基于LVDS和SPI技术的板间通信设计
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1
SPl技术
SPI(Serial
Peripheral
Interface,同步串行接口)是MOTOROLA公司提出的一种接口协
议,它允许CPU与其它各种外设之间以高速同步串行方式进行信息交换.它使用4条线:串行时 钟线(SCK),主机输入/从机输出线(MIS0),主机输出/从机输入(MOSI),低电平有效的使能信号 线(ss).它的主要特征是:
表2 DS91C176的接收真值表
输入
/RE O.8V 0.8V O.8V 2V DE 0.8V 0.8V 0.8V. O.81, A-B ≥0.15V ≤0.05V OV X
输}l:
R H L L Z
3基于LVDS和SP l技术的板间通信硬件设计
本文借助LVDS和SPI技术搭建了一个硬件测试平台,实现了板间互连,以及一主多从的板 间通信,板间的数据传输速率可以达到6.8Mbps. 3.1硬件实现
4l
噪音影响.LVDS具有以下几个突出特点:
①高速率.由于LVDS逻辑状态间的电压变化仅为300mY,因而能非常快地改变状态:
②低功耗;
③噪声性能好; ④具有故障安全(fai 12safe)特性确保可靠性: ⑤LVI)S驱动器和接收器还能实现热插拔,因为恒流驱动解决了损坏问题.
在本设计中为了实现板间互连.采用的是多点LVDS(MLVDS)DS91C176.MLVDS是基于LVDS 的一种新型总线接口标准,不仅具有前述的LVDS的优点,还有较好的负载能力,其最多可以带 32个负载,图1所示是DS91C176的原理封装图.
关键词:SPI LvDs板面通信
voltage differential
signaling)技术和SPI技术结合在一起,
0引言
在控制系统中,往往需要实现不同信号处理板之间的互连和信息交换.并行数据传输是实现 不同信号处理板之问互连的一种常见方式.但是,并行数据传输方式用的总线铰多.不仅容易受 干扰.传输距离也很容易受到限制.随着LVDS技术的兴起,采用串行方式实现板间互连正在引 起更多开发人员的关注.SPI技术是实现板内不同器件之间互联的～种同步串口协议.该技术本 身很难实现板阈互连.但是,结合LVI)S技术的SPI在实现板间互连上表现出突出的优点.
①全双工的3线同步数据传输; ②连线较少,简化电路设计.可以实现一主多从; ③可以设置LSB第一或MSB第一进行数据传输: ④传输速率可以编程设置; ⑤具有传输结束中断标志.
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LVDS技术
LvDs(Low
Voltage Differential
Signaling)是一种低振幅差分信号技术,最早是由美国国
I
圮C
R【
,
饨
.
O
洲旧
图1 的电平,可以实现差分信号的收发.
DS91C176的原理封装图
表l是DS91C176的发送真值表,表2是DS91C176的接收真值表.通过控制/RE和DE引脚 表1 DS910176的发送真值表
输入
/RE
X X X DE 2V 2V 0.8V D 2V 0.8V X
输出
B L H Z A H L Z
.SPI. 一 一
nls320L F2407
A"lSA
M7S64
{
1.......一
图2基于LVDS的主SPI实现框图
3.2
图3基于LVDS的从SPI实现框图
LVDS系统设计要点 由于LVDS本身特点使得在设计上有一些要求.首先,差分线对使用与传输媒质的差分阻抗
和终端电阻相匹配的受控阻抗线,并且使差分线对离开集成芯片后立刻尽可能地相互靠近(距离 小于10 mm),这样能减少反射并能确保耦合剑的噪卢为共模噪声;其次,使差分线对的K度相互 匹配以减少信号扭曲;另外,尽量减少过孔和使用90.折线来改变线迹走向,避免其它引起线 路不连续性的因素.
of Electrical& National Standards
家半导体公司提出的一种高速信号传输方式,后来在IEEE(Institute
Electronic Industries
Engineers)和ASSI(American
Institute)/EIA(E1ectronic
Association)两个国际标准中进行了定义.在这两个标准中都指定了与物理媒质无
基于LVDS和5Biblioteka BaiduI技术的板闻通信设计
互维建
耪
焘
(上海新华控制技术(集团)有限公司,上海201108)
摘要:SPI(Serial Interface,同步串行接口)技术适用于与各种外围器件进行通信.这种通信方
Peripheral
式采用三线连接.具有连线少,速度快,可靠性高等特点.非常适合于短距离板内信号传输.SPI本身并不适合 长距离,跨板信号传输.本文把LVDS(10w 实现了多板之间的长距离信号传输.
42
图2所示是基于LVDs的主SPI实现框图.首先,利用TMS320LF240的一个I/O口进行地址 译码,选通从SPI设备:然后,微处理器TMS320LF2407产生的SPI信号经过DS91C176转换为差 分信号,发送到从SPI设备.图3所示是基于LVDS的从SPI实现框图,主SPI选通从SPI设备 以后,主从之间建立握手信号,开始进行SPI通信.
关的特性,这保证了LVDS能成为多用途的接口标准. LvDS通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据.它能以高达数千MbDs的速度传送串行 数据.由于电压信号幅度较低,而且采用恒流源模式驱动,故只产生极低的噪声,消耗非常小的功 率.甚至不论频率高低,功耗都几乎不变.此外.由于LVDS以差分方式传送数据,所以不易受共模
4结束语
本文把SPI通信技术和LVDS技术有机结合在了一起,设计了一种基于LVDS和SPI技术的板 间通信方式.该通信方式具有连线少,速度快,可靠性高,传输距离远等优点,特别适合于基于 背板总线的数据传输方式,是一种比较新颖的板间数据通信方式.
43
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SPl技术
SPI(Serial
Peripheral
Interface,同步串行接口)是MOTOROLA公司提出的一种接口协
议,它允许CPU与其它各种外设之间以高速同步串行方式进行信息交换.它使用4条线:串行时 钟线(SCK),主机输入/从机输出线(MIS0),主机输出/从机输入(MOSI),低电平有效的使能信号 线(ss).它的主要特征是:
表2 DS91C176的接收真值表
输入
/RE O.8V 0.8V O.8V 2V DE 0.8V 0.8V 0.8V. O.81, A-B ≥0.15V ≤0.05V OV X
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R H L L Z
3基于LVDS和SP l技术的板间通信硬件设计
本文借助LVDS和SPI技术搭建了一个硬件测试平台,实现了板间互连,以及一主多从的板 间通信,板间的数据传输速率可以达到6.8Mbps. 3.1硬件实现
4l
噪音影响.LVDS具有以下几个突出特点:
①高速率.由于LVDS逻辑状态间的电压变化仅为300mY,因而能非常快地改变状态:
②低功耗;
③噪声性能好; ④具有故障安全(fai 12safe)特性确保可靠性: ⑤LVI)S驱动器和接收器还能实现热插拔,因为恒流驱动解决了损坏问题.
在本设计中为了实现板间互连.采用的是多点LVDS(MLVDS)DS91C176.MLVDS是基于LVDS 的一种新型总线接口标准,不仅具有前述的LVDS的优点,还有较好的负载能力,其最多可以带 32个负载,图1所示是DS91C176的原理封装图.
关键词:SPI LvDs板面通信
voltage differential
signaling)技术和SPI技术结合在一起,
0引言
在控制系统中,往往需要实现不同信号处理板之间的互连和信息交换.并行数据传输是实现 不同信号处理板之问互连的一种常见方式.但是,并行数据传输方式用的总线铰多.不仅容易受 干扰.传输距离也很容易受到限制.随着LVDS技术的兴起,采用串行方式实现板间互连正在引 起更多开发人员的关注.SPI技术是实现板内不同器件之间互联的～种同步串口协议.该技术本 身很难实现板阈互连.但是,结合LVI)S技术的SPI在实现板间互连上表现出突出的优点.
①全双工的3线同步数据传输; ②连线较少,简化电路设计.可以实现一主多从; ③可以设置LSB第一或MSB第一进行数据传输: ④传输速率可以编程设置; ⑤具有传输结束中断标志.
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LVDS技术
LvDs(Low
Voltage Differential
Signaling)是一种低振幅差分信号技术,最早是由美国国
I
圮C
R【
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洲旧
图1 的电平,可以实现差分信号的收发.
DS91C176的原理封装图
表l是DS91C176的发送真值表,表2是DS91C176的接收真值表.通过控制/RE和DE引脚 表1 DS910176的发送真值表
输入
/RE
X X X DE 2V 2V 0.8V D 2V 0.8V X
输出
B L H Z A H L Z
.SPI. 一 一
nls320L F2407
A"lSA
M7S64
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1.......一
图2基于LVDS的主SPI实现框图
3.2
图3基于LVDS的从SPI实现框图
LVDS系统设计要点 由于LVDS本身特点使得在设计上有一些要求.首先,差分线对使用与传输媒质的差分阻抗
和终端电阻相匹配的受控阻抗线,并且使差分线对离开集成芯片后立刻尽可能地相互靠近(距离 小于10 mm),这样能减少反射并能确保耦合剑的噪卢为共模噪声;其次,使差分线对的K度相互 匹配以减少信号扭曲;另外,尽量减少过孔和使用90.折线来改变线迹走向,避免其它引起线 路不连续性的因素.
of Electrical& National Standards
家半导体公司提出的一种高速信号传输方式,后来在IEEE(Institute
Electronic Industries
Engineers)和ASSI(American
Institute)/EIA(E1ectronic
Association)两个国际标准中进行了定义.在这两个标准中都指定了与物理媒质无
基于LVDS和5Biblioteka BaiduI技术的板闻通信设计
互维建
耪
焘
(上海新华控制技术(集团)有限公司,上海201108)
摘要:SPI(Serial Interface,同步串行接口)技术适用于与各种外围器件进行通信.这种通信方
Peripheral
式采用三线连接.具有连线少,速度快,可靠性高等特点.非常适合于短距离板内信号传输.SPI本身并不适合 长距离,跨板信号传输.本文把LVDS(10w 实现了多板之间的长距离信号传输.
42
图2所示是基于LVDs的主SPI实现框图.首先,利用TMS320LF240的一个I/O口进行地址 译码,选通从SPI设备:然后,微处理器TMS320LF2407产生的SPI信号经过DS91C176转换为差 分信号,发送到从SPI设备.图3所示是基于LVDS的从SPI实现框图,主SPI选通从SPI设备 以后,主从之间建立握手信号,开始进行SPI通信.
关的特性,这保证了LVDS能成为多用途的接口标准. LvDS通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据.它能以高达数千MbDs的速度传送串行 数据.由于电压信号幅度较低,而且采用恒流源模式驱动,故只产生极低的噪声,消耗非常小的功 率.甚至不论频率高低,功耗都几乎不变.此外.由于LVDS以差分方式传送数据,所以不易受共模
4结束语
本文把SPI通信技术和LVDS技术有机结合在了一起,设计了一种基于LVDS和SPI技术的板 间通信方式.该通信方式具有连线少,速度快,可靠性高,传输距离远等优点,特别适合于基于 背板总线的数据传输方式,是一种比较新颖的板间数据通信方式.
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