This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] SN74LVC245A:改善从 MEMS 传感器到超过2m 距离的 SPI 数据传输的指南

Guru**** 608295 points
Other Parts Discussed in Thread: SN65LVDT41, DS90LV028A, SN74LVC125A, TPD2E009, DS90LV027, DS90LV017A, SN74HCS125, DS90LV012A, TXU0304-Q1, TXU0304, DSLVDS1047, DSLVDS1048, TCA9803, TXB0104, AM26C32, AM26C31, AM26LV32, AM26LV31, THVD1500, THVD1400, P82B96, DS8921
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/logic-group/logic/f/logic-forum/1243111/sn74lvc245a-guidance-to-improve-the-spi-data-transmission-from-mems-sensor-over-2m-distance

器件型号:SN74LVC245A
主题中讨论的其他器件:DS90LV027DS90LV017A、SN65LVDT41 、DS90LV028A、SN74LVC125A、 SN74HCS125DS90LV012ATXU0304-Q1TXU0304DSLVDS1047、DSLVDS1048TCA9803TXB0104、TPD2E009、 AM26C32AM26C31AM26LV32AM26LV31THVD1500THVD1400、P82B96DS8921

尊敬的社区:

我们目前正在开发成本优化的状态监控系统、并且在2-4米范围内将我们的 MEMS 传感器(IIS3DWB)与 MCU STM32G474进行连接时面临挑战。 尽管我们发现多个缓冲器和电平转换器可用于 I2C 通信、但我们仍无法在该2-4米距离内找到适合 SPI 传感器通信的解决方案。 我们需要一种可靠的方法来确保从传感器到 MCU 的可靠数据传输、目标数据速率高达150KB/s (或2MHz 时钟速度)

我们恳请您的建议和专业知识、以帮助我们找到适合此用例的解决方案。 非常感谢为远距离扩展 SPI 通信提供任何指导或建议的方法、尤其是有关我们的 MEMS 传感器和 MCU 的指导或建议方法。

提前感谢您的支持和见解

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    平均数据速率无关紧要;SPI 时钟频率是多少?

    只能在两端使用带有缓冲器的单端信号(例如、SN74LVC125A、SN74HCS125)。 但是、如果您希望两个电路板之间存在噪声环境或接地漂移、则差动传输就很有意义;有集成的多通道 LVDS 收发器、例如 SN65LVDT41/14、但您也可以使用多个较小的发送器/接收器、例如 DS90LV017A/DS90LV027/DS90LV012A/DS90LV028A。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Clemens:
    感谢您的快速响应。 LVDS 无疑是适合我们应用的完美解决方案、但每通道成本超出了此项目的预算。 是否有任何成本优化的 LVDS 解决方案可用?

    我们在用例中计划的时钟频率是1MHz 和2MHz。

    说过、对于使用 CAT-5高质量屏蔽双绞线且最大距离为2m 的典型工业用例、使用 TXU0304-Q1等2个电平转换器可以同样出色地将 MEMS 的3.3V SPI 通过 电缆转换为5V、并在 MCU 处返回为3.3V 吗?

    确实建议我们采取某种方法来评估这两个选项。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    为什么选择 TXU0304-Q1? 您是否需要汽车资质?

    通过 S/FTP 电缆传输逻辑信号当然是可行的。 但双绞线用于差分信号;如果您在一对线上传输两个单独的信号、它们会相互干扰。 如果可能、对同一信号使用配对线路、或对具有 VCC /接地的信号进行配对。

    TXU0304-Q1当然适用于 SPI。 我不知道您的环境有多吵;您可能必须对其进行测试。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    我做出了这一选择、因为它符合汽车标准、并 假设-Q1 IC 整体更加稳健、成本会有一小幅差异。

    是的、您对电缆的建议已被记录下来、谢谢!

    有没有关于低成本优化 LVDS 器件的想法? 此外、是否有任何有关 TI 针对更长电缆距离上的 SPI 传输进行的信号完整性测试的基准测试/文章/应用手册? 我认为这可能是客户在工业环境中将 SPI 扩展到1m 以上的非常常见的用例、因为传感器和 MCU 板通常相隔很远。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    我们是否能够优化设计、这样我们就  对 MOSI 和 MISO 线路使用 LVDS DS90LV011ATMFX 和 DS90LV012ATMFX、而对 CLK 和 SS 线路使用缓冲器? 我在做此假设时是否遗漏了一些重大内容? 如果这种配置有效、我们可能会显著优化成本。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    -Q1器件的温度范围可能更宽(不适用于 TXU0304)、但主要差异是测试。

    关于噪声、时钟线是最敏感的线。

    最便宜的四通道 LVDS 器件是 DSLVDS1047/DSLVDS1048。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Clemens:

    感谢您推荐低成本四通道 LVDS 选项、它与我们的项目预算非常一致。

    考虑到我们的 SPI 时钟仅为10MHz、我认为该 LVDS 解决方案足以满足我们对高数据完整性的要求。

    我还有一个问题:如果我们计划将自动双向 TXB0104等电平转换器用于 MCU 上的 GPIO 输入、以及将 TXU0304用于另一个短距离 SPI 连接或将 TCA9803用于 I2C、这是否是合适的方法?

    我的目的是始终整合一个缓冲器和电平转换器、用于在距离为1.5米的非噪声环境中进行任何非板载 SPI/I2C/USART 通信。 此方法是否与建议的做法一致?  我的目标是利用施密特触发和电平转换、以最低的成本(包括 LVDS)提高非板载短距离(<1.5m)应用中的噪声性能。 我在这个方向思考时是否缺少一些根本性的东西? 请引导我们。

    感谢您的深入理解。

    此致

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    TXB 具有许多限制。 我不建议这样做、除非信号实际上是双向的、并且不存在方向信号。 然后您必须确保您的电路遵守其限制。

    使用更高的电压可降低噪声灵敏度(这正是 RS -232背后的理念)、但噪声敏感度不高。 噪声非常大的环境需要差分传输。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    规格。

    是否有一些基准研究/仿真可帮助我们了解5V I2C 拥有超过3.3V I2C 信号的改进?  

    感谢您介绍用于 SPI 的 LVDS 并共享低成本 LVDS IC、我将在嘈杂环境应用中使用这些技术。

    对于 LVDS 实现是否需要考虑任何特殊注意事项? ESD 和其他保护措施?

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。
    是否有一些基准研究/仿真可帮助我们了解5V I2C 具有超过3.3V I2C 信号的改进?

    我认为您无需如此深入地了解这两个选项之间的噪声容限改善情况。

    单端5V 信号的典型值为 VIH = 3.5V、VIL = 1.5V、因此两种情况下的噪声裕度都为1.5V。

    单端3.3V 信号的典型值为:VIH = 2V 且 VIL = 0.8V、在高电平状态下的噪声容限为1.3V、在低电平状态下的噪声容限为0.8V。

    对于差分信号、通常以不同的方式描述噪声容限。 只需使用差分收发器、便可以自然消除共模噪声(即对两个导体产生同等影响的环境噪声)。 任何使其成为单条线路的噪声仍可能会导致问题、但差分信号性质通常会提供相同电压的单端解决方案的两倍噪声裕度。

    是否需要对 LVDS 实施给予特别注意? ESD 和其他保护措施?

    任何从外部世界到电路提供直接导电路径的连接都应添加系统级 ESD 保护、以实现最佳可靠性。 我希望 TPD2E009等产品成为保护 LVDS 端口而不影响信号完整性的良好解决方案。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Emrys 您好、

    对于稳健的系统设计、您是否会为 I2C、SPI 和 USART 总线建议一些出色的保护措施(隔离除外、这种隔离成本高昂、有时不需要)?

    到目前为止、我们已计划使用聚酯开关进行过流保护、 TVS 二极管和铁氧体磁珠、如果需要实现系统级稳健性、请指导我们采取任何额外的保护措施。 此外、如果有一些集成 IC、而不是在电路板上安装多个无源组件。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。
    至于稳健的系统设计,您是否会建议我们为 I2C、SPI 和 USART 总线采取一些重要的保护措施(隔离除外,隔离成本高昂,有时不需要)?

    恐怕这不是我的专业领域。 我可以告诉大家的是、大多数 IC 在设计时都没有考虑系统级 ESD 保护、通常只能处理制造过程中的轻微冲击(2kV HBM)。 任何与人或设备接触的物品都应符合 IEC-61000-4-2等级要求。 此处提供了包含更多详细信息的应用手册: https://www.ti.com/lit/sg/sszb130d/sszb130d.pdf 

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Emrys 和 Clemens:

    在结束本次讨论之前、我想为那些希望在嘈杂的工业环境中将 SPI 扩展到2m 以上距离的所有人提供一个简洁的参考。 您能否分享一下选择 LVDS 驱动器时需要考虑的关键参数、以及在将 LVDS 用于长距离 SPI 时需要牢记的任何特殊注意事项?

    -传播延迟
    -转换率
    - 输出电压摆幅
    -共模电压
    - 输入阈值电压

    应查找哪些可直接影响 SPI 信号完整性和/或最高速度的附加指针?

    感谢您提供宝贵的意见、与我们的要求用例相比、现在我对使用基于 SPI 的传感器和 MCU 通信有了更多的信心。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    在实践中、您只需注意 LVDS 驱动器支持所需的数据速率、并且其电源或 I/O 电压与您的逻辑电压相匹配。 (当需要较大的共模电压差时、您通常使用 RS 至422/485而不是 LVDS。)

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Clemens:

    您是否还可以建议在 类似应用中使用 RS 至422/485 IC? 我们是否也可以使用 RS 至485/422驱动器来传输 SPI 信号?

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    RS - 4xx 器件的功耗更高、一般来说、功耗更昂贵。

    使用多个通道时、请参阅 AM26C31/AM26C32或 AM26LV31/AM26LV32;对于反向通道、请使用任何1+1收发器、例如 THVD1500或 THVD1400。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Clemens:

    您能提供什么参考设计来指导我们评估通过差分总线进行 RS 传输时使用的 SPI-4xx 吗?

    这似乎更有希望、因为我们有 RS 4xx 驱动程序可从本地供应商获得、而 LVDS 我们需要通过导入进行采购。

    此外、在我们的应用中、功率预算不是问题、我们有一个稳定的电源可用。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    以下假设是否是有效的用例?

    -我添加了用于电平转换的缓冲器和施密特触发器,以提高抗噪能力,避免潜在的 电缆问题。

    - RS AM26C31/AM26C32或 AM26LV31/AM26LV32差动驱动器;

    -同样可以用于 RS - 4xx 驱动程序和 I2C 从设备/主设备之间的 P82B96 I2C

    请引导我们正确的方向。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    可以。 但 SPI 通常具有相反的 MISO 信号、因此它不会像使用单个 AM26xxx 器件那么简单。

    LVDS-4xx 驱动器/接收器(以及 RS 驱动器/接收器)接受和输出正确的逻辑信号、因此噪声或慢速边沿不是问题、您应该不需要单独的缓冲器。 (您只需要电平转换器、并且仅当逻辑运行电压低于3.3V 时才需要电平转换器。)

    P82B96实际上可用于以差分方式传输 I²C 信号。 (使用 RS 至485收发器时、您需要全双工收发器。)

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Clemens:

    我们希望通过 SPI 将基于 MEMS 的传感器连接至我们的 MCU、 TI 的以下应用手册 建议使用如下配置:

    在我们实施它之前、 我希望收到您关于适用性的建议、如果我们在从传感器到 MCU 的单工通信方面缺少任何基本内容?

    我们计划 在两侧使用2个 DS8921、与使用2个 LVDS 相比、该配置可显著降低每个传感器 SPI-MCU 的成本。

    此致。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    本应用手册中有一个隔离器(这会增加传播延迟)并高速运行。 在没有隔离器且以10 MHz 运行的情况下、应该不需要时钟反馈。

    您实际需要每个方向多少个 SPI 信号?

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    噢、我们在 MCU 上的2个单独 SPI 接口上有2个 MEMS 传感器、每个 MEMS 传感器都具有 SPI 的3线和4线配置。

    我们希望最大程度地减少 SPI 引脚的数量、我正努力评估是否需要 SC/CS -芯片选择引脚、如果它始终是来自传感器> MCU 的数据。 在使用 STP 电缆24AWG 且 SPIclock 最大为10MHz 进行信号传输的使用案例中、数据传输的解决方案成本和可靠性对于最大距离为3m 的使用案例至关重要。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    IIS3DWB 数据表在图2中显示需要/CS 信号的下降沿/上升沿。

    您始终需要写入寄存器地址。 而且3线模式使用双向线路、因此不能与 RS 422一起使用。 因此您需要使用4线模式。

    传感器是否位于同一电路板上、以便它们可以共享 SPI 信号?

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    感谢您的反馈、我们将在2个不同的 PCB 上安装2个 MEMS 传感器 、这些 PCB 将 安装在要监测振动级别的机器的不同部件上。

    这2个 MEMS 传感器应使用4线通过单独的 SPI 线路与同一 MCU 上的2个不同 SPI 主器件进行连接。

    因此、为了在最终使用前进行确认、我们是否遗漏了一些东西、 当选择1个 AM26C31 (4个驱动器通道)和1个 AM26C32 (4个接收器通道)时、我们得到:

    主器件输出 (驱动程序)
    - MOSI
    - SCK
    - CS/SS  

    主器件输入 (接收器)
    - MISO  
    -中断1
    -中断2

    与 DSLVDS047/048 IC 相比、该配置在我们的预算范围内并适合用于布板空间。 此外、我经常想知道为什么同一个 TI IC 的价格差别很大? 例如、AM26C31IDR 为0.23美元、而 AM26C31IDBR 为0.416美元。 除了明显的封装差异外、这些特性之间是否存在任何功能差异?

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    对于3+3通道、这些 AM26C3x 器件确实是最具成本效益的器件。

    价格由"供应与需求通风"决定。 有时,她是相当任性的。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Clemens:

    关于该主题的最后一个问题是、我们可以使用 AM26C32 IDR   AM26C32I 驱动器 电源  接收器?

    我们在这里是否错过了任何明显的内容? 我们能否将任何 AM26C31xxx 器件与任何 AM26C32xxx 器件连接?

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    "D"和"PW"只是封装。

    所有符合 RS 至422规范的驱动器和接收器都彼此兼容。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好, 

    我希望您能就在工业环境中使用 AM26C31/32驱动程序进行 SPI 通信的特定配置提供指导。 我们的目标是在单个 SPI 总线上以更长的电缆距离将多个 MEMS 传感器从器件与单个 MCU 主器件进行连接。

    请您确认以下配置的有效性:

    • 菊花链拓扑 :按顺序连接从器件,两端正确端接,符合 EIA-422标准。
    • 星型拓扑 :在 EIA-422标准的限制范围内,以星型配置连接从机。

    深入了解使用 AM26C31/32驱动器实现这些拓扑的兼容性、潜在挑战和最佳实践将非常有价值。

    感谢您的专业知识和帮助。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    差分总线应在电缆的每一端都有一个端接电阻器(但在单向 RS 至422总线中的发送器上没有)。 这意味着星形拓扑将具有多个电阻器、但对于发送器而言此负载太高。 换言之、唯一适合中速或高速的拓扑是菊花链拓扑。