[参考译文] AM3358：SPI TX 数据损坏

如果我完全拆下包含传感器的分线板、只需将分析仪连接到 BBB 的 SPI 引脚、则 MOSI 线路上的数据是正确的。 这看起来像是 MOSI 信号强度过弱问题。  

您好、Petre、让我将此问题发送给正确的硬件专家。 请允许他有一两天的时间回到你身边。

谢谢您、

Paula

 我找到了问题的“修复“。

我的目的是测量 UC 向 MOSI 引脚上传感器板提供/接收的电流、因此我在 UC 和电路板之间串联了一个 100 Ω 电阻器、因此我测量两侧的电压。 这样一来、只要这个电阻器完全解决了问题、MOSI 线路上的所有数据现在无论时钟频率如何都有效。 移除电阻器而不更改任何其他内容肯定确认了“修复“。

两个器件之间有~15cm 的引线、优质薄型多股铜线、devboard 上的短 SCLK/MOSI/MISO 布线、撒在 4 层板的内层 2 层上、所有层上都有铜接地覆铜。 SCLK 使用介于 100KHz 至 800KHz 之间的慢速频率。 信号间的串扰可以忽略不计。 如果硬件专家告诉我、要求该电阻器与 MOSI 线路串联是什么错误行为、我会很高兴？ 为什么 MISO/SCLK 上不需要该功能？

尊敬的 Petre Rodan：

很高兴您找到了一种解决方案来消除 MOSI 信号线中 0.5V 的 1us 下降。 有关 SPI 情况下的串联电阻、请参阅  AM335x 原理图审阅检查清单的系统问题一节。

Q1：您可以尝试移除 100R 串联电阻并在上添加一个 33R 串联电阻 SPI_SCLK 尽可能靠近 SoC（您的 SPI 控制器）并进行测试？

有关使用串联电阻器修复 SPI 的更多信息、您可能需要参阅以下 E2E 主题： 修复 SPI 物理接口问题的建议

虽然您的 McSPI 以相对较低的速度运行、但您也可以在这份更通用的高速布局指南中找到一些有用的提示：  高速接口布局指南 

内核代码向我显示您使用的是 Muxmode=0 中可用的 AM335x MCSPI0 引脚。  

如果是、则这些引脚基于 LVCMOS 缓冲器。

Q2:您在 MOSI 线路上的 100R 电阻上测量的最大压降是多少?   

  AM335x 数据表的直流电气特性一节介绍了保证 SoC LVCMOS 缓冲 McSPI0 引脚的 VoL 最大值和 VOH 最小值的（建议）输出电流 (6mA)。

请确保 连接到 AM3358 SPI0_D0 (MOSI) 的所选传感器 MOSI 输入消耗的电流不超过 6mA。 如果超过此电流、则应考虑添加适当的缓冲器 IC 来为传感器板 MOSI 线路提供电流。

问题 4 SPI0_D0 线路上是否连接了任何其他外设？

问题 5. 您是否能够 使用示波器观察 VDDSHV6 = 3.3V SPI0 I/O 电源电压。 SPI 通信期间、VDDSHV6 是否存在任何干扰？  

我希望这些检查点能有所帮助！

谢谢

此致、

Anastas Yordanov

您好！

非常感谢您的详细见解,我真的很感谢您花时间回答。

Q1：您可以尝试移除 100R 串联电阻并在上添加一个 33R 串联电阻 SPI_SCLK 尽可能靠近 SoC（您的 SPI 控制器）并测试？

从 MOSI 中删除了 100R、并尝试了 SPI0_SCLK 线路上 BBB P9 连接器处的 33R 和 100R 串联电阻。 这不仅解决了 MOSI TX 损坏问题，还增加了一个额外的问题 — 传感器出于某种原因停止提供转换数据-我必须从传感器计时输出 7 个字节。 第一个字节包含一个状态字节（这个是 0x40，正确）、然后是 6 个表示当前压力和温度的字节 — 这些字节均为零。 一旦我从 SCLK 上移除此串联电阻并向 MOSI 添加一个 100R、则一切都很完美。

我还试图用 MOSI 线路上的 33R 替换 100R、损坏仍然存在。

我想问题的根源是 MOSI 的快速压摆率、而不是 SCLK 线路的实际频率、因此我还尝试向器件树绑定中添加 SLEWCTRL_SLOW 以绑定到所有涉及的引脚、但没有任何正结果。

Q2:您在 MOSI 线路上的 100R 电阻器上测量的最大压降是多少?  [/报价]

经证明，该压降微不足道 — 远低于 50mV。 我需要 使用用户校准系数对这两个输入进行线性回归、以了解精确的电压差、但很低、因为可能不值得付出努力。  

q4. SPI0_D0 线路上是否连接了任何其他外设？

SPI0_D0 也称为 MISO 线路连接到 4 个不同的 SPI 传感器。 所有器件在其 CS 引脚上都有一个永久的 10K 上拉电阻器、当然在任何给定的时间只有其中一个会被置位。

我尝试在 MISO 上添加 100K 下拉电阻，但在没有交换数据时无法降低线路噪声 — 这里的电压从 1.2V 衰减到 0.6 请参阅下面的屏幕截图中的 A5 通道。 我看到 mcspi 控制器驱动程序在每次交换几秒钟后调用 pinctrl_pm_select_idle_state (),所以我想它是“好“。

Q5. 您是否能够 使用示波器观察 VDDSHV6 = 3.3V SPI0 I/O 电源电压。 SPI 通信期间、VDDSHV6 是否存在任何干扰？  [/报价]

非常有趣的问题。 我移除了所有串联电阻以复制 TX 数据损坏。

我在 U3 的引脚 5 处采样了 VDD3V3A（可追溯到 VDDSHV6 *）（请参阅 github.com/.../BBB_SCH.pdf 中的 SN74LVC1G06DCKR）   、并且似乎在发生损坏时会出现微小干扰。 这是唯一干扰该电源轨的地方。 请参阅随附的。

同时、为我的电路板供电的 VDD3V3B 与传感器的 Vdd 在同一测试期间没有干扰。

请允许我详细了解这种干扰。 您是将我的 100R 系列电阻器视为 MOSI 解决方案还是有更好的方案？

在某些情况下、我用于开发传感器驱动程序的电路板位于此处： https://codeberg.org/subDIMENSION/lkm_sandbox/src /branch/main/hardware/honeywell_abp_hsc_mpr_devboard

https://photos.app.goo.gl/tYFUn2bYrcj6g8ke6

它总共包含 8 个传感器 IC - 4 个 SPI 和 4 个 I2C。 SCLK、MISO、MOSI 永久连接到基于 SPI 的传感器、而 SDA、SCL、CS 和转换结束中断 GPIO 则根据跳线进行控制。

您是否也建议对 SCL/SDA 使用串联电阻？ 我在使用 BBB 的 i2c 方面没有问题、但我希望该电路板与大多数微控制器/处理器兼容。

非常感谢、

彼得

[/quote]

您好、Petre、

感谢您的意见！

从 MOSI 中删除了 100R、并尝试了 SPI0_SCLK 线路上 BBB P9 连接器处的 33R 和 100R 串联电阻

对我来说、MOSI 线路上的 100R 串联电阻是一种意想不到的解决方案。 本指南建议仅在 SPI_SCLK 线路上放置一个 33R 串联电阻器。 我希望 BBB 版本 C3 P9 连接器尽可能靠近处理器。 但这显然不适用于您的情况。 我还没有听说过在 SCLK、MISO、MOSI 和 CS 线路上应用 100R 串联电阻。 您可能是对的、这与传感器 SPI 输入的较低压摆率有某种关系。 您放置在 MOSI 上的 100R 应以某种方式与 SPI SCLK 线路的寄生电容+传感器输入端的电容相结合、从而构成 LP 滤波器。 您是否注意到在放置 100R 电阻器后、在示波器中对 MOSI 上升时间有任何可见影响。  

传感器数据表中是否有任何迹象表明此反应（保持在 500-600mV 的时间显著）是由压摆率时序违例引起的？  

您是否为 VDDSH6 和传感器设备使用相同的电源？

请给我一些时间来分析和回答您的剩余问题。

感谢您的耐心

此致、

Anastas

尊敬的 Petre：

我通过提供的链接更深入地了解了 SPI 传感器相关规格。  

在 ABP2 压力传感器数据表中、我看到了以下启动时序要求。 这在 AM3358 SPI 软件中有保证吗？

您是否可以进行更精确的测量,只留下一个传感器 — 最好是 ABP2 没有 100R 串联电阻和下拉电 压率的 100K 下拉（电压差除以上升时间从 10%到 90%的 VDDSHV6 = 3.3V ） :

- MISO 输出压摆率。 在相应的 SPI0_D1 SoC 输入引脚上测量。

- SPI0_CLK 输出压摆率。 在传感器电路板的相应 CLK 输入端测量。  

- SPI0_D0 (MOSI) 输出压摆率。 在传感器板的相应 MOSI 输入端测量。

我找不到任何有关 ABP2、ABP、MRP 或 HSC 传感器的 CLK 和 MOSI 输入端允许的最大压摆率的数据。  

您是否还找到了有关 MOSI 和 CLK 输入的输入电容的信息？

您如何得出传感器板 MOSI 和 CLK 输入最大压摆率远低于相应 AM3358 McSPI0 控制器输出处的压摆率？

更重要的是要了解传感器板 MOSI 和 CLK 输入端允许的最小压摆率、以及在传感器板 MISO 输出端获得的实际压摆率。

AM3358 SPI0_MISO 输入上的预期最低压摆率大致计算如下：90%*VDDSHV6 - 10%*VDDSHV6 / t_rise (8ns) = 0.33V/ns。 请注意、不建议以更低的压摆率在 AM3358 SPI0_MISO 引脚上施加信号、使其压摆率低于最小 0.33V/ns。  

请期待后续行动。

谢谢你

此致、

Anastas Yordanov

您好！

感谢您发送编修。

您是否为 VDDSH6 和传感器设备使用相同的电源？

是的。 BBB 由 5V TDK Lambda LS25-5 电源供电。

传感器板由扩展接头 P9 的引脚 1 + 3 供电。

该电源轨在数据表中称为 VDD_3V3B、它由 VDDSH6*（也称为 VDD_3V3A）信号在 BBB 上启用的 500mA 稳压器生成。

我的电路板在所有 IC 附近都有一个超小型 47 μ F 滤波电容器和 100nF 去耦。 在所有测试中、此 3V3 电源轨都是坚如磐石的。

在 ABP2 压力传感器数据表中、我看到了以下启动时间要求。 这在 AM3358 SPI 软件中是否有保证？

虽然驱动器确实不会在传感器 IC 上电和第一个请求之间强制施加 2.5ms 延迟、但在我们的特定情况下、该特定延迟会比这一延迟高许多个数量级。 我看到在某些情况下会发生这样的情况：违反了“下降到第一个时钟边沿“最小 2.5uS 要求。 发生这种情况时、我测得了 0.6uS（半时钟周期）。 但传感器在该时间点运行正常。

我将返回到压摆率测量值。 不幸的是、我的 Fluke ScopeMeter 上的所有无源探头都不会影响测量结果。

此致、

彼得

您好！

在所有测试中移除了 100K 下拉电阻。
每个位置至少测量 3 次、Fluke ScopeMeter 报告的平均上升时间 (10%–90%)（全 200MHz 带宽、未设置 HF 抑制选项）。 我使用微型接地探头引线进行更精确的测量、但在某些情况下、它会反向：

在 MOSI 上使用 100R（TX 正常工作）：

扩展连接器上的 MISO、P9 ~5ns (SR、0.53 V/ns)（难以测量，由于接触不理想而产生较大的变化）
传感器 2.4ns 附近的 MISO (1.1 V/ns)
传感器附近的 CLK 7.5ns (0.35 V/ns)
MOSI 靠近传感器-> 18.8ns (0.14 V/ns)<-

MOSI 上无 100R（TX 故障）：

扩展连接器上的 MISO、P9 ~7ns (SR 、0.38 V/ns)（难以测量，由于接触不理想而产生较大的变化）
传感器 2.1 ns 附近的 MISO (1.26 V/ns)
传感器附近的 CLK 7.5ns (0.35 V/ns)
MOSI 近传感器-> 6.0ns (0.44 V/ns)<-

请注意、使用串联电阻时、MOSI 信号会大幅变慢。
我在.dts 文件内的 AM33XX_PADCONF() 定义中设置了和不设置了 SLEWCTRL_SLOW 的情况下重新执行测量、因此测量的压摆率没有差异。

我知道您告诉我要单独测试 IC、但目前无法进行测试。 我没有备件、我（但）不想通过重复焊接/拆焊而有损坏我唯一工作的备件的风险。 我计划做的是在 MSP430 微控制器上实施驱动器、使用相同的传感器板进行测试、并报告结果和压摆率。

此致、
彼得

您好！

感谢您的耐心和宝贵的建议。

我实现了针对 MSP430 平台的驱动程序、很惊讶、当不使用 MOSI 串联电阻时、问题仍然存在（这次将第二个位强制设置为 LO）。

您关于减小 C1 的指针准确无误。 在 Honeywell 数据表中、他们为 Vdd 规定了最小上升斜率 10V/ms、我完全错过了这个斜率。

使用 47 μ F C1 时、我的最终结果只有 5.7V/ms。 完全移除 C1 并从 MSP 器件板为电路板供电最终会达到 25V/ms、在~50%的情况下可以解决该问题。

因此、这显然不是 AM335 问题。

再次感谢您、对分心感到抱歉！

彼得