太香了！花15元DIY一个USB3.0 hub，全部开源！
最近设计了一个USB3.0 HUB。上行口采用Type-C口，支持正反插，下行口有1个支持正反插的Type-C和3个USBA母口，外壳采用了3D打印，整个HUB做下来花费15块钱左右，现在把整个方案完全开源分享给大家。
01
方案简介
这个HUB上行口为Type-C接口，支持正反插。上行口旁边还有一个Type-C口用来实现额外供电。四个下行口，其中一个是Type-C接口，也支持正反插，另外三个下行口是USBA母口。
外壳采用了双色3D打印方案，天青色的外壳，搭配橙色丝印，看起来非常漂亮。
PCB采用了4层通孔PCB，绿色油墨+沉金工艺。USB3.0和USB2.0的信号线采用了弧线的走线方式。
这个HUB采用了南京沁恒微推出的USB3.0 HUB芯片CH634X。CH634X是一颗单芯片真C口HUB，上行口、下行口的C口都支持正反插，而且不需要外部MUX模拟开关，还集成了Type-C和PD反向快充。它有三种不同模式：
由于我之前一直想做一个上行口为Type-C接口的HUB，所以这次DIY选择的是模式1。
02
原理图设计
CH634X芯片原理图。
芯片需要搭配一个24MHz晶振。另外，前面提到的不同模式，就是通过这里的SMBDAT引脚和EXCH#的上下拉来实现的。
芯片的供电引脚和复位、指示灯等引脚处理。
芯片的每个VDD12引脚放置一个0.1uF电容。
上行口，Type-C连接器，在实际布线中，为了布线方便，把超高速信号线的SSTX1、SSRX1差分对和SSTX2、SSRX2差分对交换了位置，对应原理图的P1C_SS和P1_SS。这里要特别注意的是：交换之后，也要把P1_CC1和P1_CC2做对调。这样才能正确识别Type-C口是正插的还是反插的。
这是下行口2，Type-C连接器，也支持正反插，不需要外部模拟开关。这里P2C_SS和P2_SS没有做对调。
在模式0的情况下，上行口是USBA形式的接口，也就是这里的J5，但是在模式1中，上行口做了交换，所以现在这个J5是下行口1了。
下行口3和下行口4，没有什么变化，按照沁恒官方的Datasheet来设计就行。
四个下行口，增加了过流保护芯片CH217K，如果考虑低成本，直接使用一个保险丝也是可以的。
另外还有一个单纯供电的Type-C接口，用来为Hub提供大电流。这里添加了一个理想二极管，用来防止外部供电向上行口的VDD5网络倒灌。
以上就是整个USB 3.0 HUB的原理图设计，是不是非常简单。
03
PCB设计
芯片引脚布局比较合理，所以布局布线也容易得多。
所有的器件放在顶层，这样的好处是：只需要上一次贴片机，而且焊接的时候可以用恒温台 完成焊接。
关键的USB信号基本上在顶层完成走线。
涉及到USB2.0和3.0的所有信号差分等长处理，拐角处采用圆弧走线。电源供电采用铜皮直铺。CH634X_HUB字样放在顶层阻焊层，同时给EACH层也放同样的字样，这样可以沉金裸 露显示。
由于大部分USB信号走线在顶层，所以第二层设置为地平面，尽量给到一个完整的地平面。
第三层电源平面，给每个下行口供电的5V信号通过铜皮引到限流芯片处。由于底层有少许USB信号，所以在第三层的这些地方保证有完整的地平面。其中圈出来的位置，底层有USB信号，所以在第二层的此处放了一个电源SHAPE。另外可以看到有一个3.3V的电源有点绕，其实这个电源只是提供了一个上拉，为了保证USB信号的地平面不被分割，牺牲了这根线。
底层布线，前面说的牺牲了3.3V的布线，就是为了保这两组USB2.0的布线。其他的什么CC信号、电源使能信号、过流信号，基本上连连看，能拉通且不影响USB3.0和USB2.0信号即可。
04
焊接
拿到手的PCB板。
我在做其他产品钢网时，把这个板子的开窗也放进去了。所以可以愉快地使用钢网上锡了。
刷好的锡膏。
由于只焊接了一两个样品板，所以直接手工摆件即可。
之前有群友问我，这种既有插件针脚、又有贴片引脚的Type-C连接器怎么焊接。
其实特别简单，做钢网时所有的引脚开窗，正常上锡，然后把这个连接器摆上去焊接即可。和其他的贴片器件并没有什么区别。
摆好所有SMT器件之后使用恒温台进行焊接。
可以看到这个Type-C口的焊接是没有任何问题的。
焊接好之后，可以使用万用表测一下有无短路，如果一切正常，那么可以插入电脑看看效果了。如果能看到一个USB3.2 Gen1 HUB和一个USB 2.1 HUB，说明上行口通信正常。
这时候再使用烙铁手工把三个下行的USBA母口焊接上去，到这一步，HUB的电路板基本搞定。
05
速度测试
挂载一个1T的SSD固态硬盘做测试。固态硬盘的接口是PCIE4.0X4，固态硬盘盒采用的接口芯片是RTL9210，二者的接口带宽都远高于5.0Gbps，所以这时候使用硬盘测速工具测到的速度就是HUB的速度。
读写基本上维持在460MB/s左右，这个速度是可以的。
06
外壳打印与装配
做diy最难的就是外壳，好在现在有了3D打印。
我设计了这样的两个外壳，其中上壳对上行口和供电口做了区分。底壳上留了两个螺丝孔用来安装紧固。
在LED指示灯这一块我想了一个取巧的方案。本来这种电路板上的灯到外壳一般要用一个导光柱。我为了简化diy过程，省略导光柱，采用了这种平头草帽LED灯。这样只需要在设计外壳时，在灯的位置留对应的孔，当组装起来之后，就可以形成下面这种效果。
看起来就像加了一个导光柱，保证了壳面的平整。
