บอร์ดระยะสั้นเพื่อการสื่อสารของบอร์ด

MCU ของฉันใช้ SPI บัสซึ่งมีอุปกรณ์ประมาณ 4 ตัว ฉันต้องการต่อรถบัสคันนี้ให้ออกนอกบอร์ดด้วยเช่นมี PCB บางอันเชื่อมต่อกับบอร์ด "หลัก" และขยายการทำงาน ระยะทาง "pad to pad" จะเป็น:

ความยาวร่องรอยของกระดานหลัก + ความยาวสายเคเบิล + ความยาวร่องรอยบนกระดานขยาย

3 "+ 6" + 3 "= ประมาณ 12"

จากประสบการณ์ของฉันแม้กระทั่งสัญญาณ 1 MHz ที่มีเวลาเพิ่มขึ้นประมาณ 7 ns ระยะทางผ่านสายเคเบิลริบบิ้นนี้มีการแก้ไขเกิน 1 V (แต่ไม่มีเสียงเรียกเข้ามากเกินไป) บอร์ดจะได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟเดียวกัน

หมายเหตุ: คุณไม่เห็นเวลาที่เพิ่มขึ้นที่นี่ แต่คุณสามารถเห็นการโอเวอร์โหลดมากเกินไป - นี่คือสัญญาณ 3.3V และใช่สิ่งนี้วัดได้อย่างถูกต้องด้วยเส้นลวดที่สั้นมากจากหัววัดถึงกราวด์ เหมือนที่มันมักจะแนะนำบนเว็บไซต์นี้ ฉันไม่คิดว่ามันเป็นข้อผิดพลาดในการวัด

ฉันต้องการให้ระบบทำงานที่ 4 MHz แต่ 2 MHz ก็เป็นที่ยอมรับเช่นกัน ค่าสูงสุด จำนวนบอร์ดที่ฉันต้องการเชื่อมต่อจะมีประมาณ 4 ตัวและจะขยายบัส SPI ให้มีอุปกรณ์ประมาณ 12 ตัว ฉันไม่คิดว่ามันจะยากเกินไปที่จะจัดการผ่านรหัสเพราะฉันมีบางสิ่งบางอย่างที่ทำงานเช่นนี้แล้ว การมีสายเลือกทาสเพิ่มเติมไม่ใช่ปัญหาเช่นกัน

อย่างไรก็ตามข้อกังวลของฉันคือวิธีการส่งข้อมูล SPI จากบอร์ดหนึ่งไปยังอีกบอร์ดหนึ่ง ฉันควรส่ง SPI แบบตรงหรือแปลงเป็น LVDS ที่ปลายด้านหนึ่งแล้วแปลงกลับเป็น SPI ที่ปลายอีกด้านหนึ่งหรือไม่

Rule-of-thumb กล่าวว่าคุณต้องคำนวณผลกระทบของสายส่งในกรณีที่ความยาวการเชื่อมต่อของคุณนานกว่า 1 ใน 10 ของความยาวคลื่นของสัญญาณ

สายส่งจะทำให้เกิดการสะท้อนที่พวกเขาแสดงการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในความต้านทาน สัญญาณที่สะท้อนกลับเพิ่มลงในภาพเดิมซึ่งอาจสะท้อนอีกครั้งที่ด้านเครื่องส่งสัญญาณ ผลลัพธ์จะปรากฏในกราฟ: การพูดเกินจริงที่คุณกำลังพูดถึงและเสียงกริ่งบางอย่าง

ความยาวสาย 12 "(30 ซม.) คือ 1/10 ของความยาวคลื่น 3 มม. หรือ 100MHz. 1MHz และ 4MHz ไม่ควรมีปัญหามากมายที่นี่การยกเลิกสายอย่าง Wouter กล่าวอาจเป็นมาตรการแรก อินพุตอาจเป็นอิมพีแดนซ์สูงและนั่นก็ไม่ใช่การจับคู่ที่ดีเนื่องจากคุณมีสามส่วนที่แตกต่างกันในการเชื่อมต่อของคุณ (PCB, wire, PCB) การค้นหาอิมพิแดนซ์ลักษณะจะยาก (มันจะต่างกันสำหรับ PCB และลวด ดังนั้นที่ความถี่สูงมากคุณจะได้รับการสะท้อนกลับที่การเชื่อมต่อของสายเคเบิล) ด้วยความยาวสั้นและความถี่ต่ำค่าของตัวต้านทานการยุติของคุณจึงไม่สำคัญ 100อาจต่ำเกินไปสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่จ่าย 33mA (หรือ 50mA ที่ 5V) ฉันจะลอง 1k$\Omega$$\Omega$ ตัวต้านทานเริ่มต้นด้วยและดูว่ามันทำให้เราห่างไกลแค่ไหน

แก้ไข (ปรับปรุงคำถามอีกครั้ง)
เวลาที่เพิ่มขึ้นน่าจะเป็น 7ns เร็วเหมือนที่ Kortuk พูดว่าหมายความว่าคุณมีคลื่นความถี่อย่างน้อย 400MHz และเสียงประสานเหล่านั้นจะได้รับผลกระทบจากสายส่งแน่นอนแม้ว่านาฬิกาของคุณจะมีเพียง 1MHz พยายามกรองออกแบนด์วิดท์ 20MHz (80MHz สำหรับนาฬิกา 4MHz) ให้เวลามากกว่าการเพิ่มขึ้นเพียงพอ นี่คือคลื่นสี่เหลี่ยม 1MHz ที่กรองด้วยกำแพงอิฐ LPF ที่ 20MHz:

การวางตัวต้านทานแบบอนุกรมจะกลายเป็นลำดับแรกของ LPF พร้อมกับความจุของเส้น ถ้าเราประมาณว่าที่ 50pF

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

ให้คุณตัดความถี่ของ 100MHz ตัวต้านทานซีรีส์33ควรลดเวลาการเพิ่มของคุณ แต่ปล่อยให้มากพอที่จะมีสัญญาณดีที่ 4MHz$\Omega$

สำหรับรถบัสขนาดสั้นฉันจะลองใส่ตัวต้านทานขนาดเล็กเป็นซีรีส์โดยมีอะไรก็ตามที่ขับรถเป็นแนว นั่นไม่ใช่วิธีอุดมคติทางทฤษฎีที่คำนึงถึงทฤษฎีของสายส่ง แต่วิธีการปฏิบัติที่ฉันคิดว่าจะทำงานได้ดีพอสำหรับกรณีของคุณ ลองเริ่ม 47 Ωเพื่อดูว่ามีอะไรบ้าง ถ้านั่นช่วยได้ แต่ไม่มากพอคุณสามารถสูงขึ้นได้ แต่ฉันจะไม่เกิน 120 Ω โอกาสที่จะเกิดขึ้นในช่วงนั้นคุณจะพบคุณค่าที่ได้ผลดีพอ

AFAIK การโอเวอร์โหลดสามารถยกเลิกได้ด้วยการยกเลิกโพรบเปอร์หากไดรเวอร์ของคุณสามารถขับโหลดได้ ไม่เช่นนั้นไดรเวอร์ / ตัวรับสัญญาณบางคู่เช่น LVDS หรือแม้แต่ RS485 ก็จะทำเช่นนั้นอย่างแน่นอน

ฉันเคยมีปัญหาร้ายแรงในอดีตที่ใช้ SPI ผ่านสายเคเบิลริบบิ้นแม้ว่าจะนานกว่าที่คุณอธิบาย ภูมิคุ้มกันเสียงรบกวนกลายเป็นปัญหาจริงและคำสั่งที่เสียหายก็จบลงที่อุปกรณ์ต่อพ่วงของฉัน มันเพียงพอที่จะล้มเหลวในการทดสอบภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวน CE หากคุณประสบปัญหาในเรื่องนี้ในภายหลังฉันขอแนะนำให้วาง MCU แยกในแต่ละบอร์ดและเชื่อมต่อพวกเขาผ่านทาง CANbus