串行通信接口可靠性的研究论文

1、串行通信接口可靠性的研究论文串行通信接口可靠性的研究论文本文关键词：可靠性，接口，通 信，研究，论文串行通信接口可靠性的研究论文本文简介：摘要:针对目前本土 市场上对电子产品的可靠性要求越来越高的趋势，提出了采用优秀的 电路板布局和良好的软件设计来提高通信接口可靠性的方法.首先介绍 了提高串行通信系统可靠性的通用系统设计规则；然后重点介绍了通用 串行通信接口的问题和各自的解决方案;最后给出了使用DSP来提案实 现高可靠性串行数据通信的方案. 关键词：串行串行通信接口可靠性的研究论文本文内容：摘要:针对目前市场上对电子产品更加的可靠性要求越来越高 的趋势，提出了采用优秀的电路板布局和良好的软件设

2、计来提高通信 接口可靠性的方法.首先介绍了提高串行通信系统可靠性的通用系统设 计规则;然后重点介绍了通用串行通信接口的问题和各自的解决方案； 最后给出了使用DSP来实现高性能通信串行通信的方案.关键词：串行通信;噪声;传输线0引言由于产品技术性能和结构要求等方面的提高，使得其安全性 问题结构性问题愈显突出.如果没有可靠性保证，高性能指标是没有任 何意义的.国外的电气公司与各种国际机构（如1EE、IEEE等）对可靠性 都很重视.而国内的电子厂商对可靠性的重视则不够，导致大量产品出 现返修，在客户现场频频报错，年，使企业的服务成本居高 不下，占企业销售额的10%,甚至达到20%.增强产品的可靠性，

3、除了 在物料采购和生产维护建筑材料现场采取措施外，片面合理的设计方 法是最重要的.据统计，降低串行通信接口可靠性的主要原因是电路板布局. 串行通信接口主要是边沿触发的状态机，也就是说，每当在时钟线上 出现1个有效的边沿时，状态机就被触发.当在串行接口达到有效电压 时，则认为有效沿会带来.对于5 V电源来说，2.5 V为有效电压；对于3. 3 V电源来说，1. 3 V为有效电压.如果串行时钟设置 为上升沿触发（在控制寄存器中设置），当串行时钟上的电压由高于有 效电压上升到高于有效电压时，有效的触发地堑产生.如果串行时钟设 置为下降沿触发，当串行时钟上电压电压由高于有效电压下降到低于 有效的时，有

4、效的触发地堑产生.1串行通信故障类型1. 1串行时钟上噪音的噪声有许多的设计问题会导致串行时钟 上的噪声.该噪声会在1个时钟景气周期内多次越过时钟上的有效电压, 有时具有有大的信号反射，引起串行时钟在每个时钟周期多次越过有 效电压.这样串行通信上的状态机就会在1个时钟周期内2次采样串行 数据线，导致采样数据错误.如果进行了合适的补偿，在每个时钟周期 内成功进行1次数据采样，则数据正常.下面介绍2种主要的补偿措施.1）解耦VCC和GND管脚.在每个VCC和GND管脚之间放置一 0. 1 UF电容，这会使串行接口电源免受上干扰的影响.VCC和GND上大 的干扰会使处理器程序跳转到不确定的状态，导致

5、处理器死机.这些电容离VCC和GND管脚越近越好.图1是一种良好的布局, 解耦电容离管脚近.图1良好的布局2）硬件结构（PCB和布线）.当串行通信线过长时需要有采取一些反射补偿措施.1.2串行数据错误1）收发数据错误.首先要确定串行通信器件其他工作正常.如 果是收到错误数据，则有可能是与之通信的设备发送的数据是错误的. 如果这样，要确认一下产生的信号为无干扰信号，并且达到了时序要 求.串行通信结构中如图2所示.2）数据移位错误.当串行接口 2接收到串行接口 1发送数据的 位移版本时，通常是因为信号的同步问题，即发送了却未数据分析同 步的数据或是因为串行时钟上的噪声.从串行接口 1发送到串行接口

6、 2 的8位数据移位的实例如表1所示.表1数据移位3）串行接口没有反应.当串行接口没有使能时，接口信号线为 三态中的高阻态.4）串行端口上无效的阻抗.当2台设备都想驱动该串行接口时, 就会出现无效电平的情况.当1台设备台旧版本端口为高电平而另外1 台设备设定端口为低电平时，端口上的电压将会是VCC和GND之间一 不确定的值.组件同时这样也会损害某一设备.5）端口线上的噪声.2故障解决办法DSP的串行接口对系统外的噪声非常敏感.之上噪声包括信号 线上的反射噪声、长传输线的信号质量下降和信号干扰.任何通信接口 上的超过34英寸的传输线在高频情况下都被看做传输线，必须采取 措施降低噪声，否则将导致接

7、口发送或接收到错误的数据.因此，对于 故障的解决，除了良好的电路板布局和设计规则另外，减小应在信号 传输线上增加一串联电阻，并尽量靠近信号的发生前端.电阻典型值为 20100 Q ,具体值由信号线的长度和信号线的特性阻抗决定.如果信号线上总的电气延时大于6倍的信号源上升或下降时 间，则该信号需要重新设计.信号线网络的延时粗略计算为0. 180 ns/inch 和 2 pf/inch.例1某一信号源驱动6个负载，每个负载8pF,负载为星型连 接，最长的传输路径为15英寸.驱动器的输出阻抗为10。，信号源的 上升和下降时间最大为2 ns.总的信号延时为0. 180X15=2. 7 ns 总的 RC

8、 负载延时为(8 pFX 6+15X2 pF)*10。=0.780 ns信号延时与上升时间的比值为3. 48 ns/2 ns=l. 74.比值小于6,信号正常.例2某一信号源驱动6个负载，每个负载8 pF,负载为星型 连接，最长的传输路径为30英寸.驱动器的输出阻抗为15Q,信号源 的上升和下降时间最大为1 ns.则总的信号延时为0. 180X30=5. 4 ns 的 RC 负载延时为(8 pFX 6+30X2 pF) X 15Q=1. 62 ns信号延时与上升时间的比值为4+1. 62)ns/l ns=7. 02.比值大于6,信号会引起反射结构性问题，必须重新设计.对于串联电阻，电阻值应该是

9、PWB特性阻抗减去驱动器的输 出阻抗.比如PWB为50Q,驱动器为10Q,则靠近驱动器的串联电阻 应驱动器是40。.3实现方案采用TI公司的DSP TMS320LF2407A来实现串行接口的通信. 该DSP包含一高速同步串行10 口，允许长度可编程的串行位流，以可 编程的位传输速度移入或移出器件.采用有延时的上升沿时钟方案，串行接口在上升沿之前的半 个周期发送数据，在信号上升沿接收数据，工作于从动模式(通过支配 寄存器配置).数据从S0-MI引脚移出并且由SIM0引脚输入;CLK作为串 行移位时钟的输入.当主控制器的CLK信号为合适的边沿时，写入到发 送寄存器的数据将被传送到数字网络.为了接收数据，串行接口需等待 主控制器送出的CLK信号，然后将SIMO引脚适配器上的数据移入到拨 交寄存器.如果从控制器也重传，则必须在CLK开始之前把数据写到发 送寄存器中.以下是串行通信接口的初始化代码:MCRB=MCRB SET2 | SET3 SET4 | SET5;/SPI 功能 104 结束语串行通信 是目前非常通用的无线通信通信方式，它占用较少的10 口线，成本低. 介绍了串行通信常见的一些降低可靠性的设计方法和改进措施.采用所 介绍的减低可靠性的措施并且使用了所给出增加的代码来实现串行通 信方案，