[Kitsok 0]

Добрый день!

 

Любительским образом разрабатываю устройство ввода-вывода для строительства "картонных кабин" для авиасимуляторщиков.

 

Непосредственно устройства ввода (кнопки, тумблеры, энкодеры) и вывода (светодиоды, 7-сегментные индикаторы) подключаются к сдвиговым регистрам ('165 и '595), регистры каскадированы и подключены к контроллеру, к SPI-порту через преобразователь уровней 3.3<->5 ADG3304 и инвертор '04 (нужен для инвертирования CS для '165.

Частота SPI выбрана равной 12 МГц из соображений производительности контроллера, периода опроса энкодеров и т.д.

 

Имеется разведенная плата, на ней - ветка из 8 '165 и 8 '595. Дальше шина оканчивается разъемом RJ-45, где имеется 4 сигнала и 4 "земли". Предполагается подключать дальше цепочкой следующие платы с регистрами(модули), делая таким образом длинную цепочку из сдвиговых регистров.

Последовательных резисторов на сигнальных линиях , впрочем как и подтяжек не стоит.... При подключении оконечных устройств непосредственно к плате никаких проблем нет, все работает как и задумано.

 

Опыты показали, что если подключить к этому RJ-45 произвольной длины (от 5 сантиметоров до 2 метров) кабель, то вся работа шины останавливается. Осцилографом еще не смотрел, но предполагаю завалы фронтов и, возможно, звон. Я так предполагаю, что если уж кабель вызывает отказ работы шины, то никакими ухищирениями со стороны модуля ситуацию исправить не получится, и нужно переделывать схему и переразводить плату.

 

Как решение предполагаю установку подтягивающих к +5 резисторов, буфера типа '125 и проходных резисторов 20-50 ом. Аналогичную схему планирую также ставить на всех последующих модулях. Соединяться все это хозяйство будет неэкранированной витой парой CAT5, земля и сигналы будут перевиты.

 

Поскольку ни образования, ни опыта в высокочастотной электронике у меня нету, прощу помощь уважаемых знатоков - поможет ли затея с буфером и резисторами?

 

Заранее спасибо!

[rezident 0]

Может стоит для такого случая LVDS-драйверы/приемники применить? По крайней мере сигналы, подаваемые на разъем, пробуферировать нужно в любом случае.

[bms 0]

Достаточно сделать две вещи:

1. Клок от "мастера" размножить на буфере и завести на каждую плату СВОЙ.

2. В цепях данных и клока поставить полследовательные резисторы номиналом 82 Ом (для согласования с CAT5). Резисторы ставить строго на передающей стороне.

 

Да, еще. Желательно, в случае если провода от платы до платы будут длинными - выровнять по длине линии данных и клока.

 

Это конечно потребует несколько переделать то, что у Вас уже есть, но это единственное дешёвое и надёжное решение.

[alexander55 0]

Рекомендую посмотреть

http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/lvds/lvds.htm

[Kitsok 0]

rezident,alexander55

 

По LVDS почитаю, но с одной стороны - 12 МГц, не перебор-ли, а с другой - насколько это удорожит систему и как передать общую землю через 4-парник? Ведь как я понял, используются дифф. пары, а у меня 4 сигнала. Хотя, два из них инвертированны.... В общем, буду думать.

 

 

 

bms

Поскольку данные у меня как бы от крайнего регистра, то его надо змейкой пустить? И CS, наверное, тоже стоит так-же?

 

Про резисторы понял. Подтяг не нужно?

 

А вот про размножение клока - это сложно.... 4-парный кабель - это максимум 4 платы, т.е. на плате (при ограничении в 2048 регистров - это по 512 регистров на плату.... Либо делать плату размножителя клоков отдельную... В общем, буду думать, с точки зрения разъемов не очень понятно, как это сделать. Платы-то последовательно соединяются..

 

 

Спасибо большое за ответы!!!

[bms 0]

bms

Поскольку данные у меня как бы от крайнего регистра, то его надо змейкой пустить? И CS, наверное, тоже стоит так-же?

 

Про резисторы понял. Подтяг не нужно?

 

А вот про размножение клока - это сложно.... 4-парный кабель - это максимум 4 платы, т.е. на плате (при ограничении в 2048 регистров - это по 512 регистров на плату.... Либо делать плату размножителя клоков отдельную... В общем, буду думать, с точки зрения разъемов не очень понятно, как это сделать. Платы-то последовательно соединяются..

Спасибо большое за ответы!!!

 

Размножать клок можно непосредственно на плате. Схематично вариант такого размножения показан на рисунке. Ставите на входе каждой платы буфер-повторитель, через него заводите на регистры данные и размножаете клоки. Один из клоков и данные с последнего регистра выводите во внешний мир через резисторы согласования. Таким образом можно соединить сколько угодно плат.

 

Резисторы подтяжки не нужны.

Выравнивание клока и данных в этом случае получится автоматически - т.к. всё это будет передаваться через один 4-х парный кабель.

Важно данные и клок протаскивать через один и тот же корпус буфера, т.е. берёте например счетверённый буфер, как на рисунке. Нельзя использовать разные корпуса (например не счетверённый корпус, а четыре отдельных корпуса), поскольку в этом случае разные корпуса будут иметь разные задержки и при большом числе плат данные и клок могут сильно "разъехаться" во времени. А в пределах одного (счетверённого например) корпуса задержки по всем буферам будут одинаковые.

[gte 6]

времени. А в пределах одного (счетверённого например) корпуса задержки по всем буферам будут одинаковые.

 

А данные, прошедшие через SPI устройство, пройдут с нулевой задержкой?

[zltigo 0]

А данные, прошедшие через SPI устройство, пройдут с нулевой задержкой?

Добавлю еще, что даже при задержках "скомпенсированных" на многочисленных буферах СLK и MOSI проблема разбега CLK и MISO стоит в полный рост, ибо составляет суммарную задержку передачи CLK туда и MISO обратно.

[alexander55 0]

Добавлю еще, что даже при задержках "скомпенсированных" на многочисленных буферах СLK и MOSI проблема разбега CLK и MISO стоит в полный рост, ибо составляет суммарную задержку передачи CLK туда и MISO обратно.

Да, конечно.

Вот простой расчетик.

При длине кабеля 2 м, сигнал проходит растояние 4 м.

Если сигнал распространяется со скоростью света 300 т.км/с, задержка составит 13,3 нс.

Если учесть индуктивность кабеля и задержки чиповые (3-10 нс), то это значение может удвоиться-утроиться.

Прикиньте, какой это фазовый сдвиг на 12 МГц. Более четверти до половины периода.

Уже есть над чем задуматься. :)

[Kitsok 0]

Да, конечно.

Вот простой расчетик.

При длине кабеля 2 м, сигнал проходит растояние 4 м.

Если сигнал распространяется со скоростью света 300 т.км/с, задержка составит 13,3 нс.

Если учесть индуктивность кабеля и задержки чиповые (3-10 нс), то это значение может удвоиться-утроиться.

Прикиньте, какой это фазовый сдвиг на 12 МГц. Более четверти до половины периода.

Уже есть над чем задуматься. :)

 

Прошу прощения за нескромный вопрос, но может быть существуют какие-то устоявшиеся решения проблемы с разбегом? Или SPI совсем не предназначен для таких дел?

[Сергей Борщ 119]

Прошу прощения за нескромный вопрос, но может быть существуют какие-то устоявшиеся решения проблемы с разбегом? Или SPI совсем не предназначен для таких дел?

Приходит в голову использование для приема второго SPI в режиме slave, на который подается CLK с того же регистра, с которого и снимается MOSI. Остается вопрос - где взять еще одну пару в кабеле. А еще могу порекомендовать книжку "Синхронизация в телекоммуникационных системах" - там много интересных решений описано.

[zltigo 0]

Или SPI совсем не предназначен для таких дел?

Не предназначен.

Прошу прощения за нескромный вопрос, но может быть существуют какие-то устоявшиеся решения проблемы с разбегом?

Устоявшиеся :). Для случаев, когда нужно пропускать/буферизировать десяткомегагерцовые SPI использую, например, 9bit посылки при этом лишний бит и лишний такт используется для компенсации задержки.

[Kitsok 0]

Не предназначен.

 

Устоявшиеся :). Для случаев, когда нужно пропускать/буферизировать десяткомегагерцовые SPI использую, например, 9bit посылки при этом лишний бит и лишний такт используется для компенсации задержки.

 

Интересный ход. А как при этом определить, в каком бите у нас что пришло?

[alexander55 0]

Прошу прощения за нескромный вопрос, но может быть существуют какие-то устоявшиеся решения проблемы с разбегом? Или SPI совсем не предназначен для таких дел?

Устоявшегося (или устоявшевося) решения нет (готового). SPI - это синхронный интерфейс для SWAP. Его преимущество проявляется при близком расположении SPI-устройств (на одной плате или набираемом блоке).

PS. При больших длинах посмотрите в сторону снижения CLK.

Или изменения алгоритма функционирования (например, аппаратного SPI с учетом задержек от каждого SPI)

или вариант Сергея.

 

Интересный ход. А как при этом определить, в каком бите у нас что пришло?

Да, Вам zltigo предложил классный вариант (можно сказать, гениальный).

Используйте тестовую посылку для выявления где мухи, где котлеты.

[zltigo 0]

Интересный ход. А как при этом определить, в каком бите у нас что пришло?

На "трансляторе" производится стробирование принимаемых данных входной тактовой и таким образом вносится гарантированный сдвиг ровно на один бит. Передавать будете в первых восьми битах а принимать в последних восьми.

 

 

P.S.

А вообще так SPI c TTL уровнями использовать это махровое радиолюбительство :(.