CH340 USB-UART: Leitfaden zu Pinbelegung, Takt und Logikpegeln

Eine CH340-Platine kann in der Geräteliste des Computers erscheinen und dennoch falsch mit dem benachbarten Mikrocontroller verbunden sein. Die USB-Enumeration, die UART-Spannungskompatibilität und das Bootprotokoll des Zielsystems müssen getrennt geprüft werden. Wer sie als ein einziges Problem behandelt, riskiert unnötige Treiberwechsel, beschädigte Eingänge und Ersatzlösungen, die an einem Prototyp funktionieren, bei der nächsten Platinenrevision jedoch versagen.

Dieser Leitfaden behandelt die Bausteine CH340G und CH340C von WCH im Gehäuse SOP-16. Als elektrische Referenz dient das Herstellerdatenblatt CH340DS1 V3D; weitere Familienmitglieder werden nur zur Erläuterung der Auswahlgrenzen einbezogen. Die Fotos zeigen ein reales CH340G-Exemplar; die Diagramme sind eigens erstellte Anschlussdarstellungen, keine gemessenen Signalverläufe oder ein produktionsreifes PCB-Design.

1. CH340G im Vergleich zu CH340C: Das Suffix verändert die Schaltung

Der sinnvollste erste Vergleich betrifft den Oszillator. CH340G verwendet einen externen 12MHz-Quarz zwischen XI und XO mit zugehörigen Kondensatoren. CH340C integriert seinen Taktgenerator, sodass dieses externe Oszillatornetzwerk entfällt. Beide gehören derselben USB-zu-Seriell-Familie an, doch die gleiche Gehäusekontur erlaubt keinen Austausch bei unverändertem Footprint und Schaltplan.

Eine Umstellung von G auf C betrifft daher auch das Quarznetzwerk und nicht nur die Bestellposition. Entfernen Sie die G-Oszillatorbauteile, lassen Sie den NC-Pin des C unbeschaltet und berücksichtigen Sie bei OUT# dessen dokumentierte Ausgangsfunktion. Schließen Sie kein altes Quarznetzwerk an einen Ausgang an, nur weil die Pinnummern übereinstimmen.

Familienbezeichnungen verdecken außerdem chargenabhängige Unterschiede. WCH dokumentiert zusätzliche I/O- und Pinkonfigurationsmöglichkeiten für bestimmte CH340C-Chargen. Leiten Sie diese Merkmale nicht aus einem unspezifischen Angebot ab, das lediglich CH340C heißt. Halten Sie für den Einkauf die vollständige Bauteilidentifikation, relevante Chargeninformationen und die konkrete Datenblattrevision fest, anhand derer die Schaltung freigegeben wurde.

2. Die CH340-Pinbelegung aus der richtigen Perspektive lesen

Die folgende Zeichnung zeigt CH340G SOP-16 in Draufsicht; Pin 1 ist oben links gekennzeichnet. Die Pins werden links nach unten und rechts wieder nach oben gezählt. Ein Footprint in Unteransicht oder eine gedrehte Breakout-Platine kann plausibel wirken und dabei die Anschlussreihenfolge umkehren. Gleichen Sie deshalb die tatsächliche Markierung für Pin 1 mit der PCB-Bestückungszeichnung ab.

Für eine einfache UART-Verbindung mit drei Leitungen liegt TXD an Pin 2, RXD an Pin 3 und GND an Pin 1. Das USB-Paar ist davon getrennt: UD+ liegt an Pin 5 und UD- an Pin 6. VCC liegt an Pin 16, während V3 an Pin 4 liegt und entsprechend dem gewählten Versorgungsmodus angeschlossen werden muss.

Die übrigen Signale sind keine beliebig austauschbaren freien GPIOs. DTR# und RTS# sind Ausgänge, während CTS#, DSR#, RI# und DCD# Modemstatuseingänge sind. Das Rautezeichen kennzeichnet eine Aktiv-low-Signalisierung. Software kann beim Öffnen eines seriellen Ports die Zustände der Steuerleitungen ändern. Das ist relevant, wenn eine Platine diese Leitungen mit der Reset- oder Bootschaltung verbindet.

Pin 15 ist bei G und C mit R232 belegt, einem zusätzlichen Moduseingang. Ein High-Pegel daran verändert die RXD-Polarität gemäß der Dokumentation von WCH; er macht den Pin nicht zu einem RS-232-Empfänger für hohe Spannungen. Behalten Sie für einen üblichen nicht invertierten UART die normale Low-Modus-Konfiguration bei, statt R232 als Abkürzung zur Pegelanpassung zu verwenden.

3. VCC und V3: Einen dokumentierten Versorgungsmodus wählen

Ein häufiger Fehler bei V3 besteht darin, ihn als frei konfigurierbaren I/O-Spannungspin zu betrachten. In der dokumentierten 5V-Beschaltung erhält VCC die Versorgung, und V3 wird über einen 0.1uF-Kondensator mit Masse verbunden. In der dokumentierten 3.3V-Beschaltung werden V3 und VCC verbunden und gemeinsam mit geregelten 3.3V versorgt. Es handelt sich um unterschiedliche Schaltungsanordnungen.

Diese Versorgungsbereiche stammen aus den Tabellen der elektrischen Parameter, deren angegebene Prüfbedingungen 25 Grad Celsius einschließen. Sie ersetzen nicht die vollständigen Anforderungen der Anwendung an Temperatur, Timing und Zuverlässigkeit. Der absolute VCC-Maximalwert ist eine Belastungsgrenze und keine alternative normale Betriebsspannung.

Platzieren Sie den VCC-Entkopplungskondensator nahe am Gehäuse und halten Sie seinen Rückstrompfad kurz. Gehen Sie beim V3-Kondensator in der 5V-Beschaltung ebenso vor. Planen Sie V3 nicht als allgemeinen Versorgungsausgang für einen Mikrocontroller, ein Display oder eine Sensorplatine ein; dieser Leitfaden macht keine Aussage zur Belastbarkeit dieses Knotens durch externe Verbraucher.

Eine unabhängige Versorgung des Zielsystems erfordert gesonderte Aufmerksamkeit. Ein versorgter UART-Ausgang kann ein ausgeschaltetes Gerät über dessen Eingangsstrukturen speisen. Prüfen Sie beide Einschaltreihenfolgen, das Trennen der Verbindung und das Standby-Verhalten. Verwenden Sie bei Bedarf eine Schnittstelle mit geeignetem Schutz im ausgeschalteten Zustand. Ein Serienwiderstand allein gewährleistet nicht unter allen Bedingungen einen sicheren Betrieb unversorgter Eingänge.

4. Der 12MHz-Quarz gehört zu CH340G, nicht zu CH340C

Bei CH340G sind XI und XO mit dem Quarznetzwerk verbunden. Das Anwendungsbeispiel von WCH verwendet einen 12MHz-Schwingquarz und 33pF-Kondensatoren; für andere Resonatoren verweist es zugleich auf die Empfehlungen des Quarzherstellers. Diese Beispielwerte ersetzen weder die Lastspezifikation des gewählten Quarzes noch die Bewertung der parasitären Kapazitäten der PCB.

Halten Sie die Oszillatorschleife kompakt und von störenden Schaltknoten fern. Ein Tastkopf kann die Schaltung belasten. Ein fragwürdiger Signalverlauf, der mit einer langen Masseleitung aufgenommen wurde, ist daher kein schlüssiger Nachweis für einen defekten Oszillator. Prüfen Sie Bestückung, Lötstellen und die Taktanforderungen des Herstellers, bevor Sie einen Treiber austauschen, der noch gar keine Gelegenheit zur Kommunikation hatte.

CH340C erspart die externe Quarzbeschaltung und deren Layoutaufwand, doch ein interner Oszillator verspricht keine unbegrenzte Baudratengenauigkeit. Prüfen Sie seine spezifizierten Timingbedingungen anhand des Fehlerbudgets des UART im Zielsystem. Eine erfolgreiche Terminalsitzung bei Raumtemperatur ist ein nützlicher Hinweis, aber keine Qualifikation über den gesamten Versorgungs- und Temperaturbereich des Endprodukts.

5. UART-Verdrahtung: Datenleitungen kreuzen und Spannung prüfen

Für einen üblichen Vollduplex-UART mit Logikpegeln verbinden Sie TXD der Bridge mit RX des Zielsystems, TX des Zielsystems mit RXD der Bridge und die Massen miteinander. Diese Schnittstelle ist nicht galvanisch getrennt; die gemeinsame Masse gehört zum Signalpfad. Eine Verbindung von TX mit TX verbindet zwei Ausgänge auf derselben Leitung, statt einen nutzbaren Sendekanal zu schaffen.

Prüfen Sie den Modulschaltplan, statt sich auf eine mit 3V3/5V beschriftete Stiftleiste zu verlassen. Ein Jumper wählt möglicherweise nur die Spannung am herausgeführten Versorgungspin, während die Bridge selbst weiterhin aus USB mit 5V versorgt wird. Messen Sie die TXD-Ruhespannung und überprüfen Sie die Schaltung. Verwenden Sie zur Freigabe der Schnittstelle jedoch die Datenblattgrenzwerte und nicht eine einzelne Messung unter Nennbedingungen.

Die 5V-Tabelle von WCH spezifiziert unter der angegebenen Ausgangsstrombedingung einen minimalen High-Ausgangspegel von VCC minus 0.6V. Das ergibt bei nominal 5V VCC bereits 4.4V; dies ist ein garantierter Mindestwert und keine obere Spannungsbegrenzung für ein 3.3V-Zielsystem. Dessen Eingang muss die resultierenden Schnittstellenpegel ausdrücklich vertragen, andernfalls benötigt das Design einen geeigneten Pegelwandler.

Vergleichen Sie in Gegenrichtung die garantierten High- und Low-Ausgangspegel des Zielsystems mit den CH340-Eingangsschwellen bei der gewählten Versorgung. Prüfen Sie anschließend die absoluten Eingangsgrenzen, Anstiegszeiten und das Verhalten im ausgeschalteten Zustand. Ein günstiger Vergleich der High-Pegelschwellen gewährleistet nicht automatisch Schutz vor Rückspeisung oder Überschwingen.

Schließen Sie einen DE-9-RS-232-Port nicht direkt an diese UART-Pins an. Eine RS-232-Anwendung benötigt einen Leitungstreiber/-empfänger, wie im MAX3232-RS-232-Transceiver-Leitfadenerläutert. Ein RS-485-Bus benötigt ebenfalls einen geeigneten differenziellen Transceiver und eine Auslegung der Richtungssteuerung; eine geänderte Terminaleinstellung kann die fehlende physikalische Schicht nicht ersetzen.

6. Baudrate ist nicht gleich Nutzdatendurchsatz

Das CH340-Datenblatt beschreibt eine Full-Speed-USB-Schnittstelle und die Unterstützung von UART-Baudraten bis 2Mbps. Die USB-Verbindungsgeschwindigkeit und die serielle Bitrate beschreiben unterschiedliche Verbindungen. Keiner der Werte bedeutet, dass eine Anwendung dauerhaft ebenso viele Nutzdatenbytes pro Sekunde übertragen kann.

Bei einem beispielhaften seriellen 8N1-Rahmen beanspruchen ein Startbit, acht Datenbits und ein Stoppbit zehn Bitperioden pro Nutzdatenbyte. Die ideale Nutzdatenobergrenze in einer Richtung entspricht daher der Baudrate geteilt durch zehn, noch ohne USB-Scheduling, Softwareverzögerungen, Protokolloverhead oder Pausen des empfangenden Geräts.

Bei 115200 Baud dauert ein einzelner Rahmen mit zehn Bits ungefähr 86.8 Mikrosekunden. Eine Übertragung von 1000 Bytes benötigt in diesem vereinfachten Modell folglich mindestens 86.8 Millisekunden auf der UART-Leitung. Ein Anfrage-Antwort-Austausch dauert länger, wenn Antwortverzögerungen, Header, Prüfsummen oder eine zweite Übertragung in Gegenrichtung hinzukommen.

Die aktuelle USB-zu-UART-Auswahltabelle von WCH unterscheidet bei dieser Familie zwischen maximaler Spitzenbaudrate und kontinuierlichen Raten. Behandeln Sie den oberen Wert 2Mbps als unterstützte, zu validierende Einstellung und nicht als Zusage eines dauerhaften Durchsatzes. Testen Sie den tatsächlichen Treiber, die Hostlast, den Zielpuffer und das Protokoll gemeinsam, bevor Sie eine verbindliche Anforderung an die Übertragungszeit in der Produktion festlegen.

Herausgeführte RTS#/CTS#-Pins belegen ebenfalls keine autonome Hardware-Flusssteuerung für jede CH340-Variante oder Treiberkonfiguration. Prüfen Sie, was die gewählte Bridge und die Hostsoftware tatsächlich implementieren. Kann der Empfänger keinen unterbrechungsfreien Datenstrom verarbeiten, sehen Sie eine Taktung auf Protokollebene vor oder wählen Sie eine Schnittstelle, deren dokumentierte Flusssteuerung die Anforderung erfüllt.

7. Die tatsächlich ausgefallene Stufe untersuchen

Ordnen Sie zunächst das Symptom ein. Kein USB-Gerät, kein nutzbarer serieller Port, verstümmelte Bytes und ein fehlgeschlagener Bootloader-Einstieg sind unterschiedliche Beobachtungen. Dokumentieren Sie vor Softwareänderungen, was der Host erkennt, und ändern Sie anschließend jeweils nur eine Variable, damit sich die Ursache einer wiederhergestellten Verbindung bestimmen lässt.

Beginnen Sie bei Treiberarbeiten auf der von WCH bereitgestellten offiziellen Windows-Treiberseite für CH340/CH341 VCPoder beim passenden Betriebssystemlink auf der Produktseite des Herstellers. Prüfen Sie die Gerätekennungen und den installierten Treiber, bevor Sie ein weiteres Paket hinzufügen. Ob ein Treiber vorinstalliert ist, hängt vom jeweiligen Betriebssystem und der Installation ab; dieser Leitfaden schreibt kein Downgrade auf eine ältere Version vor.

Ein nützlicher Test zur Eingrenzung ist eine lokale Rückschleife: Trennen Sie das Zielsystem und verbinden Sie an einem korrekt versorgten Adapter mit Logikpegeln dessen TXD mit RXD. Deaktivieren Sie das lokale Echo im Terminal, damit es keine empfangenen Daten vortäuschen kann. Senden Sie ein bekanntes Muster mit definierter Baudrate und definiertem Rahmenformat und prüfen Sie die zurückgegebenen Bytes. Dies bestätigt den lokalen Pfad, ohne die Funktion des Zielprotokolls zu behaupten.

Schließen Sie nach erfolgreichem Rückschleifentest das Zielsystem wieder an und untersuchen Sie die Reset- und Bootmodus-Verdrahtung. DTR# oder RTS# können beim Öffnen des Ports durch die Software umschalten. Eine Programmierschaltung, die von diesen Übergängen abhängt, muss der dokumentierten Sequenz des konkreten Zielsystems entsprechen; dasselbe Signalpaar ist keine universelle Schnittstelle zur automatischen Programmierung.

8. Checkliste für einen Austausch in der BOM und am Prüfplatz

Beginnen Sie eine Beschaffungsanfrage mit dem exakten WCH-Suffix statt mit der allgemeinen Bezeichnung USB-Seriell-Chip. Die WCH-CH340G-Bauteilsuche und die WCH-CH340C-Bauteilsuche sind getrennte Ausgangspunkte; die Bestellung benötigt weiterhin Angaben zum Gehäuse, zu Chargenanforderungen und eine freigegebene Herstellerteilenummer. Suchergebnisse belegen weder aktuelle Lagerbestände noch einen qualifizierten Ersatz.

1. Jedes Pad zuordnen. Vergleichen Sie die genaue Gehäusezeichnung, die Pinfunktionen und die Ausrichtung von Pin 1. Ein CH340N oder CH340E ist kein kleinerer, direkt austauschbarer Ersatz für SOP-16.
2. Versorgung und Takt prüfen. Überprüfen Sie VCC, V3, Entkopplung, Quarzbestückung und die I/O-Domäne des Zielsystems. Prüfen Sie die Ein- und Ausschaltsequenzen.
3. Softwareseitige Identität prüfen. Bestätigen Sie die Treiberunterstützung, die erwartete USB-Identität und etwaige Anforderungen an eine Seriennummer. Die CH340B-Konfigurationsmöglichkeit darf bei G oder C nicht vorausgesetzt werden.
4. Das tatsächliche Protokoll erproben. Testen Sie unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen das Öffnen des Ports, Resetleitungen, dauerhaften Datenverkehr, Abziehen und erneutes Einstecken sowie die Wiederherstellung nach unterbrochenen Übertragungen.
5. Freigabenachweise aufbewahren. Speichern Sie den freigegebenen Schaltplan, die Datenblattrevision, die Prüfbedingungen und die Geräteidentifikation zusammen mit der BOM-Änderung.

Eine Sichtprüfung hilft, Abweichungen bei Gehäuse und Beschriftung zu erkennen, doch ein lesbares Logo ist kein Echtheitsnachweis. Rückverfolgbare Einkaufsunterlagen und eine anwendungsspezifische Wareneingangsprüfung sind nützlicher als eine ausschließlich bildbasierte Beurteilung. Leiten Sie aus einem Treiberfehler oder einer ausgefallenen Quarzschaltung keinen unbelegten Fälschungsvorwurf ab.

Übermitteln Sie für ein Angebot oder eine Austauschprüfung das genaue Bauteil, die Menge, das Gehäuse, die Zielspannung, die benötigten Steuersignale und die erwogene Änderung über das Chip-seek-Formular für BOM und RFQ. Geben Sie an, ob sich die Anfrage auf das bestehende freigegebene Bauteil oder einen Kandidaten für eine Neuauslegung bezieht; dies sind unterschiedliche technische und beschaffungsbezogene Entscheidungen.

9. Häufige Fragen

Benötigt CH340C einen Quarz?

Nein. CH340C besitzt einen internen Taktgenerator. CH340G benötigt die externe 12MHz-Taktschaltung. Beim C ist Pin 7 mit NC und Pin 8 mit OUT# belegt. Ein weiterhin bestücktes G-Quarznetzwerk entspricht daher nicht der dokumentierten C-Beschaltung.

Kann CH340 mit 3.3V betrieben werden?

Ja, mit der dokumentierten Beschaltung, die V3 mit VCC verbindet und mit geregelten 3.3V versorgt. Prüfen Sie den Versorgungsbereich des genauen Suffixes, jedes angeschlossene Signal und die Versorgungsreihenfolge. Legen Sie keine USB 5V an diesen verbundenen Knoten an.

Garantiert ein 3.3V-Moduljumper sichere UART-Pegel?

Nein. Er wählt möglicherweise nur einen Versorgungsausgang an der Stiftleiste. Prüfen Sie den Adapterschaltplan und die Versorgung der Bridge und vergleichen Sie anschließend die Signalgrenzwerte in beiden Richtungen. Eine Stiftleistenbeschriftung allein reicht als Nachweis für ein ausschließlich mit 3.3V arbeitendes Zielsystem nicht aus.

Ist CH340 ein RS-232-Wandler?

Es handelt sich um eine USB-Bridge mit seriellen Signalen auf Logikpegelniveau. Eine vollständige RS-232-Schnittstelle benötigt zusätzlich einen geeigneten Leitungstransceiver. R232 verändert ein zusätzliches Verhalten der Empfangspolarität; es führt keine RS-232-Spannungswandlung durch.

Warum ist der COM-Port sichtbar, während das Zielsystem stumm bleibt?

Die Enumeration bestätigt einen Teil des Pfads vom Host zur Bridge. Beim Zielsystem können dennoch vertauschte oder fehlende Verbindungen, inkompatible Spannungen, eine falsche Baudrate oder ein falsches Rahmenformat, eine fehlende gemeinsame Masse oder eine nicht erfüllte Bootbedingung vorliegen. Trennen Sie diese Prüfungen von der Treiberinstallation.

Kann CH340G direkt durch CH340C ersetzt werden?

Nicht als uneingeschränkt direkt austauschbarer Ersatz. Ihre SOP-16-Gehäusekonturen stimmen überein, doch die oszillatorbezogenen Pins unterscheiden sich. Prüfen Sie vor der Freigabe einer überarbeiteten Bestückung die Quarzbauteile, die Anschlüsse von NC und OUT#, die Timinganforderungen und relevante chargenabhängige Merkmale.

10. Quellen und Bildnachweis

• WCH-CH340DS1-Datenblatt herunterladen: V3D, Abschnitte 2–7; Hersteller-PDF abgerufen am 29. Oktober 2026.
• WCH-CH340-Produktseite: Unterschiede innerhalb der Familie, Entwicklungsressourcen und Links zu Betriebssystemtreibern.
• WCH-USB-Schnittstellenauswahltabelle: Unterschiede zwischen seriellen Spitzen- und Dauerraten sowie Funktionen zur Flusssteuerung. Prüfen Sie die gewählte Zeile vor der Qualifikation erneut.
• WCH-Windows-VCP-Treiber: Verwenden Sie die aktuellen Kompatibilitäts- und Installationsinformationen des Herstellers.
• Titelfoto: Wemos LoLin NodeMCU V3 - WCH CH340G, Urheberrecht Raimond Spekking, über Wikimedia Commons. Zugeschnitten, skaliert und mit Text gestaltet von Chip-seek. Original und bearbeitetes Titelbild: CC BY-SA 4.0. Das Foto stellt weder einen eigenen Lagerbestand noch die Echtheit einer Charge in Aussicht.