ADC的4線SPI配置時(shí)序介紹與分析

本篇將以德州儀器(TI)的高速ADC芯片—ads52j90為例，進(jìn)行ADC的4線SPI配置時(shí)序介紹與分析。

從ads52j90的數(shù)據(jù)手冊(cè)我們不難發(fā)現(xiàn)，其SPI控制模塊主要包含4根信號(hào)線SEN，SCLK，SDIN以及SDOUT。TI公司對(duì)其產(chǎn)品SPI配置信號(hào)的命名方式與通用的SPI信號(hào)命名方式不一樣，但實(shí)際上SENSDINSDOUT分別對(duì)應(yīng)CSBSDISDO。

SEN：SPI讀寫的使能信號(hào)；

SDIN：FPGA寫入ADC的配置數(shù)據(jù)(寄存器地址和對(duì)應(yīng)地址的值)；

SDOUT：ADC對(duì)應(yīng)地址輸出的配置寄存器數(shù)據(jù)；

SCLK：FPGA提供給ADC的SPI接口時(shí)鐘。

首先介紹該ADC的SPI的寫時(shí)序，datasheet給出的時(shí)序圖如圖1所示：我們首先大致看一下寫時(shí)序圖，能夠了解到對(duì)于SDIN來說，需要先寫入A7~A0的8bit的地址，接下來寫入該地址下的16bit的寄存器數(shù)值D15~D0，也就是說每進(jìn)行一次寫操作需要不間斷的寫入24bit的數(shù)據(jù)。對(duì)于SEN來說，在進(jìn)行寫操作時(shí)，其一直保持低電平，寫之前和寫完后都保持高電平。對(duì)于SCLK來說，其上升沿每次采集每1bit SDIN數(shù)據(jù)的中心位置，共需要采集24次，才能完成這24bit SDIN數(shù)據(jù)的寫入。

圖1：SPI寫時(shí)序圖

上面三點(diǎn)就是我們初步看這個(gè)時(shí)序圖所得到的結(jié)論。對(duì)于該ADC，按照這種方式進(jìn)行寫操作就不會(huì)有問題。實(shí)際上所有ADC的SPI寫操作都有類似于上面介紹的共同準(zhǔn)則，這里歸納如下：

1，無論SPI進(jìn)行讀還是寫操作，SEN必須拉低，否則SPI不工作(既不讀也不寫)，讀、寫完成之后SEN必須拉高；

2，SDIN的數(shù)據(jù)每次在SCLK的上升沿寫入SPI；

3，SDIN的數(shù)據(jù)組成一定是先寫入配置寄存器地址，再連續(xù)寫入配置寄存器數(shù)值；

圖2：SPI時(shí)序要求

另外，我們看到時(shí)序圖上有許多時(shí)間參數(shù)，我們?cè)趯懘a時(shí)不僅要遵守以上的共同準(zhǔn)則，還要滿足這些參數(shù)的時(shí)序關(guān)系，并保留一定的時(shí)間量。datasheet都提供了這些參數(shù)的大小，如圖2所示。比如tSCLK的最小值是50ns，意味著SPI的時(shí)鐘最高20MHz。tSEN_SU的最小值為8ns，就表示SEN下降沿至少提前第一個(gè)SCLK的上升沿時(shí)間8ns。tDSU則表示SDIN的數(shù)據(jù)必須至少提前SCLK的上升沿5ns準(zhǔn)備好，等等。只要遵守了相關(guān)的SPI準(zhǔn)則以及datasheet里的SPI時(shí)序參數(shù)，SPI的寫操作就不會(huì)有問題了。

現(xiàn)在我們介紹該ADC的SPI讀時(shí)序，如圖3所示。讀操作的主要目的是監(jiān)測(cè)ADC內(nèi)部寄存器狀態(tài)，從而判斷ADC的配置狀態(tài)是否符合用戶的需求。從圖上我們可以看到，SPI的讀操作可以分解為兩個(gè)部分：第一個(gè)部分是先寫入A7~A0 8bit的寄存器地址到SDIN，然后SDOUT輸出對(duì)應(yīng)地址的16bit的寄存器數(shù)值。

這里重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下：理論上來說，在上升沿鎖存寫入的地址最后1bit后，在接下來的每次SCLK下降沿，SDOUT輸出1bit寄存器值，直到16bit寄存器數(shù)值完全輸出。但實(shí)際上每次SCLK下降沿輸出的數(shù)據(jù)只有經(jīng)過tOUT_DV(12ns ~28ns)后才穩(wěn)定，后端FPGA才能正確接收。從圖上我們不難發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PGA在SCLK的上升沿附近獲取SDOUT的數(shù)據(jù)是非常合適的，在這個(gè)位置獲取的數(shù)據(jù)最穩(wěn)定。

圖3：SPI讀時(shí)序圖

4線SPI的讀寫時(shí)序分析就到這里了，再次強(qiáng)調(diào)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

關(guān)鍵點(diǎn)1：SEN在讀寫操作時(shí)，必須拉低。讀寫完成之后，必須拉高。

關(guān)鍵點(diǎn)2：SDIN的數(shù)據(jù)每次必須在SCLK的上升沿寫入SPI。對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)格式一定是寄存器地址+要寫入的寄存器數(shù)值。

關(guān)鍵點(diǎn)3：SOUT的數(shù)據(jù)總是在SCLK的下降沿輸出，因此選擇FPGA在SCLK的上升沿獲取SDOUT數(shù)據(jù)最穩(wěn)定。

關(guān)鍵點(diǎn)4：一定要滿足datasheet給出的SPI的時(shí)序參數(shù)，并在代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)要留有適當(dāng)?shù)臅r(shí)序裕量。