SPI信号波形异常分析

在一次调试的过程中,遇到1.8V SPI信号经过双向自动切换电平转换IC,与Microchip的SPI转CAN芯片MCP2518FDT通信,发现SPI波形异常。

硬件部分原理图如下:

经测量,发现电平转换IC的第10 PIN SDO_CAN0(设备输出,SOC输入)的波形如下:

如截图所示:SDO_CAN0在电平转换IC 3V3一侧出现毛刺尖峰:

对应电平转1.8V一侧的波形

发现当3.3V一侧出现毛刺时,1.8V一侧的电平被拉高。

这里先看看电平转换IC的内部工作逻辑:

图中用到的电平转换IC属于TXB类型。

外设主动拉 B 电平→B 侧边沿触发 B 端 One-Shot,A 被瞬态强推到 VCCA 域电平;稳态 4k 互通。

而核心板端该SPI信号的复用I2C,故存在上拉电阻;实际是同一个PIN。

这显然是1.8V一侧存在上拉电阻,导致3.3V连接MCP2518FDT一侧输出低电平,经过电平转换IC,One-Shot,之后,靠4K电阻维持稳态,3.3V一侧无法将1.8V一测拉低

1.8V一侧低电平Voi=4/(1+4)VccA

相反,3.3V一侧反向被1.8V一侧拉高one shot,出现一个毛刺。

接下来将SOC一端1.8V的上拉电阻1K去掉。

去掉之后虽然通信没有问题了,但是再次比对测试1.8V和3.3V一侧,发现1.8V一侧的低电平还是会在one shot之后无法拉低。

而且核心板不太可能专门为这一个功能去掉原本复用I2C的1K上拉电阻。

于是采用了临时的调试方案,1.8V一侧经过一个正向电压较低,且结电容较低的肖特基二极管,二极管阴极连到3.3V一侧,该信号不经过电平转换芯片

测量得到波形如下:

现在1.8V一侧低电平等于二极管的压降,大概在0.3-0.4V,左右,满足ViL。

但是亦有不足之处,二极管由低到高电平跳变的时候会有一个反向的电压尖峰。大概在2.1-.2.2V左右。可以满足临时调试。后续更换电平转换类型可以解决此问题。

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