

Скорость

У CP2102 таблица стандартных скоростей заканчивается на 921 600 бит/с (только для 7 и 8 бит данных), там же 230 400, 460 800, 500 000 и 576 000; остальные можно добавить настройкой памяти по AN721. CP2102N делит частоту генератора 48 МГц: делитель = 48 МГц / (2 · P · скорость), где P = 4 до 365 бод и 1 выше, — и выбирает ближайшую получающуюся скорость. Насколько она отличается от заказанной и сколько это даёт с ошибкой микроконтроллера, удобно посчитать в калькуляторе скорости UART. Частота генератора CP2102N по табл. 3.5 — 47,3–48,7 МГц во всём диапазоне температуры и питания, то есть до ±1,5 %, а в разд. 4.2.1 тот же генератор назван точным до ±0,25 %. Даташит здесь противоречит сам себе; для расчёта запаса по скорости надёжнее брать худший случай из таблицы.

Память и драйверы

В EEPROM CP2102 (1024 байта, 100 000 циклов записи) хранятся VID, PID, строка описания, серийный номер, потребляемый ток и номер версии; программируются они прямо по USB утилитой Silicon Labs. По умолчанию — VID 10C4, PID EA60, строка «CP2102 USB to UART Bridge Controller», серийный номер 0001. Silicon Labs советует задавать свою пару VID и PID, чтобы драйвер не конфликтовал с чужими, и уникальный серийный номер, если к одному компьютеру могут подключить несколько одинаковых устройств. Что такое VID и PID и как по ним система ищет драйвер — на отдельной странице, а какой драйвер ставить для плат ESP32 — в ответе «Какой драйвер нужен для ESP32».

Где стоит

CP2102N — на ESP32-DevKitC, CP2102 — на NodeMCU с ESP8266; там же разобрана схема автозагрузки на линиях DTR и RTS. Выход SUSPEND удобно использовать, чтобы отключать питание внешней схемы, когда компьютер усыпляет порт: Silicon Labs предупреждает, что при сбросе оба вывода SUSPEND кратковременно поднимаются, и предлагает подтяжку 10 кОм к земле.

Аналоги

Тот же класс — CH340 WCH: дешевле, в корпусах SOP с шагом 1,27 мм, но часть исполнений требует кварц 12 МГц, а стабилизатор у него только для собственного ядра. Выводы и драйверы разные, замена требует переразводки.

Частые вопросы

Чем CP2102N отличается от CP2102?

CP2102N — более новый мост, и Silicon Labs рекомендует его вместо CP2102 для новых разработок. Он быстрее (до 3 Мбод вместо 921 600 бит/с по таблице характеристик CP2102), берёт меньше тока (9,5 мА тип. против 20 мА), бывает в корпусах QFN20, QFN24 и QFN28, а исполнение QFN28 совместимо по выводам с CP2102. У версий QFN24 есть отдельный вывод VIO для логики от 1,71 В, у QFN28 — определение зарядного порта по BC 1.2.

Можно ли питать от CP2102 внешнюю схему 3,3 В?

Да, вывод VDD при питании от USB — выход встроенного стабилизатора 3,0–3,6 В. Но 100 мА — предел всего стабилизатора вместе с током самой микросхемы. Наш расчёт: при 26 мА собственного тока (максимум по таблице) на внешнюю схему остаётся около 70 мА. На ESP32-DevKitC, например, модуль питается от отдельного стабилизатора AMS1117-3.3, а не от моста.

Выдерживают ли входы CP2102 сигналы 5 В?

По таблице предельных режимов CP2102 допускает до 5,8 В на любом выводе ввода-вывода, VBUS и RST, а вход UART видит единицу от 2,0 В. Выход TXD при этом поднимается только до питания 3,3 В. У CP2102N всё зависит от VIO: при VIO выше 3,3 В входы допускают 5,8 В, а при меньшем VIO — не больше VIO + 2,5 В.

Какая максимальная скорость у CP2102?

В таблице характеристик CP2102 предел — 921 600 бит/с, хотя на первой странице Silicon Labs пишет «до 1 Мбит/с»; в таблице стандартных скоростей последняя — 921 600 бит/с, и только для 7 или 8 бит данных. CP2102N работает от 300 бод до 3 Мбод и подбирает ближайшую возможную скорость от генератора 48 МГц; по даташиту большинство скоростей получается с ошибкой меньше 1 %.

Источники

  1. Silicon Labs. CP2102/9 Single-Chip USB-to-UART Bridge, Rev. 1.8 (1/17) — архивная копия официального файла (Wayback, январь 2026); с. 1 — возможности и рекомендация CP2102N для новых разработок; табл. 2 — предельные режимы; табл. 3 — питание 3,0–3,6 В, токи 20/26 мА и 80/100 мкА; табл. 4 — скорость до 921 600 бит/с, уровни UART; табл. 5 — сброс; табл. 6 — стабилизатор 4,0–5,25 В → 3,0–3,6 В, до 100 мА; табл. 7 — USB, подтяжка 1,5 кОм; табл. 9 и рис. 2 — выводы QFN-28; разд. 7 — табл. 12 форматов и скоростей; разд. 8 — EEPROM 1024 байта, VID 10C4, PID EA60; разд. 10 — режимы питания
  2. Silicon Labs. CP2102N Data Sheet, Rev. 1.5 — архивная копия официального файла (Wayback, декабрь 2025); разд. 1 — возможности, QFN20/24/28, совместимость с CP2101/2/9 по выводам QFN28; табл. 3.1 — VDD 3,0–3,6 В, VIO 1,71 В – VDD, VREGIN 3,0–5,25 В; табл. 3.2 — токи 9,5 и 13,7 мА; табл. 3.5 — генератор 48 МГц ±0,7 МГц; табл. 3.6 — стабилизатор до 100 мА, падение до 0,8 В; табл. 3.7 — уровни GPIO, VIH = VIO − 0,6 В; табл. 3.10 — предельные режимы; разд. 4.2.1 — формула скорости

Нашли ошибку?

Смотрите также