La configuración precisa de los interruptores SPI aumenta la densidad de los canales
Resumen
Cuando se diseña un sistema que requiere una alta densidad de canales, como en la instrumentación de prueba, suele ser necesario incluir un gran número de interruptores en la placa. Cuando se utilizan interruptores controlados por una interfaz paralela, un gran porcentaje del espacio de la placa lo ocupan las líneas lógicas necesarias para controlar los interruptores, así como los convertidores serie-paralelo necesarios para generar las señales de control GPIO. Este artículo presenta la nueva generación de interruptores controlados por SPI de ADI, que abordan este reto de diseño, su arquitectura y la mayor densidad de canales que ofrecen respecto a los interruptores controlados en paralelo. El innovador proceso de copackaging de ADI permite combinar un nuevo troquel de convertidor SPI-paralelo con un troquel de interruptor analógico de alto rendimiento ya existente. Esto ahorra espacio sin comprometer el rendimiento del interruptor de precisión.
Maximizar el número de canales en los equipos de prueba es de suma importancia, ya que esto permite probar más dispositivos en paralelo, lo que a su vez reduce el tiempo y el coste de las pruebas para el cliente final. Los conmutadores son un elemento clave para habilitar más canales, ya que permiten que el comprobador comparta recursos para soportar varios DUT. Pero más interruptores controlados en paralelo significa más líneas de control, lo que aumenta el espacio consumido en la placa. Esto limita mucho la densidad de canales que se puede conseguir.
El uso de interruptores controlados por SPI en esta situación ofrece ventajas considerables en cuanto al tamaño de la solución y el número de canales. Los conmutadores SPI pueden colocarse en una formación en cadena, lo que reduce enormemente el número de líneas digitales necesarias en comparación con una solución tradicional.
Este artículo detalla los problemas que se plantean al intentar maximizar el número de canales, analiza el método tradicional utilizado para controlar un grupo de interruptores y los inconvenientes asociados, presenta la solución que ofrecen los interruptores analógicos controlados por SPI y, por último, presenta los interruptores de precisión ADI controlados por SPI, que ofrecen el mejor rendimiento de su clase.
Problemas comunes para maximizar el número de canales
Cuando desarrollas un módulo cuyo objetivo principal es maximizar el número de canales, el espacio de la placa se convierte en una mercancía. Los interruptores son esenciales para aumentar el número de canales de un sistema, pero a medida que aumenta el número de interruptores, el espacio de la placa se reduce no sólo por los propios interruptores, sino también por las líneas lógicas y los dispositivos asociados necesarios para generar esas líneas lógicas. En definitiva, el número de canales que se pueden realizar se resiente debido a los elementos asociados necesarios para controlar el propio interruptor.
Solución tradicional de conmutación en paralelo
La solución más habitual para aumentar la densidad de canales es utilizar interruptores controlados por señales lógicas paralelas. Esto requiere una gran cantidad de señales GPIO que un microcontrolador estándar no podría proporcionar. Una solución para generar señales GPIO es utilizar convertidores serie-paralelo. Estos dispositivos producen señales paralelas y se configuran mediante protocolos en serie como I2C y SPI.
La figura 1 es un esquema que muestra ocho interruptores ADG1412 cuádruples, unipolares (SPST) en una configuración de 4 × 8 puntos cruzados en una placa de 6 capas. Los interruptores están controlados por dos convertidores serie-paralelo cuyas líneas serie proceden de una placa controladora. Cada convertidor proporciona 16 líneas GPIO, que se distribuyen entre los ocho interruptores. El modelo muestra las huellas del dispositivo, los condensadores de desacoplamiento de la fuente de alimentación y las señales de control digital en gris. El tamaño de la solución matricial de 4 × 8 utilizando los interruptores controlados en paralelo es de 35,6 mm × 19 mm, ocupando una superficie de 676,4 mm2.
Solución para interruptores SPI
La figura 2 muestra una configuración de punto de cruce 4 × 8 con ocho interruptores SPST cuádruples en una placa de 6 capas. Sin embargo, esta vez los interruptores son dispositivos ADGS1412 controlados por SPI. Como antes, se muestran las huellas del dispositivo, los condensadores de desacoplamiento de la fuente de alimentación y las resistencias de pull-up de SDO.
La solución muestra que los dispositivos están configurados en cadena. Todos los dispositivos comparten las mismas líneas de selección de chip digital y de reloj serie de una interfaz SPI, mientras que el primer dispositivo de la cadena recibe los datos serie. Estos datos se transmiten a todos los dispositivos de la cadena como un registro de desplazamiento. El tamaño de esta solución de ejemplo es de 30 mm × 18 mm, lo que representa una superficie de 540 mm2.
El uso de la interfaz SPI en formato de cadena reduce significativamente el espacio de la placa ocupado por el convertidor serie-paralelo y las líneas digitales. Tanto es así que se consigue una reducción global del área de la placa del 20% con la misma configuración de interruptores. Esto permite un aumento significativo de la densidad de canales. La plataforma del sistema también se ha simplificado. A medida que aumenta el número de interruptores en una placa, aumenta al mismo tiempo el ahorro de espacio, lo que da lugar a un ahorro de espacio superior al 50% en placas que contienen cientos de interruptores.
Esto demuestra que es posible encajar más interruptores en un área más pequeña, lo que permite un gran número de canales en una placa de área fija en comparación con la solución tradicional de convertidor serie/paralelo
Características del interruptor SPI de ADI
La nueva gama de interruptores SPI de ADI puede utilizarse para conseguir una mayor densidad de canales, como se muestra en el ejemplo anterior. Una innovadora solución de doble chip apilado (Figura 4) permite configurar los actuales interruptores de precisión de ADI, líderes en el mercado, con una interfaz SPI de modo 0 estándar en la industria. Esto significa que se puede ahorrar espacio sin afectar negativamente al rendimiento del sistema. Aquí tienes un resumen de las principales características del nuevo conmutador SPI de ADI.
Modo de cadena tipo margarita
Como ya hemos dicho, los conmutadores SPI de ADI pueden funcionar en cadena. La conexión de los dispositivos ADGS1412 en cadena se muestra en la Figura 5. Todos los dispositivos comparten CS y SCLK, mientras el SDO de un dispositivo establece una conexión con el SDI del siguiente. Se utiliza una única trama SPI de 16 bits para ordenar a todos los dispositivos de la cadena que entren en el modo de cadena. En el modo de cadena, SDO es una versión retardada de 8 ciclos de SDI, para que el patrón de conmutación deseado pueda pasar de un dispositivo al siguiente de la cadena.
Función de detección de errores
Cuando el dispositivo está en modo dirección o en modo ráfaga, se pueden detectar errores de protocolo y comunicación en la interfaz SPI. Hay tres métodos de detección de errores, a saber, recuento SCLK incorrecto, dirección de lectura y escritura no válida y detección de errores CRC de hasta 3 bits. Estas funciones de detección de errores garantizan una interfaz digital robusta, incluso en los entornos más duros.
Familia de interruptores SPI ADI
El ADGS1412 es la primera versión de una familia de interruptores SPI desarrollada por Analog Devices. Gracias a la innovadora solución de doble chip desarrollada por ADI, el ADGS1412 tiene la misma baja REN el ADG1412 tiene las mismas prestaciones que el ADG1412 con control paralelo, pero con las ventajas de una interfaz en serie
La cartera se basará en los interruptores de alto rendimiento de ADI, ofreciendo versiones controladas por SPI de los interruptores líderes del sector ya disponibles. La tabla 1 muestra los productos actuales y previstos de la nueva familia de interruptores SPI de ADI. La referencia representa la matriz de conmutación analógica que está empaquetada con el convertidor SPI-paralelo con una S adicional para mostrar que es la versión controlada por SPI. Estos productos se lanzarán a lo largo de 2017
| Número de pieza | Configuración | Optimización del dispositivo |
| ADGS1412 | 4 × SPST | REN optimizado |
| ADGS5412 | 4 × SPST | R bajaENinmune al enclavamiento |
| ADGS1212 | 4 × SPST | Inyección de carga y CEN optimizado |
| ADGS1612 | 4 × SPST | REN optimizado, media tensión |
| ADGS5414 | 8 × SPST | R bajaENinmune al enclavamiento |
Resumen
El uso de interruptores controlados por SPI en una aplicación de alta densidad de canales tiene muchas ventajas sobre el uso de interruptores controlados en paralelo. Reduce el espacio de la placa utilizado por cada conmutador, lo que a su vez aumenta la densidad de conmutadores que se pueden implementar. Esto se debe a la reducción de las líneas de control digital necesarias y a la eliminación de los dispositivos necesarios para proporcionar estas líneas de control.
Analog Devices ofrece una nueva e innovadora solución de conmutación SPI de precisión que aumenta la densidad de canales. Esto se ve facilitado por el modo de conexión en cadena disponible en estos dispositivos. El mismo rendimiento de conmutación líder en la industria que se observa en las ofertas de conmutadores actuales de Analog Devices se mantiene gracias a la solución de doble chip utilizada. El ADGS1412 es el primer lanzamiento de una familia de nuevos interruptores controlados por SPI, con una cartera completa que llegará en 2017 y 2018.
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