如何利用差分接口延长SPI总线

简介：
本文探讨了通过采用差分信号技术来增强SPI总线传输距离和抗干扰能力的方法，旨在帮助工程师解决远距离数据通信问题。 本段落将介绍如何通过一个差分接口来延长串行外设接口（SPI）总线，并且这种技术可以应用于支持远程温度或压力传感器的系统设计中。SPI总线是一种常用的串行通信协议，常用于微控制器、数字信号处理器(DSP)与外设之间的通信。然而，在实际应用中，主控器件和从属器件间的距离通常较近，而信号一般不会传递到印刷电路板(PCB)之外。 首先了解一下SPI总线的基本结构：它由四个主要的信号组成——系统时钟(SCLK)，主设备输出/从设备输入(MOSI)，主设备输入/从设备输出(MISO)以及芯片选择(CS)。其中，主控器件负责提供SCLK、MOSI和CS信号，而受控器件则响应并提供MISO信号。 然而，在某些情况下需要将SPI信号传输到电路板之外的远程位置时，例如连接一个包含模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)等组件的远端电路板。这会带来一系列挑战：如反射、线路特性阻抗与终端电阻匹配问题以及电磁干扰(EMI)。 为了解决这些问题，可以采用差分信号技术。例如SN65LVDT41和SN65LVDT14这样的收发器能够接收SPI信号，并将其转换成低压差分信令(LVDS)，从而在传输距离上获得更好的性能表现。 LVDS是一种基于差动原理的低电压信号传输方式，它利用一对线路来发送数据。这种方式可以提高抗噪能力和带宽效率，在许多应用中都是理想的选择。 SN65LVDT41和SN65LVDT14收发器的设计能够使整个SPI总线支持LVDS通信：在单向方向上提供用于MOSI、SCLK及CS信号的四个通道；而在反向则为MISO信号配置一个单独的通道。此外，这些差分线路还具备内置端接功能，这不仅简化了设计过程还可以减少电路板空间需求。 总的来说, 使用差分接口可以显著提高SPI总线系统的可靠性和抗干扰能力，并且有助于解决因传输距离增加而引起的信号完整性问题和电磁干扰挑战。同时，采用这种技术还能使硬件布局更加简洁紧凑。