作者 Stephen Nugent ADI公司线性与精细技术部运用工程师
Stephen Nugent，电气电子工程硕士，ADI公司线性与精细技术部运用工程师，担任为模仿开关和多路复用器产品系列供给技术支撑。
摘要：本文规划一个要求高通道密度的体系时，例如在测验仪器仪表中，电路板上一般需求包括许多开关。当运用并行接口操控的开关时，操控开关所需的逻辑线路以及用于生成GPIO操控信号的串行转并行转换器会占用很大份额的板空间。本文介绍了新一代SPI操控开关及其架构，以及相对于并行操控开关，它在进步通道密度上有何优势。
通道数最大化的常见问题
当模块开发的首要方针是通道数最大化时，板空间就会变得很宝贵。开关是进步体系通道数的要害，但随着开关数目添加，开关自身、逻辑线路及生成这些逻辑信号所需的器材会占用许多板空间，使可用空间削减。终究，受制于操控开关自身所需的相关要素，只能完成很有限的通道数。
传统并行开关解决方案
进步通道密度的最常见解决方案是运用由并行逻辑信号操控的开关。这需求许多GPIO信号，规范微操控器无法供给如此多的信号。为了生成GPIO信号，一种解决办法是运用串行转并行转换器。这些器材输出并行信号，并由I2C和SPI等串行协议进行装备。
图1中的布局显现了8个ADG1412四通道、单刀单掷(SPST)开关，选用4 x 8交叉点装备，坐落一个6层板上。这些开关由两个串行转并行转换器操控，串行线路来自一个操控板。每个转换器供给16条GPIO线路，这些线路散布到8个开关。布局显现了器材、电源去耦电容和数字操控信号(灰色)的占地巨细。选用并行操控开关的4 x 8矩阵解决方案的尺度为35.6 mm x 19 mm，占用面积为676.4 mm2。
从图1能够显着看出，很大份额的面积被串行转并行转换器和数字操控线路占用，而不是被开关自身占用。对板空间的这种低效运用是很糟糕的，会大幅削减模块中的开关数目，从而影响体系通道数。
SPI开关解决方案
图2显现了一个4 x 8交叉点装备，8个四通道SPST开关坐落一个6层板上。不过，这次开关是SPI操控的ADGS1412器材。像之前相同，图中显现了器材尺度、电源去耦%&&&&&%和SDO上拉电阻。
该解决方案展现器材以菊花链方式装备。一切器材同享来自SPI接口的片选和串行时钟数字线路，菊花链中的第一个器材接纳串行数据。然后，该数据被传送至链(像一个移位寄存器)中的一切器材。这个示例解决方案的尺度是30 mm x 18 mm，面积为540 mm2。
以菊花链方式运用SPI接口可大大削减串行转并行转换器和数字线路占用的板空间。选用这种开关装备，总电路板面积可削减20%，这使得通道密度大大进步。体系渠道也得到了简化。当电路板上的开关数目进步时，节约的面积随之添加，包括数百个开关的电路板可节约50%以上的空间。
这说明在更小的面积中能够放入更多开关，比较于传统串行转并行转换器方案，相同面积的电路板将能支撑更多通道。
ADI SPI开关特性
ADI公司的新式SPI开关系列可用来完成更高通道密度，如前文解决方案。经过立异的堆叠式双芯片解决方案(图4)，ADI公司的精细开关能够运用工业规范SPI形式0接口进行装备。这意味着不只能够节约空间，而且不会对体系功用构成晦气影响。下面是ADI新式SPI开关的首要功用总结。
菊花链形式
ADI SPI开关能以菊花链形式作业。选用菊花链装备的ADGS1412器材衔接如图5所示。一切器材同享CS和SCLK数字线路，而器材的SDO与下一器材的SDI构成衔接。运用单个16位SPI帧指令菊花链中的一切器材进入菊花链形式。在菊花链形式下，SDO是SDI的8周期推迟版别，故希望的开关装备能够从菊花链中的一个器材传递到另一个器材。
过错检测功用
当器材处于寻址形式或突发形式时，能够检测SPI接口上的协议和通讯过错。有三种过错检测办法，分别是SCLK过错计数、无效读取和写入地址以及最多3位的CRC过错检测。这些过错检测功用保证数字接口即便在恶劣环境下也能牢靠作业。
ADI SPI开关系列
ADGS1412是ADI公司正在开发的SPI开关系列中的首款产品。得益于ADI公司开发的立异双芯片解决方案，ADGS1412不只具有与并行操控器材ADG1412相同的同类最佳的低RON功用，而且具有串行接口带来的优势。
该系列将以ADI公司的高功用开关为根底构建，供给现有业界抢先的开关的SPI操控版别。表1列出了ADI新式SPI开关系列当时和方案发布的产品。产品型号代表何种模仿开关芯片与SPI转并行转换器进行多芯片封装，附加的S表明其为SPI操控版别。这些产品将在2017年连续发布。
定论
在高通道密度运用中，与运用并行操控开关比较，运用SPI操控开关有许多优势。它能削减每个开关占用的电路板空间，从而完成更高的开关密度。这是由于它削减了所需的数字操控线路，而且不再需求其它器材来供给这些操控线路。ADI公司的SPI开关解决方案支撑进步通道密度。这些器材供给的菊花链形式有利于完成上述方针。
本文来源于《电子产品世界》2017年第8期第72页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
