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SPI タイミング/シグナルインテグリティ計算ツール

ビット周期、フレーム時間、トレース容量によって制限される最大クロック周波数、信号スルーレートなどのSPIバスタイミングパラメータを計算

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公式

t_bit = 1/f_CLK; τ = R_drive·C_trace; f_max = 1/(4.4τ)

t_bit — Bit period (ns)
τ — RC time constant (ns)
R_drive — Drive output impedance (3.3V/I_drive) (Ω)
C_trace — Total trace capacitance (F)
f_max — Maximum clock frequency (Hz)

仕組み

シリアルペリフェラルインターフェイス（SPI）は、マイクロコントローラと周辺デバイス間の短距離通信用の組み込みシステムで使用される同期シリアル通信プロトコルです。このプロトコルは、データ伝送 (MOSI と MISO)、シリアルクロック (SCLK)、およびスレーブセレクト (SS) 回線用に別々の回線を備えたマスター/スレーブ構成で動作します。SPI タイミングは、クロック周波数、データ転送速度、信号タイミング特性などのパラメータが関係して、信頼性の高いデータ転送を保証する上で非常に重要です。

計算例

10 MHz のクロック周波数で動作するマスターデバイスを備えたシステムを考えてみましょう。目的のデータ転送が8ビットワードで、最小クロックパルス幅が50ナノ秒の場合、計算は次のようになります。1）最大データ転送速度の計算：10 MHz = 10,000,000転送/秒 2）最小パルス持続時間の計算：クロックサイクルあたり50ns 3）セットアップとホールド時間がデバイスの仕様を満たしていることの確認 4）8ビットワードあたりの合計転送時間の決定：約0.8マイクロ秒

実践的なヒント

  • ✓マスターデバイスとスレーブデバイスの両方のタイミング仕様を必ず確認してください
  • ✓プルアップ/プルダウン抵抗を使用して安定した信号レベルを確保する
  • ✓シグナルインテグリティを考慮し、トレース長を最小限に抑える
  • ✓デバイスの機能に応じて適切なクロック周波数を選択してください

よくある間違い

  • ✗クロックの極性と位相の設定が正しくない
  • ✗周辺機器の最大周波数制限を無視する
  • ✗高速通信のための不十分なシグナルコンディショニング

よくある質問

特定のデバイスと回路設計に応じて、通常は1MHz～50MHzの範囲です
複数のスレーブデバイスを接続できますが、スレーブセレクトラインの数によって制限されます
クロック周波数、データ転送レート、セットアップ時間、ホールドタイム、および伝搬遅延

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