Jag har fått i uppgift att utvärdera SPI-bussen, hur den betér sig när man skickar information över den i höga hastigheter (klocka på 25MHz) och ledningslängderna varierar lite osv.
Jag har iaf kommit fram till att jag helt problemfritt kan läsa från ett minne i den hastigheten över en ledning på 1m. Nu undrar jag, vilka mätningar kan vara relevanta att genomföra för att utvärdera denna transmission lines prestanda? Reflektionsmätningar? Överhörning? Något mer? Hur genomför jag dessa mätningar? Någon bevandrad själ som har några vassa tips?
Det resultat du kommer fram till beror helt på hur den fysiska utformningen ser ut ledningsimpedanser, dämpningar, termineringar etc. Börja och läs specen för bussen och se om det är definierat några såna parametrar.
man köra som du gör nu och se om det fungerar, men räkna med att det slutar fungera ganska abrupt över en viss sträcka och kanske lite större osäkerhetsområde dessförinnan.
så fort man skall skicka data över mer än någon meter tråd så bör du ha ett övergripande protokoll som kan detektera felaktigheter i överföringen - nå, jag måste till jobbet nu så jag kanske skriver vidare på det här senare - med slutkämmen är att du skall ha impedansmatchad sändare och mottagare gentemot använd kabel om du skall komma mycket längre sträckor på kabel i hög datatakt - titta lite på RS485 och varför dom använder teminatorer i ändarna på kablarna.
Nu går inte RS485 i 25Mbit-takt utan snarare max 2 Mbit - dock också upp till 2 km längd.
Skall man studera på lösningar hur man _inte_ skall bygga så är IDE-bussen och USB1.1 goda exempel (USB2.0 har man plåstrat med impedansmatchningar så att det går med nöd och näppe eftersom man kom på detta i efterhand... ).
Bättre lösningar är SCSI, firewire/1394, Ethernet där konstruktörerna redan från början har förstått hur transmissonsteorin fungerar och innebörden av telegraf-ekavtionerna och gjort rimliga kompromisser utifrån detta.
Moderna gränssnitt som HDMI och SATA mm. måste vara hyffsat genomtänkta impedansmässigt på driver och mottagarsidan då det helt enkelt inte fungerar om man fuskar...
---
Titta på 'Telegraphers formula' eller 'The Telegrapher's Equation' i google för att förstå lite om transmissionsteori - detta är fundamentalt för informationsöverföring över kabel, förstår man inte det här och inte anpassar sig efter dess uppställda regler, så får man bekymmer - det är detta som digitalknuttarna har stångats med och pratar om 'mycket kapacitans', när det egentligen handlar om impedans, våghastighet och dämpning samt effektmatchning mellan sändare -> transmissionsledning -> mottagare.
Har man också förstått ovanstående så inser man att det hjälper inte med 'starka' drivers med låg impedans och stor strömförmåga (för att kunna ta mycket 'cap') då dess egenskaper är borta efter delar av våglängden efter kabeln och det är istället kabeln som bestämmer villkoren. Det är som i badkaret, när vågen har lämnat handflatan(drivern) när du skvalpar så är det vattnet (kabeln) som bestämmer beteendet på vågen, inte handen oavsett om den är stor, liten, klen, stark på var given frekvens. När vågen träffar badkarsändan så är dess beteende som avgör om vågen studsar (oanpassad ingång, ingen energi tar sig in i ingången) eller inte (anpassat) då i sistnämda fallet så absorberar väggen energin i precis rätt takt och 'tröghet' (impedans) och energin kanske förmedlas vidare (vågkraftgeneratorer) eller dämpas (vassstrand) och omvadlas till värme.
---
De vanligaste tillgängliga koax-kabel är antingen 50 Ohm impedans eller 75 Ohm (för TV världen) i dom flesta fallen - det fins gamla nätverkskoaxkablar på 93 Ohm och inom radio och TV, bandkabel på 200, 300 Ohm
twisted pair som används i CAT-5 kabel är definierad 100 Ohm impedans
och gemensamt för nästan all förlagd kabel så gäller uppgivna 'impedansen' bara för frekvenser över ~ 200-500 kHz, under dessa frekvenser så har kabeln komplex kapacitiv impedans hur man än gör - ja om det inte är lufthängda telefontrådar med ca 3 mm tråddiameter och ca 4 dm avstånd, då är faktiskt impedansen 600 Ohm reel nära på ända ned till likström.
---
jo en sak till, skall du räkna på 'The Telegrapher's Equation' så bör du ha en miniräknare som kan lösa komplexa kvadratrötter. - klarar inte din miniräknare detta (det är bara dom dyra och avancerade 'monstren' idag som gör det) så kan du prova 'free42' om du inte är livrädd för RPN-räkning, lite ovant i början, men när du har väl lärt dig att räkna enligt metoden så kommer hanteringen av paranteser i vanliga räknare att kännas väldigt omständiga...
Har kommit till det här med impedansmatchning nu. Vad jag förstått kan man göra detta med att hänga på en parallellast på ingången till mottagaren och/eller en serielast på sändarens utgång. Vanligtvis använder man bara parallellasten har jag kommit fram till och båda lasterna ska vara lika stora som ledningens Zo. Varför väljer man ibland att ha med serielasten? I de texter jag läst står det bara att man kan ha med den, inte varför. Den borde ju leda till en ytterligare spänningsdelning tycker jag. Är det inte risk för att mina 3.3V signaler jag skickar över linan blir för svaga då? Vore ju dumt om mottagaren inte längre tolkade ettor som just ettor menar jag.
Det finns många varianter av terminering för databussar. Vilken man använder beror på vad bussen är konstruerad för. Troligen finns det inga specar för SPI, vilket gör att den inte lämpar sig för dataöverföring i hög hastighet över långa sträckor.
SPI är förmodligen någon form av TTL-derivat och är inte avsedd att mata kablar. - det bästa är att koppla en differentiell driver efter och dito mottagarkrets (ungefär som RS485 fast för snabbare fart) och sedan köra via 'twisted pair' eller koax (olika driver/koppling beroende på att koax och TP har olika impedans).
höga frekvenser som 25 MBit och högre är också lite pyssligt då kabeldämpningen är ganska märkbar, vilket ställer krav på mottgarasidan att den är känslig och växlar på utgången bara vid några mV omslag på dess differentiella ingångar,mao. långt ifrån TTL-kretsarnas 0.7 resp 2.5 Volt gränser...
'gemensam jord' existerar inte när man kör snabbt då kabeln gör sig själv till en balun när den är tillräcklig lång, vilket innebär att bortsidans jord har inget med närsidans jord att göra utan kan ha helt andra potentialer ur signalens snynvinkel.
Så modelleras även transmissionslinjer i Spice och liknande simulatorer- jordana på resp sida på transmissionslinje-symbolen är inte på samma potential och 'gemensam jord' som spice allenrådande '0' och det kan blir jäkligt konstiga effekter om man just jordar dessa mot '0' i båda ändarna...
Att sätta en ferritring runt en kabel är att förstärkar balunverkan avsevärt på kortare kabelsträcka - en metod för att minska EMI-utsrålning vid EMC-.tester och störningsjakt.
---
När man håller på att designa RF och skall matcha trissor, filter etc. så handlar det bara om impedanser och impedansmatchning. Det som dataknutten säger 'oj vad mycket kapacitans', så säger RF-teknikern 'ok- 6 Ohm impedans... usch vad jobbigt med breda ledaren så långt... (många RF-trissor ligger ungefär i den här området), få se hur och om man kan transfomera upp till 50 Ohm för bättre hanterbarhet utan att skada egenskaperna för mycket... (en del trissor måste ligga mellan 3-8 Ohm impedans för att ha dom önskvärda egenskaperna, vilket innebär upp och nedtransformeringar impedansmässigt hela tiden mellan olika delarna i förstärkaren)
