Board-to-Board-Kommunikation über kurze Distanzen

Die Faustregel besagt, dass Sie Übertragungsleitungseffekte berechnen müssen, wenn Ihre Verbindungslänge länger als 1/10 der Signalwellenlänge ist.

Übertragungsleitungen verursachen Reflexionen, wenn sie eine plötzliche Änderung der Impedanz aufweisen. Das reflektierte Signal addiert sich zum Original, kann auf der Senderseite erneut reflektiert werden und so hin und her gehen. Das Ergebnis wird in der Grafik angezeigt: das Überschwingen, von dem Sie sprechen, und ein gewisses Klingeln.

Eine Kabellänge von 12 Zoll (30 cm) ist 1/10 einer Wellenlänge von 3 m oder 100 MHz. 1 MHz und sogar 4 MHz sollten hier keine großen Probleme bereiten. Das Terminieren der Leitung, wie Wouter sagt, könnte jedoch eine erste Maßnahme sein Der Eingang ist wahrscheinlich hochohmig, und das ist nie eine gute Anpassung.Da Sie drei verschiedene Teile in Ihrer Verbindung haben (PCB, Draht, PCB), wird es schwierig sein, die charakteristische Impedanz zu finden.(Es wird auch für die Leiterplatte und den Draht unterschiedlich sein, Bei sehr hohen Frequenzen würden Sie also auch Reflexionen an den Kabelanschlüssen bekommen.) Angesichts der kurzen Länge und der niedrigen Frequenz ist der Wert Ihres Abschlusswiderstands nicht kritisch. 100$\Omega$möglicherweise zu niedrig für den Mikrocontroller, die meisten von ihnen können keine 33 mA (oder sogar 50 mA bei 5 V) liefern. Ich würde es mit 1k versuchen$\Omega$Widerstand zu beginnen, und sehen, wie weit uns das bringt.

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zu Frageaktualisierung) Die Anstiegszeit scheint 7 ns zu sein. Das ist schnell, wie Kortuk sagt, es bedeutet, dass Sie ein Spektrum von mindestens 400 MHz haben, und diese Oberwellen werden tatsächlich Übertragungsleitungseffekte erleiden, selbst wenn Ihr Takt nur 1 MHz beträgt. Versuchen Sie, sie herauszufiltern, eine Bandbreite von 20 MHz (80 MHz für den 4-MHz-Takt) gibt Ihnen mehr als genug Anstiegszeit. Dies ist eine 1-MHz-Rechteckwelle, die mit einem Ziegelwand - LPF bei 20 MHz gefiltert wird:

Durch Platzieren eines Vorwiderstands wird mit der Kapazität der Leitung ein LPF erster Ordnung gebildet. Wenn wir das dann auf 50 pF schätzen

$R = \dfrac{1}{2 \pi \cdot 100 MHz \cdot 50 pF} =32 \Omega$

gibt Ihnen eine Grenzfrequenz von 100 MHz. Also eine 33$\Omega$Vorwiderstand sollte Ihre Anstiegszeit verkürzen, aber mehr als genug übrig lassen, um ein gutes Signal bei 4 MHz zu haben.

Für einen so kurzen Bus würde ich versuchen, einen kleinen Widerstand in Reihe mit irgendetwas zu schalten, das eine Leitung antreibt. Das ist nicht der theoretisch ideale Weg, die Übertragungsleitungstheorie zu berücksichtigen, aber ein pragmatischer Ansatz, von dem ich denke, dass er für Ihren Fall gut genug funktioniert. Versuchen Sie zunächst 47 Ω und sehen Sie, was das bewirkt. Wenn das hilft, aber nicht ganz genug ist, können Sie höher gehen, aber ich würde 120 Ω nicht überschreiten. Die Chancen stehen gut, dass Sie irgendwo in diesem Bereich einen Wert finden, der gut genug funktioniert.

AFAIK kann das Überschwingen durch ordnungsgemäße Terminierung beseitigt werden, wenn Ihr Treiber die Last fahren kann. Andernfalls reicht ein dediziertes Treiber-/Empfängerpaar wie LVDS oder vielleicht sogar RS485 sicherlich aus.

Ich hatte in der Vergangenheit ernsthafte Probleme beim Ausführen von SPI über Flachbandkabel, obwohl diese viel länger waren als das, was Sie beschreiben. Die Störfestigkeit wurde zu einem echten Problem, und beschädigte Befehle gelangten schließlich an meine Peripheriegeräte. Es reichte aus, um die CE-Störfestigkeitsprüfung nicht zu bestehen. Wenn Sie später in dieser Hinsicht auf Probleme stoßen, würde ich empfehlen, auf jeder Platine eine separate MCU zu platzieren und diese über CANbus zu verbinden.