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CD74HC4067: 20MHz的SPI之CLK信号经过CD74HC4067 MUX之后失真

Part Number: CD74HC4067
Other Parts Discussed in Thread: TMUX1574, MUX506, TS3A27518E, SN3257-Q1, TMUX1575

我们有一个ASIC芯片作为SPI的Master端,选用CD74HC4067作为MUX实现不同ASIC的调试,经过MUX之后,连接了FT2232HQ(USB Hi-Speed to Dual Channel Serial UART/FIFO/JTAG/SPI/I2C IC, QFN-56)芯片。信号失真后我们不能通过PC端的程序检测到ASIC芯片了。请教大家怎么做才能让信号不失真呢?

Master端的SPI之CLK信号波形

通过MUX之后的CLK信号波形

 

  • 您好,HC4067的带宽是89MHz,20Mhz的信号应该是没问题的。

    测试的波形是在靠近HC4067的输出端测试的吗?master端的SPI的clock波形是在哪里测试的?波形质量看起来也不太好。

  • Kailyn,多谢回复。

    对的,distortion的波形是直接在HC4067的输出端测试的。HC4067的输出端连接的是SPI Slave(应该是FT4222HQ,原帖记混写错了)的CLK的输入端。

    Master端的CLK的波形是在HC4067的第一个输入通道处(即I0)处测试的,波形确实也有点不是特别好,但是,如果经过MUX之后能保持此种波形,那么我们就可以从PC端发现这个SPI Master设备的。我们之前用的16:1的MUX(ADG725)的信号更不好,MUX的输入端和输出端都不好,换了HC4067后,输入端没有畸变什么的了,比ADG725好很多,但输出端还是不理想,不能正常被SPI Slave(FT4222HQ)探测到。我们有工程师猜测是阻抗匹配的问题,但是不知道如何改善。如下,我把问题又描述的再清晰下。

  • 您好,我们可以看下HC4067 的导通电阻随着输入信号变化的曲线,可以看到不同的输入电压,Ron的值是不同的,最大能达到80ohm多,所以如果输入信号的电流,以及开关的漏电流流过多路复用器时,那么越大的Ron就会产生越大的偏移电压误差,直接导致输出信号失真。所以可以使用Ron较低的MUX器件。

  • Kailyn,谢谢您的回复。

    能否帮忙推荐一款16:1,Ron较小,且能够过20MHz信号的MUX?我们之前试过一款ADG725也不好使。

    多谢!

  • 切换SPI信号吗? 为什么需要16路的开关器件?

  • 因为我们有16个子设备需要通过一个USB转SPI芯片(FT4222HQ)来连通PC,通过PC来分别发现这16个子设备,所以,我们需要16路的开关器件,即16选1。

  • 您好,每个SPI有4根线,比如4通道2选1开关,就是8个通道,即从两个SPI 设备选取其中一路SPI。

    您说的16路的话,应该就是4个SPI选取其中一路SPI导通。

    比如下面的应用示例,您看下,TMUX1574是一款宽电压范围,高带宽,低导通电阻和电容的器件。

    如果按照您说的16路的话,需要并联两个TMUX1574. 可以先使用一片,验证下信号质量是否提高,是否还出现失真现象。

  • 谢谢回复。我们已购买TMUX1574准备试下。

    【2022.06.20】经过测试,SPI信号经过TMUX1574是好使的,选通后PC能够发现TMC4671。

    但,另外一个问题,我们的需求是从16个SCK信号中选出1个SCK信号,从16个MOSI信号中选出一个MOSI信号,依次类推,即16组SPI信号中选出1组,不管选出哪一组来,都是连接到芯片FT4222HQ上,16选一的原理图示意如下:

    您所提到的TMUX1574并联,能否稍微详细地解释下,我们总感觉好像达不到我们的效果。

    能否推荐一款各项参数类似于TMUX1574,但是功能和HC4067一样的MUX不?

    Thanks.

  • 我的意思如下,每个SPI device有4根线,MISO, MSIO,CS和SCLK,您说的16路即从4个SPI device中选取一路导通。如下图:

    那您的这种应用,16个SCLK/MISO/MOSI/CS中选1,那实际是需要4路16路选1的多路开关。TMUX系列是我们比较新的开关器件,HC4067比较老了。

    那如果选择16选1的开关,可以看下MUX506,虽然它的导通电阻和HC4067一样比TMUX1574大,但是它的漏电流只有pA级:

    https://www.ti.com.cn/lit/ds/symlink/mux506.pdf

  • 我们也没搞懂到底是TMUX1574的哪几项参数起了关键作用,就可以正常工作了。

    到目前为止,我们已经测试了4款MUX:ADG725BSUZ (16:1),CD74HC4067 (16:1),ADG706BRUZ (16:1)和TMUX1574 (4 channels of 2:1 SPDT),其中,就是TMUX1574好使,MUX前后的信号用示波器测下来也基本一样。

    MUX506倒是可以试试,但是我们的逻辑电平是3.3V的,不知道能否直接用?另外,MUX506的内阻也比较大,不知道会不会和之前的MUX有类似的问题?还有没特别注意到MUX506的带宽?我们的信号是20MHz的,这个比较关键。另外感觉MUX506的手册中的transition time还是有点长,未必能满足我们20MHz信号的需求。

    您觉得MUX506的可行性大不?

    Thanks.

  • MUX506的电压范围很宽,+-5V~+-18V,IO电压最低可以到-5V,所以3.3V没问题,另外,MUX506的带宽能达到500Mhz比4067要快的多。

    并且MUX506的导通电容很低,关于Ron和Con对于开关的影响,您可参考下面帖子

    https://e2e.ti.com/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/890350/mux36s08-on-capacitance-influence-on-settling-behavior

    https://e2e.ti.com/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/621837/mux36s16-will-the-mux36s16-settle-within-120us-while-switching-the-mux-at-4khz/2292751#2292751

    对于可行性,因为SPI通常应用就是我上面画的结构图,控制器共享外设,每个SPI device有四根线,,TMUX1574,TMUX1575,TS3A27518E,SN3257-Q1。 16选1的这种SPI应用很少见,我建议您可以先少量订购,实际实验验证下。

  • Thank you Kailyn.

    Youbao

  • 不用谢,那我暂时先把这个帖子关掉了,后续有什么问题,您也可以直接在这里跟进,或者重新建新帖都可以,我们都会尽快给您回复。