SPI-Timing- und Signalintegritätsrechner

Dieser Rechner bestimmt SPI-Taktfrequenzgrenzen, Einrichtungs-/Haltezeiten und Datenübertragungsraten für eine zuverlässige Master-Slave-Kommunikation. Embedded-Ingenieure und FPGA-Designer verwenden ihn, um die Zeitabstände zwischen Mikrocontrollern und Peripherie-ICs zu überprüfen. Gemäß der ursprünglichen Motorola SPI-Spezifikation (die jetzt von einzelnen IC-Herstellern verwaltet und im NXP-Anwendungshinweis AN3020 „Interfacing to the SPI“ dokumentiert ist) verwendet das Protokoll 4 Signale: SCLK, MOSI, MISO und CS. Obwohl SPI keinen einheitlichen ISO/IEC-Standard hat, sind die De-facto-Timing-Parameter im Microchip-Anwendungshinweis AN901 dokumentiert, und der JEDEC-Standard JESD79F für SPI-kompatible Speicher definiert die Timing-Anforderungen für Hochgeschwindigkeits-Flash- und SRAM-Geräte. Die Taktfrequenzen liegen je nach Gerätekapazität zwischen 100 kHz und 100 MHz. Typische Flash-Speicher unterstützen 50-133 MHz (Winbond W25Q-Serie), während ADCs häufig auf 1—20 MHz begrenzt sind. Zu den kritischen Zeitparametern gehören t_setup (Daten gültig vor der Taktrandbreite, typischerweise 5—25 ns), t_hold (Daten gültig nach der Taktrandbreite, typischerweise 5—15 ns) und t_clk (minimale Taktperiode). Ein 10-MHz-SPI-Takt bietet einen Zeitraum von 100 ns, was eine Einrichtung von 40 ns, eine Haltezeit von 40 ns und eine Zeitspanne von 20 ns ermöglicht. Bei 50 MHz schrumpfen diese Margen auf jeweils 8 ns, was ein sorgfältiges PCB-Layout mit einer Leiterbahnanpassung innerhalb von 1 ns (15 cm) erfordert.