CH340 USB-UART 가이드: 핀 배치, 클록 및 로직 레벨

CH340 보드가 컴퓨터의 장치 목록에 표시되더라도 옆에 있는 마이크로컨트롤러와의 배선은 잘못되어 있을 수 있습니다. USB 열거, UART 전압 호환성, 대상 장치의 부트 프로토콜은 각각 별도로 확인해야 합니다. 이를 하나의 문제로 취급하면 불필요한 드라이버 변경, 입력 손상, 한 시제품에서는 작동하지만 다음 보드 리비전에서는 실패하는 부품 대체로 이어질 수 있습니다.

이 가이드는 WCH의 SOP-16 패키지 CH340G 및 CH340C에 초점을 맞춥니다. 전기적 기준으로 제조사의 CH340DS1 V3D 데이터시트를 사용하며, 다른 제품군 구성원은 선택 범위를 설명하는 용도로만 다룹니다. 사진은 실제 CH340G 예시를 보여 줍니다. 도식은 연결 방식을 설명하기 위해 직접 제작한 것으로, 측정 파형이나 양산에 바로 사용할 수 있는 PCB 설계가 아닙니다.

1. CH340G과 CH340C 비교: 접미사에 따라 회로가 달라집니다

비교를 시작할 때 가장 유용한 항목은 발진기입니다. CH340G은 XI와 XO 사이에 외부 12MHz 크리스털과 관련 커패시터를 사용합니다. CH340C는 클록 발생기를 내장하므로 외부 발진 회로가 필요하지 않습니다. 둘 다 같은 USB-직렬 변환 제품군에 속하지만, 패키지 외형이 같다고 해서 풋프린트와 회로도를 그대로 둔 채 서로 교체할 수 있는 것은 아닙니다.

주요 CH340 변형: 패키지 및 클록 차이
부품	V3D에 명시된 패키지	클록	선택 시 중요한 차이
CH340G	SOP-16	External 12MHz	Pin 7 XI; pin 8 XO
CH340C	SOP-16	Internal	Pin 7 NC; pin 8 OUT#
CH340B	SOP-16	Internal	Configuration EEPROM; pin 7 RST#; pin 8 NC
CH340N	SOP-8	Internal	Different pin map and fewer exposed signals
CH340E / CH340X	MSOP-10	Internal	Different pin map; X adds documented I/O tolerance features

따라서 G에서 C로 재설계할 때는 구매 품목만 바꾸는 것이 아니라 크리스털 회로도 변경해야 합니다. G의 발진기 부품을 제거하고, C의 NC 핀은 미연결 상태로 두며, OUT#은 문서에 명시된 출력 기능에 맞게 처리해야 합니다. 패키지 핀 번호가 일치한다는 이유로 기존 크리스털 회로를 출력에 연결하지 마십시오.

제품군 이름만으로는 로트별 차이를 알 수 없습니다. WCH는 특정 CH340C 배치에 추가 I/O 및 핀 구성 기능이 있음을 명시합니다. 단순히 CH340C라고만 표시된 상품 목록에서 이러한 기능을 추정하지 마십시오. 구매 시에는 전체 부품 식별 정보, 관련 배치 정보, 회로 승인에 사용한 정확한 데이터시트 리비전을 보관하십시오.

2. 올바른 시점에서 CH340 핀 배치 읽기

다음 도면은 CH340G SOP-16의 상면도로, 왼쪽 위에 1번 핀이 표시되어 있습니다. 핀 번호는 왼쪽에서 아래로 내려간 뒤 오른쪽에서 위로 올라갑니다. 하면도 풋프린트나 회전된 브레이크아웃 보드는 그럴듯해 보여도 연결 순서를 뒤집을 수 있으므로, 실제 1번 핀 표시를 PCB 조립 도면과 대조하십시오.

CH340G SOP-16 top-view pinout with pins 1 to 16 and explicit CH340C differences at pins 7 and 8 — WCH CH340DS1 V3D의 3 및 4절을 바탕으로 직접 제작한 도면입니다. G의 핀 배치를 표시했으며, C의 7번 핀은 NC, 8번 핀은 OUT#입니다. 패키지 비율은 설명용입니다.

기본적인 세 선식 UART 연결에서 TXD은 2번 핀, RXD은 3번 핀, GND는 1번 핀입니다. USB 쌍은 별도로 구성되며, UD+은 5번 핀이고 UD-은 6번 핀입니다. VCC는 16번 핀이며, V3는 4번 핀으로 선택한 전원 공급 방식에 따라 연결해야 합니다.

나머지 신호는 서로 바꿔 쓸 수 있는 여분의 GPIO가 아닙니다. DTR# 및 RTS#은 출력이며, CTS#, DSR#, RI#, DCD#는 모뎀 상태 입력입니다. 해시 기호는 액티브 로우 신호를 나타냅니다. 직렬 포트가 열릴 때 소프트웨어가 제어선 상태를 바꿀 수 있으므로, 보드에서 이 선들을 리셋 또는 부트 회로에 연결했다면 이를 고려해야 합니다.

G와 C의 15번 핀은 보조 모드 입력인 R232입니다. 이를 하이로 올리면 WCH 문서에 명시된 대로 RXD 극성이 바뀌지만, 해당 핀이 고전압 RS-232 수신기로 바뀌지는 않습니다. 일반적인 비반전 UART에는 R232을 전압 레벨 변환의 편법으로 사용하지 말고 정상적인 로우 모드 구성을 유지하십시오.

3. VCC 및 V3: 문서에 명시된 전원 모드 하나를 선택하십시오

V3과 관련된 흔한 실수는 이를 자유롭게 설정할 수 있는 I/O 전압 핀으로 취급하는 것입니다. 문서의 5V 연결에서는 VCC에 전원을 공급하고 V3에는 접지로 연결되는 0.1uF 커패시터를 둡니다. 문서의 3.3V 연결에서는 V3과 VCC을 묶어 정전압 3.3V에서 함께 전원을 공급합니다. 이 둘은 서로 다른 회로 구성입니다.

Two CH340 power connection sketches showing 5V on VCC with a V3 capacitor and regulated 3.3V joining VCC to V3 — WCH의 4, 5.1, 7.1절을 바탕으로 한 전원 노드 도식입니다. 두 모드 모두 로컬 전원 디커플링이 필요합니다. 3.3V 전원은 적절한 외부 정전압 전원 레일이어야 합니다.

전원 연결과 실제 비교 대상인 한계값
모드	VCC 연결	V3 연결	V3D 전원 범위
Nominal 5V	External supply	0.1uF to ground; not tied to 5V	4.0-5.3V
Nominal 3.3V, G	Regulated rail	Tied to VCC	2.9-3.6V
Nominal 3.3V, C	Regulated rail	Tied to VCC	3.1-3.6V

이 전원 범위는 전기적 파라미터 표에서 가져온 것으로, 명시된 시험 조건에는 섭씨 25도가 포함됩니다. 이 값들이 애플리케이션의 전체 온도, 타이밍 및 신뢰성 요구사항을 대신하지는 않습니다. 절대 최대 정격 VCC 값은 스트레스 한계이며, 정상 동작 전압의 대안이 아닙니다.

VCC 디커플링 커패시터는 패키지 가까이에 배치하고 리턴 경로를 짧게 유지하십시오. 5V 구성의 V3 커패시터에도 같은 원칙을 적용하십시오. V3을 마이크로컨트롤러, 디스플레이 또는 센서 보드용 범용 전원 출력으로 전력 예산에 포함하지 마십시오. 이 가이드는 해당 노드의 외부 부하 구동 능력을 주장하지 않습니다.

대상 장치에 별도 전원을 공급할 때는 추가 검토가 필요합니다. 전원이 공급된 UART 출력은 입력 내부 구조를 통해 전원이 꺼진 장치에 전류를 흘릴 수 있습니다. 두 가지 전원 인가 순서, 연결 해제 및 대기 상태 동작을 확인하고, 필요한 경우 적절한 전원 차단 보호 기능을 갖춘 인터페이스를 사용하십시오. 직렬 저항만으로 모든 무전원 입력 조건에서 안전한 동작이 보장되지는 않습니다.

4. 12MHz 크리스털은 CH340G용이며 CH340C용이 아닙니다

CH340G에서 XI과 XO는 크리스털 회로에 연결됩니다. WCH의 애플리케이션 예제는 12MHz 수정 크리스털과 33pF 커패시터를 사용하며, 다른 공진자를 사용할 때는 크리스털 제조사의 권고를 따르도록 안내합니다. 이 예시 값으로 선택한 크리스털의 부하 사양이나 PCB의 기생 커패시턴스 평가를 대신해서는 안 됩니다.

CH340G external 12MHz crystal and capacitor network compared with CH340C internal clock and its NC and OUT pins — G 도식은 WCH의 5.1 및 7.1절을 따릅니다. 커패시터 값은 실제 크리스털 사양에 따라 정해야 합니다. C 도식에서는 의도적으로 7번 핀을 개방하고 8번 핀에 발진기를 추가하지 않습니다.

발진기 루프는 작게 유지하고 잡음이 많은 스위칭 노드에서 멀리 배치하십시오. 프로브가 회로에 부하를 줄 수 있으므로, 긴 접지 리드로 측정한 의심스러운 파형만으로 발진기 결함을 단정할 수는 없습니다. 아직 통신할 기회조차 없었던 드라이버를 교체하기 전에 부품 실장, 납땜 및 제조사의 클록 요구사항을 확인하십시오.

CH340C은 외부 크리스털 부품과 그에 따른 레이아웃 부담을 없애지만, 내부 발진기가 보레이트 정확도를 무제한으로 보장하는 것은 아닙니다. 명시된 타이밍 조건을 대상 UART의 허용 오차와 대조하십시오. 실온에서 터미널 통신에 성공한 것은 유용한 근거이지만, 최종 제품의 전체 전원 및 온도 범위에 대한 검증은 아닙니다.

5. UART 배선: 데이터 경로를 교차 연결하고 전압을 확인하십시오

일반적인 전이중 로직 레벨 UART에서는 브리지의 TXD을 대상 장치의 RX에, 대상 장치의 TX을 브리지의 RXD에 연결하고 접지도 서로 연결합니다. 이는 비절연 인터페이스이므로 공통 접지는 신호 경로의 일부입니다. TX를 TX에 연결하면 유효한 송신 채널이 만들어지는 대신 두 출력이 같은 선에 연결됩니다.

CH340 and a 3.3V target wired with crossed TX and RX, a common ground and separate checks for power and voltage compatibility — 동일 전압 영역의 3.3V UART 연결을 설명하는 예시이며, 완전한 USB 회로가 아닙니다. 양방향 신호와 연결된 모든 제어선의 전압 및 전원 시퀀스를 확인해야 합니다.

3V3/5V 표시가 있는 헤더에 의존하지 말고 모듈 회로도를 확인하십시오. 점퍼는 전원 핀으로 내보내는 전압만 선택하고, 브리지 자체는 USB에서 5V로 계속 전원을 공급받을 수도 있습니다. 유휴 상태의 TXD 전압을 측정하고 회로를 확인하되, 인터페이스 승인은 단 한 번의 공칭 측정값이 아니라 데이터시트 한계값을 기준으로 하십시오.

WCH의 5V 표는 명시된 출력 전류 조건에서 하이 레벨 출력의 최솟값을 VCC에서 0.6V을 뺀 값으로 규정합니다. 공칭 5V VCC에서 이 값은 이미 4.4V입니다. 이는 보장된 최솟값이지 3.3V 대상 장치를 위한 상한 클램프가 아닙니다. 대상 입력이 이 인터페이스를 허용한다고 명시되어 있어야 하며, 그렇지 않으면 설계에 적절한 레벨 변환기가 필요합니다.

반대 방향에서는 대상 장치의 보장된 출력 하이 및 로우 값을 선택한 전원에서의 CH340 입력 임계값과 비교하십시오. 그런 다음 절대 입력 한계, 상승 시간, 전원 차단 시 동작을 확인하십시오. 하이 레벨 임계값 비교가 유리하다고 해서 역급전이나 오버슈트에 대한 보호까지 자동으로 입증되지는 않습니다.

DE-9 RS-232 포트를 이 UART 핀들에 직접 연결하지 마십시오. RS-232 애플리케이션에는 라인 드라이버/수신기가 필요하며, 자세한 내용은 다음 가이드에서 설명합니다: MAX3232 RS-232 트랜시버 가이드. RS-485 버스에도 마찬가지로 적절한 차동 트랜시버와 방향 제어 설계가 필요합니다. 터미널 설정을 바꾸는 것만으로 누락된 물리 계층을 구현할 수는 없습니다.

6. 보레이트는 유효 데이터 처리량이 아닙니다

CH340 데이터시트는 풀스피드 USB 인터페이스와 최대 2Mbps의 UART 보레이트 지원을 설명합니다. USB 링크 속도와 직렬 비트 전송률은 서로 다른 링크를 나타냅니다. 어느 값도 애플리케이션이 매초 그만큼의 페이로드 바이트를 지속적으로 전송할 수 있다는 뜻은 아닙니다.

8N1 직렬 프레임을 예로 들면, 시작 비트 하나, 데이터 비트 여덟 개, 정지 비트 하나가 페이로드 바이트당 총 열 비트 시간을 사용합니다. 따라서 단방향 페이로드의 이상적 상한은 보레이트를 열로 나눈 값이며, 여기에는 USB 스케줄링, 소프트웨어 지연, 프로토콜 오버헤드, 수신 장치의 일시 정지가 반영되지 않습니다.

Calculated ideal 8N1 payload ceilings for four UART baud rates, explicitly excluding scheduling and protocol overhead — 계산한 프레이밍 상한이며, CH340 벤치마크 결과나 보장된 지속 전송률이 아닙니다. 115200보에서 초당 11520 페이로드 바이트는 다른 오버헤드를 반영하기 전의 이상적인 8N1 상한입니다.

115200보에서 열 비트로 구성된 단일 프레임의 전송에는 약 86.8마이크로초가 걸립니다. 따라서 이 단순화된 모델에서 1000바이트를 전송하려면 UART 선로에서 최소 86.8밀리초가 필요합니다. 요청과 응답을 주고받을 때 응답 지연, 헤더, 체크섬 또는 반대 방향의 추가 전송이 있으면 시간이 더 걸립니다.

WCH의 현재 USB-UART 선택 표는 이 제품군의 최대 피크 보레이트와 연속 전송률을 구분합니다. 2Mbps 상한은 검증해야 할 지원 설정으로 취급하고, 지속 처리량에 대한 보장으로 간주하지 마십시오. 양산 전송 시간 요구사항을 확정하기 전에 실제 드라이버, 호스트 부하, 대상 버퍼 및 프로토콜을 함께 시험하십시오.

RTS#/CTS# 핀이 외부로 나와 있다고 해서 모든 CH340 변형이나 드라이버 구성에서 자율적인 하드웨어 흐름 제어가 구현되어 있다고 볼 수는 없습니다. 선택한 브리지와 호스트 소프트웨어가 실제로 무엇을 구현하는지 확인하십시오. 수신기가 중단 없는 스트림을 받아들일 수 없다면 프로토콜 수준의 전송 간격 제어를 제공하거나, 문서화된 흐름 제어 동작이 요구사항을 충족하는 인터페이스를 선택하십시오.

7. 실제로 실패한 단계를 진단하십시오

먼저 증상을 분류하십시오. USB 장치가 없음, 사용 가능한 직렬 포트가 없음, 바이트 깨짐, 부트로더 진입 실패는 서로 다른 관찰 결과입니다. 소프트웨어를 변경하기 전에 호스트에 무엇이 표시되는지 기록하고, 연결이 복구된 원인을 식별할 수 있도록 한 번에 하나의 변수만 변경하십시오.

관찰된 동작에 따른 CH340 문제 해결
관찰 결과	우선 확인 사항	이 결과만으로 입증되지 않는 사항
No USB device appears	Data-capable cable, connector, VCC/V3, D+/D-, G clock	That the UART baud setting is wrong
USB device appears; no usable port	Hardware IDs, driver binding, OS compatibility and permissions	That target RX/TX wiring is correct
Port opens; no reply	Crossed data paths, common ground, target power, protocol, control lines	That reinstalling USB software will help
Garbled or intermittent data	Baud, framing, polarity, logic levels, noise and receiver overrun	That the chip is counterfeit
Loopback works; programming fails	Target boot mode, reset sequence, protocol and tool configuration	That a plain UART bridge implements the programming protocol

드라이버 작업은 WCH의 다음 페이지에서 시작하십시오: 공식 Windows CH340/CH341 VCP 드라이버 페이지. 또는 제조사 제품 페이지에서 해당 운영체제 링크를 사용하십시오. 다른 패키지를 추가하기 전에 장치 식별자와 설치된 드라이버를 확인하십시오. 드라이버의 사전 설치 여부는 운영체제와 설치 환경에 따라 달라집니다. 이 가이드는 과거 버전으로의 다운그레이드를 권장하지 않습니다.

문제 범위를 좁히는 데 유용한 시험은 로컬 루프백입니다. 대상 장치를 분리하고, 전원이 올바르게 공급되는 로직 레벨 어댑터에서 TXD을 RXD에 연결하십시오. 터미널의 로컬 에코를 꺼서 수신 데이터처럼 보이지 않도록 하십시오. 보레이트와 프레이밍을 정한 뒤 알려진 패턴을 보내고 반환된 바이트를 확인하십시오. 이 시험은 로컬 경로를 검증하지만 대상 프로토콜의 동작까지 입증하지는 않습니다.

루프백에 성공하면 대상 장치를 다시 연결하고 리셋 및 부트 모드 배선을 살펴보십시오. 소프트웨어가 포트를 열 때 DTR# 또는 RTS#이 전환될 수 있습니다. 이러한 전환에 의존하는 프로그래밍 회로는 해당 대상 장치의 문서화된 시퀀스와 일치해야 합니다. 같은 신호 쌍이 모든 장치에 통용되는 자동 프로그래밍 인터페이스는 아닙니다.

8. BOM 및 벤치 검증을 위한 대체 부품 체크리스트

조달 요청은 일반적인 USB 직렬 칩이라는 표현 대신 정확한 WCH 접미사부터 명시하십시오. 다음 검색은 WCH CH340G 부품 검색 및 WCH CH340C 부품 검색 각각 별도의 출발점입니다. 주문에는 여전히 패키지, 로트 요구사항, 승인된 제조사 부품 번호가 필요합니다. 검색 결과만으로 현재 재고나 검증된 대체품임이 입증되지는 않습니다.

모든 패드를 대조하십시오. 정확한 패키지 도면, 핀 기능 및 1번 핀 방향을 비교하십시오. CH340N 또는 CH340E는 크기만 작은 무변경 교체용 SOP-16 대체품이 아닙니다.
전원과 클록을 검토하십시오. VCC, V3, 디커플링, 크리스털 실장 여부 및 대상 장치의 I/O 전압 영역을 확인하십시오. 전원 켜짐 및 꺼짐 시퀀스를 확인하십시오.
소프트웨어 식별 정보를 확인하십시오. 드라이버 지원, 예상 USB 식별 정보 및 일련번호 요구사항을 확인하십시오. CH340B 구성 기능이 G나 C에도 있다고 가정해서는 안 됩니다.
실제 프로토콜을 시험하십시오. 예정된 동작 조건에서 포트 열기, 리셋선, 지속 트래픽, 분리 후 재연결, 중단된 전송의 복구를 시험하십시오.
승인 근거를 보관하십시오. 승인된 회로도, 데이터시트 리비전, 시험 조건 및 장치 식별 정보를 BOM 변경 기록과 함께 보관하십시오.

육안 검사는 패키지와 마킹의 불일치를 찾는 데 도움이 되지만, 로고를 읽을 수 있다는 사실만으로 정품임이 입증되지는 않습니다. 추적 가능한 구매 기록과 애플리케이션에 맞춘 입고 검사가 이미지만으로 내린 판단보다 유용합니다. 드라이버 결함이나 크리스털 회로 고장을 근거 없는 위조품 주장으로 연결하지 마십시오.

견적 또는 대체품 검토를 요청하려면 정확한 부품, 수량, 패키지, 대상 전압, 필요한 제어 신호, 검토 중인 변경 사항을 다음 양식으로 보내 주십시오: Chip-seek BOM 및 RFQ 양식. 기존 승인 부품에 대한 요청인지 재설계 후보에 대한 요청인지 명시하십시오. 이 둘은 서로 다른 엔지니어링 및 구매 결정입니다.

9. 자주 묻는 질문

CH340C에는 크리스털이 필요한가요?

아니요. CH340C에는 내부 클록 발생기가 있습니다. CH340G에는 외부 12MHz 클록 구성이 필요합니다. C에서는 7번 핀이 NC이고 8번 핀이 OUT#이므로, G용 크리스털 회로를 그대로 실장해 두는 것은 문서에 명시된 C 연결 방식이 아닙니다.

CH340을 3.3V 전원으로 구동할 수 있나요?

예. V3을 VCC에 연결하고 정전압 3.3V를 공급하는 문서상의 연결 방식을 사용하면 됩니다. 정확한 접미사에 해당하는 전원 범위, 연결된 모든 신호 및 전원 시퀀스를 확인하십시오. 이 연결 노드에 USB 5V를 인가하지 마십시오.

3.3V 모듈의 점퍼가 안전한 UART 레벨을 보장하나요?

아니요. 점퍼는 헤더 전원 출력만 선택할 수도 있습니다. 어댑터 회로도와 브리지 전원을 확인한 다음 양방향 신호 한계값을 비교하십시오. 헤더 표시만으로는 3.3V 전용 대상 장치에 적합하다는 충분한 근거가 되지 않습니다.

CH340은 RS-232 변환기인가요?

로직 레벨 직렬 신호를 제공하는 USB 브리지입니다. 완전한 RS-232 인터페이스를 구현하려면 적절한 라인 트랜시버를 추가해야 합니다. R232는 보조 수신 극성 동작을 변경하며, RS-232 전압 변환 기능을 제공하지 않습니다.

COM 포트가 보이는데 대상 장치가 응답하지 않는 이유는 무엇인가요?

열거는 호스트에서 브리지까지 경로의 일부를 검증합니다. 대상 장치에는 여전히 잘못 교차되거나 누락된 연결, 호환되지 않는 전압, 잘못된 보레이트 또는 프레이밍, 공통 접지 누락, 충족되지 않은 부트 조건이 있을 수 있습니다. 이러한 점검은 드라이버 설치와 별도로 수행하십시오.