Как лучше трассировать CLK для SPI. Два варианта

[Александр Мылов 0]

08.12.2020 в 20:06, def_rain сказал:

2. Разбить микросхемы на 3 группы (так удобнее на плате, микросхемы разные по назначению) и провести CLK звездой. При этом подтягивающие резисторы поставить в конце каждого из трех ответвлений звезды. В этом случае плата 6 слойная и дорожки по длинне в 2 раза короче.

Какой вариант будет предпочтительнее?

Любой вариант. Если фронты затяните при помощи RC, то передавайте хоть  на 3м. 

Главное ограничение  при передаче сигнала задержка сигнала. Отсюда и гуляйте. Можете особо и не согласовывать.

[Lmx2315 0]

3 часа назад, Александр Мылов сказал:

Это только при скоростях выше 1Gbps.

Нет , это зависит от длинны линии,её емкости и бывает уже на десятках мегагерц.

[zombi 0]

9 hours ago, aaarrr said:

способность приемника собрать наносекундный мусор. Частота при этом может быть любой.

Вот вот, это скорее всего и будет главной проблемой.

В одном из проектов передаю данные с одной плис на три других по SPI на частоте 75 MHz 3.3V длина линии до первой мс ~5 см, до последней ~12 см.

Пока на всех приёмниках не включил триггеры-шмитта для сигнала клока было всё печально.

Ничего не согласовывал.

 

 

[def_rain 0]

Есть еще один вопрос по моей теме.

Линия CLK как видно из фото в моем посту на первом листе, имеет три ответвления. В конце каждого ответвления я поставил pullup подтяжку к 3.3В по 4.7кОм каждый, что бы нагрузить линию. Не будет ли это проблемой? 

С одним подтягивающим резистором все было в порядке, но тогда CLK проходил последовательно по всем микросхемам и у последней микрухи я ставил подтяжку.

[Uree 0]

По хорошему подтяжка нужна в случае ОЭ/ОС. И в случае звезды, скорее всего одна у источника, а не у каждого приемника.

[def_rain 0]

44 minutes ago, Uree said:

По хорошему подтяжка нужна в случае ОЭ/ОС. И в случае звезды, скорее всего одна у источника, а не у каждого приемника.

Я делал подтяжку именно в конце линии, возле приемника, из соображений что бы вся дорожка была дополнительно нагружена током. Так сложнее навестись на неё каким нибудь помехам из вне.

Не зря же датчики с токовым выходом 4-20 мА считаются помехозащищенными.

[Александр Мылов 0]

10.12.2020 в 01:55, Lmx2315 сказал:

Нет , это зависит от длинны линии,её емкости и бывает уже на десятках мегагерц

Согласование в КВ-диапазоне требуется в мощных передатчиках и производится как правило, при помощи коаксиальных трансформаторов.

 

08.12.2020 в 20:06, def_rain сказал:

Возможны помехи, потому что в 20 мм над этой платой на стойках установлена вторая плата с большим количеством реле, которые коммутирую токи но несколько ампер AC и DC, также есть пусковые токи.

Вот это и будет основной проблемой.

Поэтому основное внимание нужно уделить ЭМС.

[Александр Мылов 0]

09.12.2020 в 18:26, def_rain сказал:

 

У меня стоят ферритовые бусинки на SPI. Они как раз и ставились, чтобы немного сгладить фронты.

 

У меня все дорожки полностью спрятаны. Если конкретно, то сигнальные проводники я трассировал в слоях 5В и 3.3В, т.е. эти слои комбинированные питание+сигнальные. Опорные полигоны земли для этих двух комбинированных слоев находятся в соседних слоях в стеке (на расстоянии 0.152мм ).

Стек:

ТОП

Земля

Комбинированный (питание+сигнальные)

Комбинированный (питание+сигнальные)

Земля

БОТ

Импеданс дорожек SPI получился 55 Ом (расчет в Аллегро)

1. С точки зрения помехозащищенности предлагаю нестандартный стек:

земля

сигнал

Питание (полигон)

Земля (полигон)

Сигнал

Земля

2. Привести все согласования к 50 ом.

3.  Все элементы на нижнем слое

4.  Особое внимание точки заземления

10.12.2020 в 02:49, zombi сказал:

по SPI на частоте 75 MHz 3.3V длина линии до первой мс ~5 см, до последней ~12 см.

Пока на всех приёмниках не включил триггеры-шмитта для сигнала клока было всё печально.

Ничего не согласовывал.

На такой частоте нужно уже задуматься о согласовании.

Очень важен фронт нарастания сигнала. Поэтому и предложил RC (ФНЧ) чтобы избавиться от дрожания сигнала( см. выше).

[Александр Мылов 0]

Но можно обойтись и без RC и бусинок если выполнить выше написанное.

Да и еще 

5. Выполнить Stitch хотя бы через каждый 1см.

08.12.2020 в 20:06, def_rain сказал:

Возможны помехи, потому что в 20 мм над этой платой на стойках установлена вторая плата с большим количеством реле, которые коммутирую токи но несколько ампер AC и DC, также есть пусковые токи.

Спасибо.

При первом прочтении не обратил внимания.

[def_rain 0]

6 hours ago, Александр Мылов said:

5. Выполнить Stitch хотя бы через каждый 1см.

 

Вы имеете в виду просто кондеров 0402 0.1мкФ разбросать по плате.

Так то у меня дорожки строго вплотную с опорными полигонами идут  и без разрывов в них.

Два сигнальный слоя, два полигона GND в плотную к ним (на расстоянии 0.15мм по стеку).

Там где дорожки переходят с одного сигнального слоя на другой и где уходят с ТОПа в сигнальные слои, я просто с переходным отверстием ставлю земляную переходнушку, чтобы возвратные токи нашли себе через неё кратчайший путь.

[Александр Мылов 0]

16 часов назад, def_rain сказал:

Вы имеете в виду просто кондеров 0402 0.1мкФ разбросать по плате.

Нет.

А вообще делайте как удобно.

Затем загоните плату в Ansys Siwave (очень удобная и хорошая прг) и увидите все свои огрехи.

Один раз пройдете этот путь потом уже интуитивно будете проектировать платы без ошибок.

[def_rain 0]

Позвольте задать в своей теме еще вопрос про шину SPI.

Есть стек 6 слойной платы:

1- Top 

(0.15мм база препрег)

2- GND

(0.152мм препрег)

3- 3.3V-signal

(0.8мм база препрег)

4- 5V-signal

(0.152мм препрег)

5- GND

(0.15мм база препрег)

6- BOT

Обратите внимание, что сигнальные проводники проходят в полигонах питания 3.3 и 5В. Сами эти полигоны питания цельные, на всю плату и не рвутся на куски сигнальными дорожками которые проходят в них.

Подразумевается, что опорный слой для сигналов со слоя 3 является GND слоя 2. А опорный слой для сигналов со слоя 4 - GND слоя 5. Расстояние между этими опорными и сигнальными слоями 0.152мм.

Расстояние между 3- 3.3V-signal и 4- 5V-signal = 0.8мм, это для того чтобы чтобы исключить влияние сигнальных проводников на этих слоях друг на друга.

Есть два вопроса.

1. Сам подход трассировать шину SPI (или что либо другое) в полигонах питания не является ли заведомо не правильным?

2. Не будет ли перекрестных помех между этими сигнальными проводниками на слоях 3 и 4, ведь между ними нет полигона, однако есть 0.8мм препрега?

PS

Плату не хочу делать 8 слойной. Видел референс дизайны плат, в которых сигнальные проводники трассировались в слоях питания.

[fighter_161 0]

09.12.2020 в 20:55, Lmx2315 сказал:

Нет , это зависит от длинны линии,её емкости и бывает уже на десятках мегагерц.

0,5 мм дорожка с препрегом 0,25  дает примерно 5 нГн/см и 0,7 пФ/см.

пусть длина будет 50 см (точка-точка), получается 250 нГн и 35 пФ, частота резонанса будет порядка 55 МГц, а -3дБ отметка порядка 80 Мгц.

Эти все рассуждения по гонки фронтов и прочее, из разряда городских легенд, SPI не тот интерфейс, чтоб серьезно разгонять за требования к п/п, особенно если плата насыщена кучей ВЧ интерфейсов и он вспомогательный.

 

Приложил файл (в помощь "начинающему радиолюбителю"), все что характерно для I2C с легкостью можно и для SPI применять. 

09.12.2020 в 21:49, zombi сказал:

Пока на всех приёмниках не включил триггеры-шмитта для сигнала клока было всё печально

Ошибку в разработке выдавать за достижение не нужно, вся цифровая электроника на триггерах, никто не "шлепает" реалтайм, особенно в малосигнальных цепях, где характерно сильное влияние ЭМС на качество сигнала.

 

 

 

layout_design_guide.pdf

[Lmx2315 0]

24.03.2022 в 15:35, fighter_161 сказал:

Приложил файл (в помощь "начинающему радиолюбителю"), все что характерно для I2C с легкостью можно и для SPI применять. 

В вашем файле дана рекомендация для i2c : Max trace length (Fast Mode) <200mm (is mainly limited by the capacitive load).

Если это использовать как рекомендацию для SPI то надо длину ещё сильнее урезать? Частоты spi-я повыше будут.

[tgruzd 0]

12 часов назад, Lmx2315 сказал:

Если это использовать как рекомендацию для SPI то надо длину ещё сильнее урезать? Частоты spi-я повыше будут.

Частоты  частотами, но у и2ц и spi есть ещё и различие в способе заряда/разряда ёмкости линии. в случае I2C линия будет заряжаться через подтягивающий резистор, а в случае SPI через открытый транзистор. 

 

24.03.2022 в 19:35, fighter_161 сказал:

все что характерно для I2C с легкостью можно и для SPI применять. 

но не так чтобы прямо 1 к 1