本篇將以德州儀器(TI)的高速ADC芯片—ads52j90為例，進行ADC的4線SPI配置時序介紹與分析。

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從ads52j90的數據手冊我們不難發現，其SPI控制模塊主要包含4根信號線SEN，SCLK，SDIN以及SDOUT。TI公司對其產品SPI配置信號的命名方式與通用的SPI信號命名方式不一樣，但實際上SENSDINSDOUT分別對應CSBSDISDO。

SEN：SPI讀寫的使能信號；

SDIN：FPGA寫入ADC的配置數據(寄存器地址和對應地址的值)；

SDOUT：ADC對應地址輸出的配置寄存器數據；

SCLK：FPGA提供給ADC的SPI接口時鐘。

首先介紹該ADC的SPI的寫時序，datasheet給出的時序圖如圖1所示：我們首先大致看一下寫時序圖，能夠了解到對于SDIN來說，需要先寫入A7~A0的8bit的地址，接下來寫入該地址下的16bit的寄存器數值D15~D0，也就是說每進行一次寫操作需要不間斷的寫入24bit的數據。

對于SEN來說，在進行寫操作時，其一直保持低電平，寫之前和寫完后都保持高電平。對于SCLK來說，其上升沿每次采集每1bit SDIN數據的中心位置，共需要采集24次，才能完成這24bit SDIN數據的寫入。

圖1：SPI寫時序圖

上面三點就是我們初步看這個時序圖所得到的結論。對于該ADC，按照這種方式進行寫操作就不會有問題。實際上所有ADC的SPI寫操作都有類似于上面介紹的共同準則，這里歸納如下：

1，無論SPI進行讀還是寫操作，SEN必須拉低，否則SPI不工作(既不讀也不寫)，讀、寫完成之后SEN必須拉高；

2，SDIN的數據每次在SCLK的上升沿寫入SPI；

3，SDIN的數據組成一定是先寫入配置寄存器地址，再連續寫入配置寄存器數值；

圖2：SPI時序要求

另外，我們看到時序圖上有許多時間參數，我們在寫代碼時不僅要遵守以上的共同準則，還要滿足這些參數的時序關系，并保留一定的時間量。datasheet都提供了這些參數的大小，如圖2所示。比如tSCLK的最小值是50ns，意味著SPI的時鐘最高20MHz。tSEN_SU的最小值為8ns，就表示SEN下降沿至少提前第一個SCLK的上升沿時間8ns。tDSU則表示SDIN的數據必須至少提前SCLK的上升沿5ns準備好，等等。只要遵守了相關的SPI準則以及datasheet里的SPI時序參數，SPI的寫操作就不會有問題了。

現在我們介紹該ADC的SPI讀時序，如圖3所示。讀操作的主要目的是監測ADC內部寄存器狀態，從而判斷ADC的配置狀態是否符合用戶的需求。從圖上我們可以看到，SPI的讀操作可以分解為兩個部分：第一個部分是先寫入A7~A0 8bit的寄存器地址到SDIN，然后SDOUT輸出對應地址的16bit的寄存器數值。

這里重點強調一下：理論上來說，在上升沿鎖存寫入的地址最后1bit后，在接下來的每次SCLK下降沿，SDOUT輸出1bit寄存器值，直到16bit寄存器數值完全輸出。但實際上每次SCLK下降沿輸出的數據只有經過tOUT_DV(12ns ~28ns)后才穩定，后端FPGA才能正確接收。從圖上我們不難發現，FPGA在SCLK的上升沿附近獲取SDOUT的數據是非常合適的，在這個位置獲取的數據最穩定。

圖3：SPI讀時序圖

4線SPI的讀寫時序分析就到這里了，再次強調幾個關鍵點：

關鍵點1：SEN在讀寫操作時，必須拉低。讀寫完成之后，必須拉高。

關鍵點2：SDIN的數據每次必須在SCLK的上升沿寫入SPI。對應的數據格式一定是寄存器地址+要寫入的寄存器數值。

關鍵點3：SOUT的數據總是在SCLK的下降沿輸出，因此選擇FPGA在SCLK的上升沿獲取SDOUT數據最穩定。

關鍵點4：一定要滿足datasheet給出的SPI的時序參數，并在代碼實現時要留有適當的時序裕量。

審核編輯：劉清