Comunicazione Board to Board a breve distanza

La mia MCU esegue un bus SPI con circa 4 dispositivi. Vorrei estendere questo bus anche fuori scheda, ovvero avere alcuni PCB collegati alla scheda "principale" ed estenderne la funzionalità. La distanza "pad to pad" sarebbe:

lunghezza della traccia della scheda madre + lunghezza del cavo + lunghezza della traccia sulla scheda di estensione

3 "+ 6" + 3 "= circa 12"

Nella mia esperienza, anche un segnale da 1 MHz, con tempi di salita di circa 7 ns, su questa distanza tramite un cavo a nastro stava superando di oltre 1 V (ma non c'era un suono eccessivo). Le schede saranno alimentate dallo stesso alimentatore.

Nota: qui non puoi vedere i tempi di salita ma puoi vedere l'eccessivo superamento - questo è un segnale da 3,3 V. E sì, questo è stato misurato correttamente con un filo molto corto dalla sonda a terra. Proprio come è spesso consigliato su questo sito. Non credo sia un errore di misurazione.

Vorrei che il sistema funzionasse a 4 MHz ma anche 2 MHz è accettabile. Il max. il numero di schede che mi piacerebbe connettere sarebbe circa 4 e questo estenderebbe il bus SPI per avere circa 12 dispositivi. Non penso che sarebbe troppo difficile da gestire tramite codice poiché ho già qualcosa che funziona in questo modo. Anche avere le linee di selezione slave aggiuntive non è un problema.

Tuttavia, la mia preoccupazione è come inviare i dati SPI da una scheda all'altra. Devo semplicemente inviare SPI direttamente o convertirlo in LVDS a un'estremità e poi riconvertirlo in SPI all'altra estremità?

La regola empirica afferma che è necessario calcolare gli effetti della linea di trasmissione se la lunghezza della connessione è superiore a 1/10 della lunghezza d'onda del segnale.

Le linee di trasmissione causeranno riflessi laddove mostrano un improvviso cambiamento di impedenza. Il segnale riflesso si aggiunge all'originale, potrebbe riflettersi di nuovo sul lato del trasmettitore e in questo modo andare avanti e indietro. Il risultato è mostrato nel grafico: il superamento di cui stai parlando e alcuni squilli.

Una lunghezza del filo di 12 "(30 cm) è 1/10 di una lunghezza d'onda di 3 m, o 100 MHz. 1 MHz e 1 MHz non dovrebbe dare molti problemi qui. Terminare la linea, come dice Wouter, potrebbe essere una prima misura, però. l'ingresso è probabilmente un'alta impedenza, e non è mai una buona corrispondenza. Dato che hai tre diversi pezzi nella tua connessione (PCB, filo, PCB) trovare l'impedenza caratteristica sarà difficile (sarà anche diverso per il PCB e il filo, quindi a frequenze molto elevate si otterrebbero anche riflessi sulle connessioni del cavo.) Data la breve lunghezza e la bassa frequenza, il valore della resistenza terminale non è critico.$\Omega$$\Omega$ resistenza per cominciare, e vedere fino a che punto ci arriva.

modifica (ri domanda aggiornamento) Il
tempo di salita sembra essere 7 ns. È veloce, come dice Kortuk, significa che hai uno spettro di almeno 400 MHz e quelle armoniche subiranno effettivamente effetti sulla linea di trasmissione, anche se il tuo orologio è solo 1 MHz. Prova a filtrarli, una larghezza di banda di 20 MHz (80 MHz per l'orologio a 4 MHz) ti dà un tempo di salita più che sufficiente. Si tratta di un'onda quadra da 1 MHz filtrata con un LPF a muro a 20 MHz:

Posizionare un resistore in serie formerà un LPF del primo ordine con la capacità della linea. Se lo stimiamo a 50pF, allora

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

$\Omega$

Per un bus così corto, proverei a mettere un piccolo resistore in serie con qualsiasi cosa guida una linea. Questo non è il modo ideale teorico che tiene conto della teoria della linea di trasmissione, ma un approccio pragmatico che penso funzionerà abbastanza bene per il tuo caso. Prova 47 Ω per i principianti e guarda cosa succede. Se questo aiuta ma non abbastanza, puoi andare più in alto ma non supererei 120 Ω. È probabile che da qualche parte in quell'intervallo troverai un valore che funziona abbastanza bene.

AFAIK il superamento può essere eliminato dalla terminazione dell'elica, se il conducente può guidare il carico. Altrimenti alcune coppie di driver / ricevitori dedicati come LVDS o forse anche RS485 lo faranno sicuramente.

Ho avuto seri problemi in passato con SPI su cavi a nastro, anche se molto più lunghi di quelli che descrivi. L'immunità al rumore divenne un vero problema e i comandi corrotti finirono per arrivare alle mie periferiche. È bastato fallire il test di immunità al rumore CE. In caso di problemi a questo proposito in seguito, ti consiglio di mettere un MCU separato su ciascuna scheda e di collegarli tramite CANbus.