短距離基板間通信

私のMCUは、約4つのデバイスでSPIバスを実行しています。このバスもボード外に拡張したいと思います。つまり、いくつかのPCBを「メイン」ボードに接続し、機能を拡張したいと思います。「パッド間の距離」は次のとおりです。

メインボードのトレース長+ケーブル長+拡張ボードのトレース長

3 "+ 6" + 3 "=約12"

私の経験では、リボンケーブルを介したこの距離での立ち上がり時間が約7 nsの1 MHzの信号でさえ、1 Vを超えてオーバーシュートしていました（ただし、過度のリンギングはありませんでした）。ボードには同じ電源から電力が供給されます。

注：立ち上がり時間はここでは確認できませんが、過度のオーバーシュートは確認できます-これは3.3V信号です。そして、はい、これはプローブからグランドまでの非常に短いワイヤで適切に測定されました。このサイトでよく推奨されるように。私はそれが測定エラーだとは思わない。

システムを4 MHzで動作させたいのですが、2 MHzでも問題ありません。最大 接続したいボードの数は約4で、これによりSPIバスが拡張され、約12のデバイスができます。私はすでにこのような機能を持っているので、これをコードで管理するのはそれほど難しいとは思わない 追加のスレーブ選択ラインを持つことも問題ではありません。

しかし、私の懸念は、あるボードから別のボードにSPIデータを送信する方法です。ストレートSPIを送信するか、一方をLVDSに変換し、もう一方をSPIに戻す必要がありますか？

経験則によれば、接続長が信号の波長の1/10よりも長い場合、伝送線路の影響を計算する必要があります。

伝送ラインは、インピーダンスの突然の変化を示す反射を引き起こします。反射された信号は元の信号に追加され、送信機側で再び反射される場合があり、そのように前後に行き来します。結果はグラフに表示されます：あなたが話しているオーバーシュートと、いくつかのリンギング。

$\Omega$$\Omega$ 抵抗器から始めて、それがどれだけ遠くまで到達するかを見てください。

編集（質問の更新について）
立ち上がり時間は7nsのようです。Kortukが言うように、それは高速で、少なくとも400MHzまでのスペクトルがあり、クロックが1MHzであっても、それらの高調波は実際に伝送ラインの影響を受けます。それらを除外してみてください。20MHzの帯域幅（4MHzクロックの場合は80MHz）で十分な立ち上がり時間が得られます。これは、20MHzでブリックウォール LPFでフィルタリングされた1MHzの方形波です。

直列抵抗を配置すると、ラインの静電容量で1次のLPFが形成されます。50pFでそれを推定すると、

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

$\Omega$

このような短いバスの場合、小さな抵抗をラインを駆動するものと直列に接続してみます。これは、伝送線路理論を考慮した理論上の理想的な方法ではなく、あなたの場合に十分うまくいくと思われる実用的なアプローチです。はじめに47Ωを試して、それが何をするかを見てください。それで十分な場合は十分ですが、高くすることはできますが、120Ωを超えることはありません。その範囲のどこかに、十分に機能する値が見つかる可能性があります。

オーバーシュートは、ドライバーが負荷を駆動できる場合、適切に終端することで解消できます。そうでなければ、LVDSのような専用ドライバー/レシーバーペアまたはRS485でさえも確実に機能します。

過去にSPIをリボンケーブルで実行することで深刻な問題が発生しましたが、説明したものよりもはるかに長い問題がありました。ノイズ耐性が実際の問題になり、破損したコマンドが私の周辺機器に届きました。CEノイズ耐性テストに失敗するのに十分でした。後でこの点で問題が発生した場合は、各ボードに個別のMCUを配置し、CANbus経由で接続することをお勧めします。