ADC的3線SPI配置時(shí)序

上篇以德州儀器(TI)的高速ADC芯片——ads52j90為例，介紹完了4線SPI配置時(shí)序。本篇將以Analog Device(ADI)的多通道高速ADC芯片AD9249為例，介紹3線SPI讀寫配置時(shí)序。另外，大家如果想詳細(xì)了解Analog Device(ADI)公司的關(guān)于SPI的所有內(nèi)容，推薦大家在其官網(wǎng)閱讀AN-877。

AD9249的SPI控制模塊包含4根信號(hào)線，即CSB1、CSB2、SDIO以及SCLK。但CSB1、CSB2可以一起由CSB來控制，實(shí)際上就是3線SPI。由于3線SPI數(shù)據(jù)的讀、寫操作在同一根信號(hào)線SDIO上實(shí)現(xiàn)，因此其配置方式與4線的配置稍微有些不一樣。下面我們將詳細(xì)介紹讀寫操作：

CSB：SPI控制讀寫使能信號(hào)；

SDIO：SPI的數(shù)據(jù)、地址讀寫端口；

SCLK：FPGA提供給ADC的SPI接口時(shí)鐘；

如下圖1所示為該ADC的SPI讀、寫配置時(shí)序圖。其中CSB和SCLK的操作和上篇介紹的4線SPI配置相同，圖上的時(shí)序參數(shù)在其datasheet上也有明確的說明，這里就不介紹了。

3線SPI與4線SPI配置的主要不同之處在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式以及I/O轉(zhuǎn)換上。其讀寫數(shù)據(jù)格式由控制命令+地址+數(shù)據(jù)組成，而上篇提到的4線配置只有地址+數(shù)據(jù)。

圖1：SPI讀、寫時(shí)序圖

其中R/~W為高電平時(shí)，表示讀操作，低電平表示寫操作。W1,W0表示要讀寫的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，一般都設(shè)為0，代表每次讀寫一個(gè)寄存器地址的數(shù)據(jù)。A12~A0表示13bit的寄存器地址。D7~D0表示要讀寫的8bit寄存器數(shù)據(jù)。

因此我們?cè)赟PI寫操作時(shí)，只需寫入1bit 1+ 2bit 0 +13bit地址+ 8bit數(shù)據(jù)即可。其配置的方法和上篇的4線SPI寫操作相同。但當(dāng)我們?cè)趫?zhí)行SPI讀操作時(shí)，就需要注意了：

首先需寫入1bit 0+ 2bit 0 +13bit地址，當(dāng)最后1bit的地址A0在SCLK的上升沿寫入SDIO后，SDIO會(huì)由輸入口變?yōu)檩敵隹冢缓笤诮酉聛淼?個(gè)SCLK下降沿，SDIO會(huì)輸出寄存器的8bit數(shù)據(jù)。因此，在ADC的SDIO由輸入變?yōu)檩敵隹跁r(shí)，F(xiàn)PGA端的SDIO必須同步由輸出口變?yōu)檩斎肟?，并在SCLK上升沿接收這8bit數(shù)據(jù)最穩(wěn)定，F(xiàn)PGA端口的這種I/O轉(zhuǎn)換可以通過其內(nèi)置的三態(tài)門來實(shí)現(xiàn)。

如圖2所示為SDIO由輸入口變?yōu)檩敵隹诘臅r(shí)序控制圖，tEN_SDIO為轉(zhuǎn)換時(shí)間，其最小時(shí)間為10ns，參考零點(diǎn)為SCLK下降沿。

圖2：SDIO輸入轉(zhuǎn)換為輸出的時(shí)序圖

如圖3所示為SDIO由輸出口變?yōu)檩斎肟诘臅r(shí)序控制圖，tDIS_SDIO為轉(zhuǎn)換時(shí)間，其最小時(shí)間也為10ns，參考零點(diǎn)為SCLK上升沿。

圖3：SDIO輸出轉(zhuǎn)換為輸入的時(shí)序圖

3線SPI的讀寫時(shí)序分析就介紹到這里了，同樣強(qiáng)調(diào)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

關(guān)鍵點(diǎn)1：CSB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：SDIO作為輸入口時(shí)，數(shù)據(jù)每次必須在SCLK的上升沿寫入SPI。

關(guān)鍵點(diǎn)3：SDIO作為輸出口時(shí)，寄存器數(shù)據(jù)每次在SCLK的下降沿輸出SPI，F(xiàn)PGA端在SCLK的上升沿處捕獲數(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。

關(guān)鍵點(diǎn)5：注意FPGA端的SDIO口的三態(tài)控制邏輯，以便正確讀寫ADC寄存器。