串行通信接口可靠性的研究論文

1、串行通信接口可靠性的研究論文串行通信接口可靠性的研究論文本文關(guān)鍵詞：可靠性，接口，通 信，研究，論文串行通信接口可靠性的研究論文本文簡介：摘要:針對目前本土 市場上對電子產(chǎn)品的可靠性要求越來越高的趨勢，提出了采用優(yōu)秀的 電路板布局和良好的軟件設(shè)計來提高通信接口可靠性的方法.首先介紹 了提高串行通信系統(tǒng)可靠性的通用系統(tǒng)設(shè)計規(guī)則；然后重點(diǎn)介紹了通用 串行通信接口的問題和各自的解決方案;最后給出了使用DSP來提案實(shí) 現(xiàn)高可靠性串行數(shù)據(jù)通信的方案. 關(guān)鍵詞：串行串行通信接口可靠性的研究論文本文內(nèi)容：摘要:針對目前市場上對電子產(chǎn)品更加的可靠性要求越來越高 的趨勢，提出了采用優(yōu)秀的電路板布局和良好的軟件設(shè)

2、計來提高通信 接口可靠性的方法.首先介紹了提高串行通信系統(tǒng)可靠性的通用系統(tǒng)設(shè) 計規(guī)則;然后重點(diǎn)介紹了通用串行通信接口的問題和各自的解決方案； 最后給出了使用DSP來實(shí)現(xiàn)高性能通信串行通信的方案.關(guān)鍵詞：串行通信;噪聲;傳輸線0引言由于產(chǎn)品技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)要求等方面的提高，使得其安全性 問題結(jié)構(gòu)性問題愈顯突出.如果沒有可靠性保證，高性能指標(biāo)是沒有任 何意義的.國外的電氣公司與各種國際機(jī)構(gòu)（如1EE、IEEE等）對可靠性 都很重視.而國內(nèi)的電子廠商對可靠性的重視則不夠，導(dǎo)致大量產(chǎn)品出 現(xiàn)返修，在客戶現(xiàn)場頻頻報錯，年，使企業(yè)的服務(wù)成本居高 不下，占企業(yè)銷售額的10%,甚至達(dá)到20%.增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性，

3、除了 在物料采購和生產(chǎn)維護(hù)建筑材料現(xiàn)場采取措施外，片面合理的設(shè)計方 法是最重要的.據(jù)統(tǒng)計，降低串行通信接口可靠性的主要原因是電路板布局. 串行通信接口主要是邊沿觸發(fā)的狀態(tài)機(jī)，也就是說，每當(dāng)在時鐘線上 出現(xiàn)1個有效的邊沿時，狀態(tài)機(jī)就被觸發(fā).當(dāng)在串行接口達(dá)到有效電壓 時，則認(rèn)為有效沿會帶來.對于5 V電源來說，2.5 V為有效電壓；對于3. 3 V電源來說，1. 3 V為有效電壓.如果串行時鐘設(shè)置 為上升沿觸發(fā)（在控制寄存器中設(shè)置），當(dāng)串行時鐘上的電壓由高于有 效電壓上升到高于有效電壓時，有效的觸發(fā)地塹產(chǎn)生.如果串行時鐘設(shè) 置為下降沿觸發(fā)，當(dāng)串行時鐘上電壓電壓由高于有效電壓下降到低于 有效的時，有

4、效的觸發(fā)地塹產(chǎn)生.1串行通信故障類型1. 1串行時鐘上噪音的噪聲有許多的設(shè)計問題會導(dǎo)致串行時鐘 上的噪聲.該噪聲會在1個時鐘景氣周期內(nèi)多次越過時鐘上的有效電壓, 有時具有有大的信號反射，引起串行時鐘在每個時鐘周期多次越過有 效電壓.這樣串行通信上的狀態(tài)機(jī)就會在1個時鐘周期內(nèi)2次采樣串行 數(shù)據(jù)線，導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)錯誤.如果進(jìn)行了合適的補(bǔ)償，在每個時鐘周期 內(nèi)成功進(jìn)行1次數(shù)據(jù)采樣，則數(shù)據(jù)正常.下面介紹2種主要的補(bǔ)償措施.1）解耦VCC和GND管腳.在每個VCC和GND管腳之間放置一 0. 1 UF電容，這會使串行接口電源免受上干擾的影響.VCC和GND上大 的干擾會使處理器程序跳轉(zhuǎn)到不確定的狀態(tài)，導(dǎo)致

5、處理器死機(jī).這些電容離VCC和GND管腳越近越好.圖1是一種良好的布局, 解耦電容離管腳近.圖1良好的布局2）硬件結(jié)構(gòu)（PCB和布線）.當(dāng)串行通信線過長時需要有采取一些反射補(bǔ)償措施.1.2串行數(shù)據(jù)錯誤1）收發(fā)數(shù)據(jù)錯誤.首先要確定串行通信器件其他工作正常.如 果是收到錯誤數(shù)據(jù)，則有可能是與之通信的設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)是錯誤的. 如果這樣，要確認(rèn)一下產(chǎn)生的信號為無干擾信號，并且達(dá)到了時序要 求.串行通信結(jié)構(gòu)中如圖2所示.2）數(shù)據(jù)移位錯誤.當(dāng)串行接口 2接收到串行接口 1發(fā)送數(shù)據(jù)的 位移版本時，通常是因為信號的同步問題，即發(fā)送了卻未數(shù)據(jù)分析同 步的數(shù)據(jù)或是因為串行時鐘上的噪聲.從串行接口 1發(fā)送到串行接口

6、 2 的8位數(shù)據(jù)移位的實(shí)例如表1所示.表1數(shù)據(jù)移位3）串行接口沒有反應(yīng).當(dāng)串行接口沒有使能時，接口信號線為 三態(tài)中的高阻態(tài).4）串行端口上無效的阻抗.當(dāng)2臺設(shè)備都想驅(qū)動該串行接口時, 就會出現(xiàn)無效電平的情況.當(dāng)1臺設(shè)備臺舊版本端口為高電平而另外1 臺設(shè)備設(shè)定端口為低電平時，端口上的電壓將會是VCC和GND之間一 不確定的值.組件同時這樣也會損害某一設(shè)備.5）端口線上的噪聲.2故障解決辦法DSP的串行接口對系統(tǒng)外的噪聲非常敏感.之上噪聲包括信號 線上的反射噪聲、長傳輸線的信號質(zhì)量下降和信號干擾.任何通信接口 上的超過34英寸的傳輸線在高頻情況下都被看做傳輸線，必須采取 措施降低噪聲，否則將導(dǎo)致接

7、口發(fā)送或接收到錯誤的數(shù)據(jù).因此，對于 故障的解決，除了良好的電路板布局和設(shè)計規(guī)則另外，減小應(yīng)在信號 傳輸線上增加一串聯(lián)電阻，并盡量靠近信號的發(fā)生前端.電阻典型值為 20100 Q ,具體值由信號線的長度和信號線的特性阻抗決定.如果信號線上總的電氣延時大于6倍的信號源上升或下降時 間，則該信號需要重新設(shè)計.信號線網(wǎng)絡(luò)的延時粗略計算為0. 180 ns/inch 和 2 pf/inch.例1某一信號源驅(qū)動6個負(fù)載，每個負(fù)載8pF,負(fù)載為星型連 接，最長的傳輸路徑為15英寸.驅(qū)動器的輸出阻抗為10。，信號源的 上升和下降時間最大為2 ns.總的信號延時為0. 180X15=2. 7 ns 總的 RC

8、 負(fù)載延時為(8 pFX 6+15X2 pF)*10。=0.780 ns信號延時與上升時間的比值為3. 48 ns/2 ns=l. 74.比值小于6,信號正常.例2某一信號源驅(qū)動6個負(fù)載，每個負(fù)載8 pF,負(fù)載為星型 連接，最長的傳輸路徑為30英寸.驅(qū)動器的輸出阻抗為15Q,信號源 的上升和下降時間最大為1 ns.則總的信號延時為0. 180X30=5. 4 ns 的 RC 負(fù)載延時為(8 pFX 6+30X2 pF) X 15Q=1. 62 ns信號延時與上升時間的比值為4+1. 62)ns/l ns=7. 02.比值大于6,信號會引起反射結(jié)構(gòu)性問題，必須重新設(shè)計.對于串聯(lián)電阻，電阻值應(yīng)該是

9、PWB特性阻抗減去驅(qū)動器的輸 出阻抗.比如PWB為50Q,驅(qū)動器為10Q,則靠近驅(qū)動器的串聯(lián)電阻 應(yīng)驅(qū)動器是40。.3實(shí)現(xiàn)方案采用TI公司的DSP TMS320LF2407A來實(shí)現(xiàn)串行接口的通信. 該DSP包含一高速同步串行10 口，允許長度可編程的串行位流，以可 編程的位傳輸速度移入或移出器件.采用有延時的上升沿時鐘方案，串行接口在上升沿之前的半 個周期發(fā)送數(shù)據(jù)，在信號上升沿接收數(shù)據(jù)，工作于從動模式(通過支配 寄存器配置).數(shù)據(jù)從S0-MI引腳移出并且由SIM0引腳輸入;CLK作為串 行移位時鐘的輸入.當(dāng)主控制器的CLK信號為合適的邊沿時，寫入到發(fā) 送寄存器的數(shù)據(jù)將被傳送到數(shù)字網(wǎng)絡(luò).為了接收數(shù)據(jù)，串行接口需等待 主控制器送出的CLK信號，然后將SIMO引腳適配器上的數(shù)據(jù)移入到撥 交寄存器.如果從控制器也重傳，則必須在CLK開始之前把數(shù)據(jù)寫到發(fā) 送寄存器中.以下是串行通信接口的初始化代碼:MCRB=MCRB SET2 | SET3 SET4 | SET5;/SPI 功能 104 結(jié)束語串行通信 是目前非常通用的無線通信通信方式，它占用較少的10 口線，成本低. 介紹了串行通信常見的一些降低可靠性的設(shè)計方法和改進(jìn)措施.采用所 介紹的減低可靠性的措施并且使用了所給出增加的代碼來實(shí)現(xiàn)串行通 信方案，