一文读懂SPI串行外设接口-电路图讲解-电子技术方案

SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。正是由于有了通信方式，我们才能够通过芯片控制各种各样的外围器件，实现很多“不可思议”的现代科技。这里将以SPI为题，从编程角度来介绍SPI总线。

1、SPI协议简介

图 1  SPI接口

SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，由于其简单易用的特性，现在很多的nor flash和nandflash芯片集成了这种通信协议，也就是我们说的SPI flash。

2、应用及现状

图 2 SPI应用

SPI flash 芯片应用十分广泛，在很多电子产品上面或多或少都有它的踪影，如手机、数码、液晶显示器、机顶盒、电脑主板等。最近，有消息透露，苹果新手机iPhone 8将导入采用编码型快闪存储（NOR Flash），让已经处于缺货状态的NOR芯片更为恼火，另外据存储业者透露，今年NOR芯片供给缺口将可能扩大至20%。

3、解剖SPI总线
SPI 接口一般使用 4 条线通信，MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。SCLK 时钟信号，由主设备产生。CS 从设备片选信号，由主设备控制。

图 3 SPI总线

SPI接口在Master控制下产生的从器件使能信号和时钟信号，两个双向移位寄存器按位传输进行数据交换，传输数据高位在前，低位在后（MSB）。在SCK的下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。

图 4  使能信号和时钟信号

4、解剖SPI flash
搞懂了SPI协议之后，下面就让小编来带你轻松操作SPI flash芯片。对flash芯片的操作，一般包括对flash芯片的擦除，编程和读取，各大厂商的SPI flash芯片都大同小异，操作命令基本是没什么变化的，当我们拿到一款芯片，要特别注意芯片的容量，操作分区，下面以旺宏的芯片为例为大家讲解。

其实，无论是对芯片的擦除，编程还是读取操作，我们大致可以按照以下的套路来：写命令---写地址---写（读）数据。正如以下的时序图一样清晰明了，我们先把片选信号拉低，再发个0x02页编程命令，再发个地址，就可以轻松写数据了。

依样画葫芦，擦除操作也是一样，甚至更简单，但是我们要注意循环判断状态寄存器的WIP位直至为0为擦除完成，具体循环时间视芯片而定。

另外，我们要特别注意SPI flash的 OTP区，即(ONE TIME PROGRAMMABLE)，也就是说这个区域只能编程一次，编程之后不能再修改及擦除，因此我们操作的时候要特别注意。对OTP区域的读写之前，我们首先要发送进入OTP区域的命令，其他的操作和以上普通flash区域的操作是一样的。

掌握以上方法，我们就可以轻松操作SPI flash芯片了，当然，对时序这种底层的操作，还需要不断学习和积累。

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栅极驱动器虽然经常被忽视，但是它在电源和电机控制系统等系统中发挥着很重要的作用。我喜欢把栅极驱动器比作肌肉！该视频系列说明了栅极驱动器的工作原理，并重点介绍了关键的栅极驱动器参数。涉及的主题包括负电压处理、延迟匹配、宽VDD和工作温度范围等。这篇博文将更全面地解释这些主题。

负电压
栅极驱动器中的负电压处理是指承受输入和输出端负电压的能力。这些不必要的电压可能是由于开关转换、泄漏或布局不良引起的。栅极驱动器的负电压承受能力对于稳健可靠的解决方案至关重要。

图1显示了TI栅极驱动器如何处理大量的下冲和过冲产生的负电压，防止集成电路受到损坏。

图 1：负反向电压处理

延迟匹配
延迟匹配是一项衡量标准用于表示通道之间的内部传播延迟的匹配准确度。如果在两个通道的输入端同时施加一个信号，则两个通道输出的时间延迟是延迟匹配数值。延迟匹配数值越小，栅极驱动器可以实现的性能越好。

延迟匹配有两个主要好处：
?确保同时驱动的并联MOSFET具有最小的导通延迟差。

?简化了栅极驱动器输出的并联，可有效倍增电流能力，同时简化并联电源开关的驱动。

TI的UCC27524A具有非常精确的1ns（典型值）延迟匹配，可将驱动电流从5A增加到10A。图2显示的 UCC27524A的A和B通道组合在一个驱动器中。INA和INB输入端连接在一起，OUTA和OUTB同样如此。一个信号控制并联组合。

图 2：并联输出并可倍增驱动电流的UCC27524A

精确延迟匹配的效果之一是提高功率密度。隔离电源、DC/DC模块和太阳能逆变器的功率因数校正（PFC）和同步整流模块等应用都需要更高的功率密度，而对于相同的输出功率，设计者的选择通常仅限于相同或更小的尺寸。

宽VDD范围
当我提到“宽VDD范围”时，我指的是连接到MOSFET的漏极的正电源电压或连接到绝缘栅双极晶体管（IGBT）集电极的正电源电压。对于栅极驱动器，VDD定义驱动器输出的范围。

宽VDD范围有三个好处：
?为您的系统设计提供灵活性，可以使用具有不同工作电压的同一驱动器和不同类型的电源开关。

?在有噪声的环境中或在使用低质量的电源时非常可靠，可有效防止系统被过冲或下冲损坏。

?具有宽VDD范围的驱动器可用于分离轨系统，例如驱动具有正和负电源的IGBT。

总体而言，宽VDD范围使您可以在极端条件下灵活地进行系统设计，提供高可靠性。
工作温度范围

一个经常被忽视的细节是栅极驱动器的测试条件。通常会看到在室温（25°C）下测试栅极驱动器。在整个工作温度范围内列出了规格最小和最大值，并添加了统计保护带。

不要忽视工作温度范围，因为当温度保持在-40°C至125°C时，与在室温下相比，最小和最大规格可能会发生显著的变化。大多数TI栅极驱动器器件的温度范围为-40°C至125°C或140°C。 这在极端温度下提供了一致的性能和稳定性。考虑数据表中的这些细节，可以更轻松地选择正确的栅极驱动器。

正如您所见，在选择系统的栅极驱动器时，需要考虑许多参数。请观看我们的视频系列，并在德州仪器在线技术支持社区 中提出任何问题。

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