Альтернативы SPI из-за EMI

В настоящее время я делаю систему, состоящую из пластикового корпуса, в котором находится микроконтроллер, взаимодействующий с 7 АЦП с использованием SPI 2 МГц по проводам длиной около 5 см.

MCU и АЦП, подключенные через SPI

Проблема в том, что я беспокоюсь об электромагнитных помехах. Все, что я прочитал, предполагает, что любой вид цифрового сигнала, который небезопасно передается на печатную плату в заземленном металлическом корпусе, будет излучать слишком сильно, чтобы пройти тестирование на электромагнитные помехи. Я предполагаю, что это также будет включать I2C.

Может ли это привести к провалу тестирования EMI? Что я могу с этим поделать?

Я ищу любые ответы, в том числе «Использовать другую шину/АЦП», но не включая ответы, связанные с механическими изменениями, например: «Поместите все АЦП на одну и ту же печатную плату» или «Поместите все это в металлический ящик». . Меня особенно интересуют альтернативы SPI с низким уровнем электромагнитных помех, включая дифференциальные шины.

Вот некоторая актуальная информация о приложении. Пожалуйста, дайте мне знать, если вам нужно знать больше вещей:

  • На каждую плату АЦП идет по 6 проводов (Power, GND, CS, CLK, MOSI, MISO).
  • АЦП в настоящее время MCP3208 (Microchip 8-канальный, 12-битный)
  • Я работаю в крайне ограниченном пространстве, поэтому добавление экранирования к проводам на самом деле не вариант.
  • Было бы неплохо использовать какую-то дифференциальную шину (только одну или две пары), но единственные АЦП с дифференциальной связью, похоже, относятся к типам LVDS с несколькими MSPS.
  • CAN, вероятно, слишком медленный, а также довольно громоздкий для такого приложения с ограниченным пространством.
  • Частота дискретизации: мне нужно сэмплировать каждый канал на частоте 1 кГц.

Добавлен:

Просто чтобы дать представление о пространственных ограничениях:

Небольшая печатная плата с MCP3202

Здесь вы можете увидеть одну из печатных плат АЦП. У этого на самом деле есть MCP3202 вместо MCP3208, но он совместим. Он находится в пакете TSSOP 8. Печатная плата имеет размеры 11 мм х 13 мм. Черный кабель диаметром 2 мм. Как видите, места для разъема нет, а провода припаяны непосредственно к печатной плате, а затем залиты. Отсутствие разъема связано с ограничениями окружающего пространства, а не с ограничениями пространства на печатной плате.

Как экранирование кабелей может считаться нецелесообразным, но удвоение числа проводов (дифференциальная сигнализация) может считаться практичным?
Извините, я должен был быть более ясным. Я имел в виду что-то вроде CAN, двухпроводного дифференциала. Очевидно, что удвоение количества проводов невозможно. Я отредактировал вопрос.
В частности, какой тип тестирования/сертификации вы пытаетесь пройти?
@JoelB - Извините, я новичок в EMI, поэтому я не совсем уверен. Но в какой-то момент нам придется провести какое-то тестирование EMI. Наверное какой-то нормальный/потребительский уровень EMI-тестирования, если есть такое.
@Rocketmagnet Какое время нарастания вашего сигнала?
@Kortuk - Трудно сказать, потому что в данный момент я не рассматриваю это должным образом. Похоже, около 40 нс, но это может быть артефакт из-за плохих щупов и зажимов типа «крокодил». Он просто выходит из микроконтроллера.
@Rocketmagnet, да, правильный обзор имеет к этому большое отношение. Ваше излучение будет зависеть от времени нарастания, а не от тактовой частоты.
@Kortuk - Но я уверен, что читал (возможно, в высокоскоростном цифровом дизайне), что практически любой провод, выходящий из шасси, даже если он подключен к заземляющему слою, приведет к сбою электромагнитных помех.
@Rocketmagnet, О, не поймите меня неправильно, что вы очень легко делаете антенну. Для этого есть методы проектирования, он углубляется в это больше, но если ваш кабель не передает какую-либо частоту, которая проверяется тестом на электромагнитные помехи, вы должны убедиться, что вы не связываете другие высокочастотные шумы из других мест. out (что легко, как сказал высокоскоростной цифровой дизайн). Я просто хотел лучше понять вашу проблему. Мне очень нравится вопрос, и он уже получил мой +1

Ответы (2)

2 МГц SPI по кабелям длиной 5 см — это не так уж и много. Я часто использую кабели SPI 30 МГц с кабелями длиной 10 см, соответствующие классу B FCC и эквиваленту CE. Главное — убедиться, что у вас есть хороший кабель (как можно лучше контролируя зону петли) и правильно терминировать ваши сигналы.

Вы контролируете область петли, помещая сигналы питания / заземления где-то посередине кабеля: оба в середине разъема, но также и в середине пучка проводов. Обычно у вас есть питание или GND на сигнал, но, поскольку это редко бывает практичным решением, вы должны делать все возможное с тем, что у вас есть. Кроме того, не забудьте установить одну или две развязывающие заглушки на печатные платы на обоих концах кабеля.

Правильная терминация сигналов будет немного сложной, поскольку у вас нет контролируемого импеданса на вашем кабеле. Что бы я сделал, так это поместил RC-фильтр на печатную плату на обоих концах кабеля. RC-фильтр будет иметь букву C на стороне кабеля и букву R на стороне микросхемы. На сигнальном драйвере я бы начал с R около 75 Ом и C около 1 нФ. В приемнике R будет около 10 Ом, а C по-прежнему 1 нФ. После того, как вы создали прототипы, вы должны попробовать разные значения. По сути, вам нужны более высокие значения R и C, но не настолько высокие, чтобы устройство перестало работать или уровни сигнала были слишком ослаблены. Края ваших сигналов должны выглядеть очень закругленными, но не должно быть звона, и часы должны быть хорошими в диапазоне перехода сигнала (обычно от 0,8 до 2,0 вольт).

Значение конденсатора не менее 3 нФ идеально подходит для защиты от электростатического разряда, но это может не быть проблемой в вашем приложении.

Спасибо за Ваш ответ. Да, я почти уверен, что импеданс изменяется в нескольких точках при переходе от печатной платы к разъему, кабелю и т. д. Кроме того, линии CS, CLK и MOSI являются общими для всех АЦП. Это имеет значение?
@Rocketmagnet Фильтры RC, по сути, перестанут работать. Вот почему сигналы будут выглядеть очень закругленными. Это сделает для вас несколько вещей, наиболее важным из которых является снижение импеданса до критического значения. Вы должны повторно буферизовать сигналы CS, CLK и MOSI, чтобы они не передавались по кабелям. Иногда это невозможно, поэтому вторым (отдаленным) лучшим вариантом является использование отдельного терминирования для каждого кабеля, а не совместное подключение.

CAN почти наверняка ваш лучший выбор в такого рода приложениях. Это дифференциально, и на самом деле должно уменьшить количество проводов, идущих к каждой плате. Если вы сэмплируете семь чипов, восемь каналов на чип, двенадцать бит на канал, это 672 бита данных за время выборки. При частоте дискретизации 1 кГц и скорости передачи 1 Мбит это 1000 бит за шаг дискретизации. Это не оставляет вам много места для накладных расходов, поэтому вы можете рассмотреть возможность использования микроконтроллера со встроенными двумя отдельными контроллерами CANbus. (Microchip производит несколько, я использую dsPIC 30F6012a.) центральный микроконтроллер на обоих, и у вас должно быть достаточно пропускной способности.

С другой стороны, вы можете подумать о замене аналого-цифровых преобразователей микроконтроллерами. dsPIC 30F4013 может быть хорошим выбором. 13 12-битных аналогово-цифровых каналов, а также шина CAN.

В качестве альтернативы, я думаю, вы можете преобразовать SPI в / из протоколов дифференциального напряжения, таких как RS-485. Но я бы не знал достаточно об этом, чтобы комментировать разумно.

Спасибо за Ваш ответ. Я рассматривал CAN, но, в конце концов, не уверен, что для компонентов хватит места. Если бы были доступны крошечные приемопередатчики CAN, это могло бы быть возможным. Самые маленькие, которые я могу найти, это SOIC 8.
!! Когда вы говорите, что пространство ограничено, вы имеете в виду это! Вы можете проверить этот ответ: electronics.stackexchange.com/a/30596/7523 По-видимому, вы МОЖЕТЕ обойтись без использования трансивера в этих обстоятельствах. Мне, конечно, было бы интересно узнать, если вы можете!
Хе. Проверьте имя в том ответе, на который вы ссылаетесь.
Итак, то, что я сказал о том, что у меня недостаточно знаний, чтобы комментировать разумно? Ага.
Альтернативы SPI из-за EMI
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v