EMIのためのSPIの代替

私は現在、長さ約5cmのワイヤを介して2MHz SPIを使用して7つのADCと通信するMCUを含むプラスチック製の筐体で構成されるシステムを作成しています。

SPIで接続されたMCUとADC

問題は、EMIが心配だということです。私が読んだすべてのことは、接地された金属シャーシのPCBに安全でないあらゆる種類のデジタル信号は、EMIテストに合格するには放射しすぎることを示唆しています。これにはI2Cも含まれると思います。

これはEMIテストに失敗する可能性がありますか？これについて何ができますか？

「異なるバス/ ADCを使用する」などのあらゆる種類の答えを探していますが、「すべてのADCを同じPCBに配置する」または「すべてを金属の箱に入れる」などの機械的な変更を含む回答は含みません。。特に、差動バスを含むSPIに代わる低EMIに興味があります。

ここに、アプリケーションに関するいくつかの関連情報があります。さらに詳しく知る必要がある場合はお知らせください。

6本のワイヤが各ADCボードに接続されます（電源、GND、CS、CLK、MOSI、MISO）。
ADCは現在MCP3208（Microchip 8チャンネル、12ビット）です
私は必死にスペースが限られたアプリケーションで作業しているので、ワイヤにシールドを追加することは実際にはオプションではありません。
何らかの種類の差動バス（1ペアまたは2ペアのみ）を使用すると便利ですが、差動通信を備えたADCはマルチMSPS LVDSタイプのみと思われます。
CANはおそらく遅すぎるでしょうし、そのようなスペースに制約のあるアプリケーションにとってはかさばるものでもあります。
サンプルレート：すべてのチャンネルを1kHzでサンプリングする必要があります。

追加：

スペースの制約を理解するために：

MCP3202を備えた小型PCB

ここで、ADC PCBの1つを見ることができます。これは実際にはMCP3208ではなくMCP3202を持っていますが、互換性があります（ish）。TSSOP 8パッケージに含まれています。PCBは11mm x 13mmです。黒いケーブルは直径2mmです。ご覧のとおり、コネクタ用のスペースさえありません。配線はPCBに直接ハンダ付けされてからポッティングされます。コネクタの不足は、PCBスペースの制約ではなく、周囲のスペースの制約によるものです。

spi wire emc

— ロケットマグネット
ソース

ケーブルのシールドを非実用的と見なすことができますが、ワイヤ数を2倍にする（差動信号）ことは実用的と見なすことができますか？

— timrorr

申し訳ありませんが、もっと明確にすべきでした。CANのようなもので、2線式差動です。明らかに、ワイヤの数を2倍にすることは不可能です。質問を編集しました。

— Rocketmagnet

具体的には、どのタイプのテスト/認証に合格しようとしていますか？

— ジョエルB

@JoelB-申し訳ありませんが、私はEMIに慣れていないので、よくわかりません。しかし、ある時点で、何らかのEMIテストを行う必要があります。そのようなことがあれば、おそらく何らかの種類の通常/消費者レベルのEMIテストです。

— Rocketmagnet

@Rocketmagnet、ああ、あなたは非常に簡単にアンテナを作っていると誤解しないでください。これには設計方法がありますが、彼はさらに詳しく説明しますが、ケーブルがEMIテストで確認できる周波数を運んでいない場合は、他の場所からの他の高周波ノイズを結合していないことを確認する必要がありますout（高速デジタル設計が言ったように簡単です）。私はあなたの問題のより良いアイデアが欲しかった。私は質問がとても好きで、すでに私の+1が得られました。

— コルトゥク

回答:

5 cmケーブル上の2 MHz SPIはそれほど大きくありません。10 cmケーブルで30 MHz SPIをたくさん実行し、FCCクラスBおよび同等のCEに合格しています。重要なのは、ケーブルが適切であることを確認し（ループ領域でできる限り最適に制御する）、信号を適切に終端することです。

ケーブルの中央のどこかに電源/ GND信号を配置することにより、ループ領域を制御します。両方ともコネクタの中央ですが、ワイヤの束の中央にもあります。通常、信号ごとに電源またはGNDがありますが、それが実用的なソリューションになることはめったにないので、持っているものを最大限に活用する必要があります。また、ケーブルの両端のPCBに1つまたは2つのデカップリングキャップを必ず取り付けてください。

ケーブルのインピーダンスが制御されていないため、信号を適切に終端することは少し注意が必要です。私がやることは、ケーブルの両端のPCBにRCフィルターを置くことです。RCフィルターには、ケーブル側にC、チップ側にRがあります。信号ドライバーでは、約75オームのRと約1 nFのCから始めます。受信機では、Rは約10オームで、Cは1 nFのままです。プロトタイプを作成したら、異なる値を試してください。基本的には、RとCの値を高くしたいが、動作が停止したり、信号レベルが減衰しすぎたりするほど高くはありません。信号のエッジは非常に丸みを帯びたように見えますが、リンギングはなく、クロックは信号遷移帯域（通常は0.8〜2.0ボルト）にあるはずです。

少なくとも3 nFのキャップ値はESD保護に理想的ですが、それはアプリケーションの問題ではないかもしれません。

ご回答有難うございます。はい、プリント基板からコネクタ、ケーブルなどに移動する際に、インピーダンスが複数のポイントで変化することを確信しています。また、CS、CLK、およびMOSIラインはすべてのADCで共有されます。それは違いを生みますか？

— Rocketmagnet

@Rocketmagnet RCフィルターは本質的に過剰終了します。これが、信号が非常に丸みを帯びて見える理由です。これはいくつかのことを行いますが、最も重要なのはインピーダンスをそれほど重要にしないことです。ケーブル間で共有されないように、CS、CLK、およびMOSI信号を再バッファする必要があります。それが不可能な場合もあるため、2番目の（遠い）最善策は、ケーブルごとに別々の終端を使用し、終端を共有しないことです。

CANは、ほぼ確実にこの種のアプリケーションの最善策です。それは差動であり、実際に各ボードに行くワイヤの数を減らす必要があります。7チップ、チップあたり8チャネル、チャネルあたり12ビットをサンプリングする場合、サンプル時間あたり672ビットのデータになります。1 kHzサンプル、1 Mビット転送レートでは、サンプル時間あたり1000ビットです。オーバーヘッドの余地はあまりないので、2つの独立したCANbusコントローラーが組み込まれたマイクロコントローラーの使用を検討することをお勧めします。両方に中央のマイクロコントローラーがあり、十分な帯域幅が必要です。

一方、A / Dコンバーターをマイクロコントローラーに置き換えることを検討することもできます。そこではdsPIC 30F4013が良い選択かもしれません。13 12ビットA / Dチャネル、およびCANbus。

あるいは、SPIをRS-485などの差動電圧プロトコルとの間で変換できると思います。しかし、私はそれについて知的にコメントするほど十分に知りません。

— スティーブンコリングス
ソース

ご回答有難うございます。CANを検討しましたが、最終的には、コンポーネントに十分なスペースがあるかどうかはわかりません。使用可能な小さなCANトランシーバーがあれば、それが可能かもしれません。私が見つけることができる最小のものは、SOIC 8のようです

— Rocketmagnet

!! スペースに制約があると言うとき、あなたはそれを意味します！あなたはこの答えをチェックアウトすることがありますelectronics.stackexchange.com/a/30596/7523はどうやら、あなたはこのような状況では、トランシーバを使用していないと逃げることができるかもしれません。できるかどうか知りたいと思います！

— スティーブンコリングズ

へえ。リンクした回答の名前を確認してください。

— Rocketmagnet

だから私が私について言ったことは、知的にコメントするのに十分な知識がありませんか？うん。

— スティーブンコリングズ