Beratung für 25-50 Mbit SPI-Leitungen - PCB-Design

Wenn Sie ein Signal mit kurzer Anstiegszeit haben, müssen Sie sich Gedanken über die SI-Analyse und -Terminierung machen, um Reflexionen zu vermeiden.

Eine einfache Regel lautet: Alle Spuren, die länger als 0,3 * Anstiegszeit (ns) * 7,5 (cm) sind, benötigen eine SI-Analyse und Terminierung.

25 MHz ist für die SPI-Kommunikation etwas zu hoch, und Sie könnten aufgrund langer 17-cm-Leiterbahnen unerwünschte Strahlungsemissionen haben. Die Längenanpassung ist hier nicht der Fall, aber das Hinzufügen einiger Massespuren als Schutzleitungen könnte die wahrscheinlichen Probleme mit Emissionen und HF-Immunität verringern. Die Schutzspuren könnten auch die Rückwegschleife reduzieren und dann den unerwünschten Antennengewinn reduzieren. Die wahrscheinlichen Probleme hängen von der Entfernung zwischen der SPI-Routingschicht und der Erdungsschicht ab. Je weniger Abstand, desto weniger Probleme.

Werde ich Probleme mit der Geschwindigkeit haben?

Ja du wirst. Die Kapazität an beiden Enden der Leitungen bestimmt wahrscheinlich die Anstiegszeit der SPI-Leitungen. In der Vergangenheit musste ich mich nicht um Übertragungsleitungseffekte kümmern, diese werden ohnehin keine Rolle spielen, es sei denn, die Leitungstreiber sind angepasst. Wenn Sie Leitungstreiber (Transceiver) haben, passen Sie die PCB-Leiterbahn an die Transceiver an. (Ich bin mir ziemlich sicher, dass die BBB nur ein normaler GPIO ist). Wenn nicht, schauen Sie sich die Kapazität der Treiber an. Sehen Sie sich auch den Fanout (und die Gesamtkapazität der Leitung) an. Meiner Erfahrung nach ist es nicht schwer, 25 MHz zu bekommen, 30-40 MHz ist schwieriger.

Der 0,1-Zoll-Header-Pin des BBB trägt ebenfalls einige nH zur Induktivität bei und erzeugt einen RLC-Filter, der ein gewisses Klingeln verursachen kann.

Muss ich etwas mit der Signalintegrität tun? Benötige ich für die SPI-Leitungen Abschlusswiderstände, Filterkondensatoren usw.?

Wahrscheinlich nicht, jede weitere Kapazität, die Sie den Leitungen hinzufügen, verlangsamt die Anstiegszeit.

Zunächst muss ich sagen, dass ich kein Profi in Sachen Hochfrequenzdesign bin.

Die Länge der Signalleitungen sollte hier kein Problem sein, wie ich denke; Probleme treten wirklich auf, wenn das Timing aufgrund der Signalausbreitungsgeschwindigkeit schrecklich falsch wird. Nehmen wir an, dass die Frequenz für 50 Mbit/s 50 MHz beträgt und dass das Timing „schrecklich falsch“ wird, wenn die Zeitverschiebung etwa 10 % der Periode beträgt. Also, dl / c = T/10, wobei c die Lichtgeschwindigkeit, T die Periode und dl die maximale Spurlängendifferenz ist; Daraus ergibt sich die maximale Spurlängendifferenz von 60 cm, die möglicherweise viel höher ist als Sie. Die eigentliche Spurlängensache tritt größtenteils im GHz-Bereich ein.

Die Abschlusswiderstände werden in Ihrem Fall auch nicht wirklich benötigt; Als Faustregel gilt, dass Abschlusswiderstände verwendet werden sollten, wenn die Länge der Übertragungsleitung mehr als 10 % der Wellenlänge beträgt; Da die Wellenlänge (c * T = 6 Meter) viel höher ist als Ihre Spurlänge, sollte es in Ordnung sein. Pull-up-Widerstände an jedem Ende der Leiterbahn sind jedoch laut SPI-Dokumentation ein Muss, wenn ich mich richtig erinnere.