Альтернативы SPI из-за EMI

В настоящее время я делаю систему, состоящую из пластикового корпуса, который содержит MCU, взаимодействующий с 7 АЦП с использованием SPI 2 МГц по проводам длиной около 5 см.

Проблема в том, что меня беспокоит EMI. Все, что я прочитал, говорит о том, что любой вид цифрового сигнала, который небезопасно находится на печатной плате в заземленном металлическом корпусе, будет излучать слишком много, чтобы пройти тестирование на электромагнитные помехи. Я думаю, что это будет включать в себя также I2C.

Это может провалиться тестирование EMI? Что я могу сделать по этому поводу?

Я ищу ответы любого типа, в том числе «Используйте другую шину / АЦП», но не включаю ответы, которые включают механические изменения, такие как: «Поместите все АЦП на одну и ту же печатную плату» или «Поместите все это в металлическую коробку». , Меня особенно интересуют альтернативы SPI с низким уровнем электромагнитных помех, включая дифференциальные шины.

Вот некоторая соответствующая информация о приложении. Пожалуйста, дайте мне знать, если вам нужно знать больше вещей:

• 6 проводов идут на каждую плату АЦП (Power, GND, CS, CLK, MOSI, MISO).
• АЦП в настоящее время являются MCP3208 (микрочип 8-канальный, 12-битный)
• Я работаю в отчаянно ограниченном пространстве, поэтому добавление экранирования к проводам на самом деле не вариант.
• Было бы неплохо использовать некую дифференциальную шину (только одну или две пары), но единственные АЦП с дифференциальной связью, по-видимому, относятся к типу LVDS с несколькими MSPS.
• CAN, вероятно, слишком медленный, а также довольно громоздкий для такого ограниченного пространства.
• Частота дискретизации: мне нужно сэмплировать каждый канал с частотой 1 кГц.

Добавлено:

Просто чтобы дать представление о пространственных ограничениях:

Здесь вы можете увидеть одну из плат АЦП. Этот на самом деле имеет MCP3202 вместо MCP3208, но он совместим (иш). Это в пакете TSSOP 8. PCB 11 мм х 13 мм. Черный кабель диаметром 2 мм. Как видите, разъема даже нет, а провода припаяны непосредственно к печатной плате, а затем заделаны. Отсутствие разъема связано с ограниченным пространством, а не с пространством на печатной плате.

SPI 2 МГц на 5 см кабелей невелик. Я делаю 30 МГц SPI на 10 см кабелях много, проходя FCC класса B и CE эквивалент. Ключ должен убедиться, что у вас есть хороший кабель (контролирующий как можно лучше для области петли), и правильно завершить ваши сигналы.

Вы управляете для области петли, помещая сигналы питания / GND где-то в середине кабеля: как в середине разъема, так и в середине пучка проводов. Обычно у вас есть мощность или GND на сигнал, но так как это редко является практическим решением, вы должны делать все возможное с тем, что у вас есть. Также обязательно наденьте одну или две развязывающие заглушки на печатные платы на обоих концах кабеля.

Правильное завершение сигналов будет немного сложным, поскольку у вас нет контролируемого сопротивления на вашем кабеле. Что бы я сделал, это поместил RC-фильтр на печатную плату на обоих концах кабеля. Фильтр RC будет иметь C на стороне кабеля и R на стороне чипа. В драйвере сигнала, я бы начал с R около 75 Ом и C около 1 нФ. В приемнике R будет около 10 Ом, а C все еще 1 нФ. После того, как вы создали прототипы, вы должны попробовать разные значения. По сути, вам нужны более высокие значения для R и C, но не настолько высокие, чтобы устройство перестало работать или уровни сигнала были слишком ослаблены. Края ваших сигналов должны выглядеть очень закругленными, но звонков не должно быть, и тактовые сигналы должны быть хорошими в полосе перехода сигнала (обычно 0,8-2,0 В).

Предельное значение не менее 3 нФ идеально подходит для защиты от электростатического разряда, но это не может быть проблемой в вашем приложении.

CAN почти наверняка ваш лучший выбор в такого рода приложениях. Это дифференциал, и он на самом деле должен уменьшить количество проводов, идущих к каждой плате. Если вы выбираете семь чипов, восемь каналов на чип, двенадцать бит на канал, это 672 бита данных за время выборки. При выборках 1 кГц, скорости передачи 1 Мбит, это 1000 бит на время выборки. Это не оставляет вам много места для накладных расходов, поэтому вы можете рассмотреть возможность использования микроконтроллера, в который встроены два отдельных контроллера CANbus. Центральный микроконтроллер на обоих, и вы должны иметь много пропускной способности.

С другой стороны, вы можете рассмотреть возможность замены аналого-цифровых преобразователей на микроконтроллеры. dsPIC 30F4013 может быть хорошим выбором там. 13 12-битных A / D каналов плюс шина CAN.

С другой стороны, я думаю, что вы можете конвертировать SPI в / из протоколов дифференциального напряжения, таких как RS-485. Но я не знаю достаточно об этом, чтобы комментировать разумно.