Hallo, ich habe ein SPI-Signal, welches ich auf 1meter Distanz
übertragen möchte. Das Signal hat eine Frequenz von 20MHz und kommt
leider nicht so an, wie ich es möchte. Es ist völlig krumm und der
Logikpegel ist nicht 3.3V, wie er sein sollte. Gibt es eine möglichkeit,
das signal auf ein sauberes 20MHz zu verstärken/filtern?
Danke für zahlreiche vorschläge
Z-Leitung, Serienterminierung, ordentliches Kabel mit guter Masse.
Man muss es nicht unbedingt verstärken, wenn man die richtigen
Komponenten und die richtige Beschaltung gewählt hat, dann ist ein Meter
noch nicht unüberwindbar, auch mit einer Single-Ended-Leitung.
Wie wäre es, wenn du die beteiligten Komponenten, deinen Aufbau und die
Schaltung mal näher erläutern würdest, einschließlich einem Foto?
Manuel N. schrieb:> Das Signal hat eine Frequenz von 20MHz
Wird nicht klappen, warum so hoch?
Das Problem ist weniger die Frequenz, sondern die Durchlaufzeit.
Der Master liefert SCK und will vor der nächsten Flanke rechtzeitig das
MISO geliefert bekommen.
Manuel N. schrieb:> Es ist völlig krumm und der> Logikpegel ist nicht 3.3V, wie er sein sollte.
Das sieht sehr nach Messfehler aus. Ist die Oszilloskop Masse
angeschlossen? Wo misst du genau? Was ist das für ein Tastkopf? Wenn
dein Tastkopf umstellbar ist, dann auf 10:1 einstellen.
20 MHz sollten über 1 m noch gut funktionieren, wichtig ist aber auch
die Masseanbindung. Also die Masse muss eben mit verbunden sein und zwar
in der Nähe der Signalleitung. Ich habe 20 MHz CMOS schon über 1 m über
Flachbandkabel gemacht, also wie ein IDE Kabel und da jede zweite Ader
auf Masse gelegt. Hat prima funktioniert. Am Empfänger muss aber
vielleicht passend terminiert werden, ich hatte AC terminiert.
HildeK schrieb:> Wie wäre es, wenn du die beteiligten Komponenten, deinen Aufbau und die> Schaltung mal näher erläutern würdest, einschließlich einem Foto?
Ja das wäre sinnvoll, denn dann sieht man vermutlich auch wieso das so
komisch auf dem Oszilloskop aussieht.
Ab eine gewissen Länge und Frequenz setzen wir differential Signale ein.
Das läuft dann stabiler.
Aktuell schon bei 16Mhz und 50cm Flachbandverbindung. Auf der gleichen
Platine machen wir das nicht, aber sobald irgendein Kabel dazwischen
ist, bringt es Vorteile.
Mögliche Ansätze:
- Differenzielle Übertragung (z. B. LVDS).
- (Halbwegs) definierte Leitungsimpedanz. Wenn wir von normaler
CMOS-Logik ausgehen wird man Flankensteilheiten von ~1ns haben. Und da
reicht es bei 1m Leitungslänge oft nicht mehr einfach irgendwie eine
elektrische Verbindung herzustellen. Als ersten Versuch könnte man am
Ende der Leitung mal eine RC-Terminierung vorsehen. Vielleicht reicht
das schon. Eine andere Möglichkeit wäre es die Flankensteilheit mit
einem Serienwiderstand am Anfang der Leitung zu begrenzen. Wobei man da
bei 20 MHz vielleicht nicht mehr allzu viel Spielraum hat. Aber
vielleicht reicht es auch hier schon die Flanken von ~1ns auf ~5ns zu
verlängern.
Naja, woher kommen wohl die Reflexionen? Weil für die gegebene
Leitungslänge bzw. für die vorhandenen Unregelmäßigkeiten im
Wellenwiderstand der Leitung die Frequenzen zu groß sind, um
Leitungseffekte vernachlässigen zu können. Und die hohen Frequenzen
stecken bei digitalen Signalen nun mal in den Flanken.
P. S. schrieb:> Unregelmäßigkeiten im Wellenwiderstand
Die größte Unregelmäßigkeit ist oft das andere Ende der Leitung wenn die
nicht passend terminiert ist. Aber ja, da könnten noch mehr Probleme
drinnen sein. Bis jetzt wissen wir nicht viel, es ist sogar noch
möglich, dass das SPI gut aussieht (nur falsch gemessen wurde), aber ein
Softwareproblem vorhanden ist.
Gustl B. schrieb:> Die größte Unregelmäßigkeit ist oft das andere Ende der Leitung wenn die> nicht passend terminiert ist.
Deswegen ja auch mein Vorschlag (u. a.) einfach mal einen RC-Abschluss
am Leitungsende zu versuchen. Eine undefinierte Leitung wird man so zwar
nicht perfekt abschließen können, aber vielleicht ist es gut genug.
ich tippe auch auf einen Messfehler (Tastkopf). Darauf deuten der DC
Offset und Pegel hin. Da sind einfach (für 20MHz) zu große Kapazitäten
im Spiel.
Ist das gezeigte Signal der SPI Clock?
Wie sieht das Signal direkt am Clock Ausgang aus?
Wie ist die Masseführung?
Bedenke dass die Ausgänge nur begrenzt kap. Lasten treiben können.
Moin,
Also die einen sagen so:
Gustl B. schrieb:> 20 MHz sollten über 1 m noch gut funktionieren, wichtig ist aber auch> die Masseanbindung.
Die anderen so:
Peter D. schrieb:> Das Problem ist weniger die Frequenz, sondern die Durchlaufzeit.> Der Master liefert SCK und will vor der nächsten Flanke rechtzeitig das> MISO geliefert bekommen.
Bei 20MHz hab' ich also eine Periodendauer von 1/20MHz = 50nsec.
Eine halbe Periode (also von fallender zu steigender Flanke ist also
hoechstens die Haelfte davon, also 25nsec. Wenns keine exakten 50%
dutycycle im Clk sind, dann noch weniger.
Und so'n Stueck Kabel mit Plastikisolierung aussenrum hat so ca. 2e8 m/s
Ausbreitungsgeschwindigkeit, also ungefaher 2/3 von Strippe im Vakuum.
Auf/in 'ner Platine geht's eher noch gemaechlicher, eher nichtmal 1.5e8
m/s.
2e8 m/sec x 25e-9 sec = 5m
Also max. 5m hin und zurueck - sprich Laenge der Verbindung darf
abs.max. 2.5m sein. Und jede Nanosekunde, die irgendwo verschuett' geht,
sei es durch Setup&Holdzeiten, Flankensteilheit oder gar
Treiber/Receiverbausteine, etc. nagt heftig an diesen 2.5m.
Also ich hab' da meine Zweifel, ob das Ausgangsszenario so ueberhaupt
zuverlaessig funktionieren kann (mal ganz abgesehen von Masse, symm.
Signalen, etc. bla.), ohne dass man irgendwo mit
Ueberlichtgeschwindigkeit operieren muesste...
Gruss
WK
Ja, ist richtig. Wenn es bidirektional funktionieren muss, dann muss man
die Latenz mit einplanen. Es gibt aber genug "SPI" Bausteine die nur
unidirektional Daten liefern oder entgegennehmen wie ADCs und DACs.
Wie so oft wissen wir hier noch zu wenig.
Manuel N. schrieb:> Hallo, ich habe ein SPI-Signal, welches ich auf 1meter Distanz> übertragen möchte.
Anstatt der Luftverbindung würde ich ein Kabel nehmen.
Oder muß es unbedingt drahtlos sein?
m.n. schrieb:> Anstatt der Luftverbindung würde ich ein Kabel nehmen.> Oder muß es unbedingt drahtlos sein?
Sage mal, welchen Knall hast du nicht gehört?
Gustl B. schrieb:> Das sieht sehr nach Messfehler aus. Ist die Oszilloskop Masse> angeschlossen? Wo misst du genau? Was ist das für ein Tastkopf? Wenn> dein Tastkopf umstellbar ist, dann auf 10:1 einstellen.
Einmal das und ausserdem: Wie groß ist eigentlich die Bandbreite des
Oszilloskops?
Stefan ⛄ F. schrieb:> m.n. schrieb:>>> Anstatt der Luftverbindung würde ich ein Kabel nehmen.>> Oder muß es unbedingt drahtlos sein?>> Sage mal, welchen Knall hast du nicht gehört?
Ich habe aber auch erst geglaubt, dass die Übertragung drahtlos sein
muss, ich habe mich nur nicht getraut nachzufragen. Ansonsten einfach
ein Standardkoaxialkabel einsetzen, fertig.
Michael M. schrieb:> Ansonsten einfach> ein Standardkoaxialkabel einsetzen, fertig.
Tolle Idee. Das sind dann mindestens drei "Standardkoaxialkabel": MISO,
MOSI, SCLK und ein viertes, wenn auch noch das Select-Signal gebraucht
wird.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Ohne vernünftige Treiber und Terminierung bringen Koaxiale Kabel den TO> kein Stück weiter.
Glaub ich nicht, das geht mit jedem normalen CMOS-Ausgang mit
Serienterminierung; sowohl auf Koaxkabel als auch auf einem Bandkabel.
Ich würde ein Bandkabel mit 6 Adern vorsehen, wobei jeder zweite GND ist
+ ggf. noch welche für die Spannungsversorgung.
Hallo,
Da ich mein Problem sehr knapp erläutert habe, hier nochmals ein wenig
ausführlicher.
Ich habe einen Raspberry Pi 3b+, an welchem ein Touchscreen namens
Hyperpixel 4.0 vom Hersteller "Pimoroni" angeschlossen ist. Das
Touchscreen bekommt die Farbinformationen mittels RGB666, sprich 6
Kanäle rot, 6 grün und 6 blau. Damit diese Informationen bezüglich
Farben und auch diejenigen der "Touch-Funktion" übertragen werden, habe
ich noch einige andere Signale, welche wie schon gesagt auf bis zu 20MHz
takten.
Da mir aktuell kein Oszilloskop mehr zur Verfügung steht, kann ich die
Leitungen erst in einigen Tagen gemäss euren Vorschlägen austesten. Die
"schnellen" Datenleitungen, von welchen ich aktuell kenntnis habe, sind
wie folgt:
VSYNC auf GPIO2: Synchronisierung des Bildes auf Vertikaler Ebene
(taktrate noch unbekannt)
HSYNC auf GPIO3: Synchronisierung des Bildes auf Horizontaler Ebene
(taktrate noch unbekannt)
Pixelclock auf GPIO0: Taktrate für die Pixel (Anzahl Pixel *
Bilder/Sekunde --> ca. 20MHz)
I2C-SDA auf GPIO10: I2C Signal für die Verarbeitung vom Touch,
wahrscheinlich 100kHz
I2C-SCL auf GPIO23: I2C Signal für die Verarbeitung vom Touch,
wahrscheinlich 100kHz
GPIO19 Backlight Control: PWM Signal für die
Displayhintergrundbeleuchtung
GPIO18 LCD Chip select: Gemäss antworten aus anderen Foren ein
SPI-Signal, welches als Datenbus zur anzeige des Bildes fungiert.
Wie gesagt möchte ich das Touchscreen über 1 Meter über ein 40poliges
GPIO Kabel übertragen, es ist ungeschirmt und bietet daher aus meiner
Sicht nicht perfekte voraussetzungen für die verwendung, jedoch sehe ich
aktuell keine aktuelle Möglichkeit, sofern ich das aktuelle Touchscreen
weiterhin verwenden möchte.
Beim testen über kürzere Distanzen von ca. 40cm hat noch alles bestens
funktioniert. Die effekte bei längeren Leitungen waren wie folgt:
Standbild, flackerndes Standbild, gar kein Bild, andere Farbtöne der
einzelnen Pixel
Die i2c signale haben auf allen getesteten Distanzen nahezu perfekte
rechtecksignale geliefert, dort habe ich jedoch auch schon sehr stark
mit Signalfilterung nachgeholfen.
Ich habe einige Bilder der Bauteile und verschaltungen angefügt.
Danke für die Tipps von euch, die kamen und noch kommen werden :)
Manuel N. schrieb:> Da ich mein Problem sehr knapp erläutert habe, hier nochmals ein wenig> ausführlicher.
Du hast es nicht knapp erläutert, sondern völlig falsch.
> Ich habe einen Raspberry Pi 3b+, an welchem ein Touchscreen namens> Hyperpixel 4.0 vom Hersteller "Pimoroni" angeschlossen ist.https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/raspberry-pi.html#parallel-display-interface-dpi
Das ist die Dokumentation für den DPI-Mode beim Raspberry Pi.
Da wird nicht EIN SPI-Signal benutzt, sondern ACHTUNDZWANZIG Port-Pins.
Steht ja auch so in der Dokumentation des LCD-Panels.
Ich hatte auch mal SPI mit 5MHz über 4-paariges Kabel und
RS-485-Treibern gesehen. Der Trick war, zum Slave ging SCK+MOSI und vom
Slave kam SCK+MISO zurück. Die Laufzeiten waren also immer in der
gleichen Richtung und störten daher nicht. Der Master hatte zum Empfang
ein extra Schieberegister und las es parallel ein, MISO geht ja nicht
wegen dem verzögerten SCK.
Frank K. schrieb:> Für so etwas gibt es spezielle Lösungen.>> Lies das hier:> https://www.ti.com/lit/an/slyt581/slyt581.pdf>> fchk
Danke für deinen Vorschlag, hatte auch schon an sowas gedacht ;)
Kenne mich leider nicht so gut aus.
Der Sinn dieses Bauteils ist ja, dass RGB888 mittels einer Datenleitung
übermittelt wird. Ich habe jedoch noch andere Signale, wie z.B. Daten
des Touchscreens, etc. könnte ich evt. die anschlüsse, welche für I2S
gedacht sind, dafür verwenden? Auf was muss ich achten? "serialisiert"
und "deseralisiert" dieses Bauteil denn einfach? egal was dranhängt?
Dieter R. schrieb:> Da wird nicht EIN SPI-Signal benutzt, sondern ACHTUNDZWANZIG Port-Pins.> Steht ja auch so in der Dokumentation des LCD-Panels.
Ich vermute mal, daß der OP eben NICHT die normale, parallele TFT
Ansteuerung des Raspberryx PI nutzt sondern wirklich ein TFT mit SPI
Anschluß.
Das KANN man über ein normales, 40-poliges Flachbandkabel über 1m
führen, aber NICHT mit der normalen Pinbelegung am Raspberry PI! Dort
sind die Signale beliebig angeorndet und Masse ist rar!
Wenn, dann muss man einen Adapter bauen, welcher die Signale auf eine
HF-taugliche Pinbelegung umsetzt. Siehe Wellenwiderstand. Im
Idealfall ist jede 2. Leitung Masse. Wenn es aber nur um die vier
SPI-Signale geht, kann man auch mit einem Ethernetkabel arbeiten. Dort
sind 4 Doppeladern mit definertem Wellenwiderstadn drin.
Serienterminierung, fertig. Die ~5ns Laufzeit für 1m fallen bei 50ns
Periodendauer nur wenig ins Gewicht. OK, MISO könnte da Probleme
kriegen, muss man mal messen. Aber richtig.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Tastk%C3%B6pfe_richtig_benutzen
Hallo,
"normales" Flachbandkabel, also 1,27mm Raster in Grau für 2,54
Schneidklemmen hat ca. 120 Ohm Wellenwiderstand.
Eine leicht unpassende Terminierung z.B. 110 Ohm erzeugt aber auch nur
wenig Reflexionen, geschätzt vielleicht 10%. Das könnte schon gehen.
Dann muss allerdings die Belegung und die Terminierung halbwegs passen.
Manuel N. schrieb:> Der Sinn dieses Bauteils ist ja, dass RGB888 mittels einer Datenleitung> übermittelt wird. Ich habe jedoch noch andere Signale, wie z.B. Daten> des Touchscreens, etc. könnte ich evt. die anschlüsse, welche für I2S> gedacht sind, dafür verwenden? Auf was muss ich achten? "serialisiert"> und "deseralisiert" dieses Bauteil denn einfach? egal was dranhängt?
Beim Touchscreen nimmst Du am Besten einen Touchscreen-Controller mit
I2C-Interface. Ich meine gesehen zu haben, dass das Display einen
solchen eingebaut hat, aber wenn nicht, dann musst Du eben extra einen
daneben setzen. Z.B. sowas für einen resistiven Touchscreen:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tsc2007.pdf
Die Richtung der Signale (Input oder Output) ist festgelegt, und es sind
alles natürlich nur digitale Signale. Die Chips werten diese Signale
aber nicht aus, sondern übertragen einfach, was außen anliegt. Ansonsten
lies und verstehe die Datenblätter.
fchk
SPI.PNG
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