电路描述
因此,对远程外设的SPI写请求是软件透明的,但对远程外设的SPI读请求会产生一个字的延迟,这意味着读取命令需要扩展一个字。若不如此,则当片选取消置位时,LTC4332 MISO移位寄存器中的最后一个字会丢失。WORD_LENGTH寄存器(参见LTC4332数据手册中的寄存器映射)表示LTC4332上MISO信号路径中的移位寄存器的深度,决定了SPI控制器何时开始在MISO线上接收有效数据。例如,若WORD_LENGTH为8,则在CS置为有效后经过8个时钟周期,用户将开始接收有效MISO数据。
故障监控
LTC4331/LTC4332 link引脚表示通信链路的状态,驱动到低电平时表示远程I2C/SPI总线已加入本地I2C/SPI总线。
本地侧LTC4331/LTC4332还可以通过让ON引脚保持低电平至少180ms来触发远程侧复位。如果链路断开,远程LTC4331/LTC4332会在180ms后自动复位。远程复位会禁用所有远程侧输出,直到重新建立链路通信。
图4.读/写故障监控寄存器的控制接口时序图
LTC4331/LTC4332控制接口
要配置LTC4331/LTC4332链路本地侧的控制接口,可使用单独的内部可寻址外设。通过配置引脚A1和A2,可为本地LTC4331的内部接口分配一个的I2C地址。LTC4332则提供了单独的片选引脚
图5.LTC4332(左侧)和LTC4331(右侧)的内部框图
LTC4331/LTC4332控制接口支持读取速度配置、链路状态和中断/警报状态,以及访问其他I2C/SPI特定选项。LTC4331可以配置为将I2C地址转换为远程外设,从而扩展I2C地址空间并防止地址冲突。LTC4332允许每个CS引脚使用独立的SPI模式配置,以及配置字长(用于确定所接收的数据延迟)。有关更多信息,请参阅LTC4331和LTC4332数据手册。
PCB尺寸
PCB设计中的元件密度增加会导致复杂的问题。为了编码SPI或I2C,通常需要额外的微控制器,这会增加解决方案成本和尺寸,但使用CN0564的话,远程侧无需额外的微控制器。这样可实现更小的传感器解决方案,其占用的PCB面积更小,从而降低制造总成本,并为其他元件留下更多空间以提供更多特性。
图6.LTC4331(I2C扩展器)和LTC4332(SPI扩展器)的本地eval-CN0564-ARDZ节点和远程节点
扩展传感器接口功能
更长传输距离的传感器接口传统上使用模拟信号技术,例如0-10V或4-20 mA。例如,在状态监控应用中,集成电子压电(IEPE)传感器接口是振动传感器最常用的信号标准。它为振动传感器提供恒定电流源,传感器输出电压通过相同线路读回。当传输交流信号内容时,这种双线系统可以简化系统设计,但不提供额外的故障监控或配置能力。
LTC4332/LTC4331则支持灵活的配置和处理,发生故障事件时可直接在数字输出传感器上轻松调试。
常见变化
当本地和远程地电位之差超过容许的±25V (LTC4332)或±15V (LTC4331)时,需要使用电气隔离。使用ADUM141E或ADUM140E之类的数字隔离器,可以将I2C/SPI信号与eval-CN0564-ARDZ上的本地LTC4331/ LTC4332进行电气隔离,如图7所示。
ADUM5020可为本地LTC4331/LTC4332提供高达100mA的隔离电源。
电路评估与测试
以下部分介绍CN0564如何设置和测试。eval-CN0564-ARDZ可以与Arduino或Arduino兼容设备配合使用,以利用eval-ADXL357Z读取加速度数据,从而轻松评估SPI (LTC4332)和I2C (LTC4331)扩展器。以下部分侧重于在eval-CN0564-ARDZ上设置SPI扩展器(本地和远程LTC4332)。
有关完整的设置详情,以及SPI和I2C扩展器(本地和远程LTC4331/LTC4332)上的设置说明,请访问eval-CN0564-ARDZ用户指南。
设备要求
► 带USB端口的PC
► eval-CN0564-ARDZ评估板
► eval-ADXL357评估板
► eval-XLMOUNT1
► Arduino UNO Rev 3
► USB A型转USB B型电缆
► 跳线
► 5V/3.3V电源
开始使用
1. 下载为评估eval-CN0564-ARDZ评估板上的SPI或I2C扩展器而提供的Arduino草图,并使用它对Arduino进行编程。
2. 将eval-CN0564-ARDZ板插入Arduino Uno Rev 3
3. 将eval-CN0564-ARDZ上的LTC4332(远程侧)连接到eval-ADXL357
4. 使用双绞线中的跳线将LTC4332(本地侧)连接到LTC4332(远程侧)
5. 跳线连接如下:
a. 正确放置P10跳线,使得P10上的引脚2和3在eval-CN0564-ARDZ上相连。这将选择5V电源选项。
b. JP1跳线应放置到位置D,以将本地LTC4332上的从器件/片选引脚连接到Arduino UNO Rev 3上的D10引脚。
c. JP5跳线应放置到位置A,以将本地LTC4332上的
图8.本地和远程LTC4332上的跳线配置
系统测试
将eval-ADXL357Z和远程LTC4332安装在eval-XLMOUNT1上,然后接通为电路板供电的电源。现在应能够在eval-CN0564-ARDZ板上看到3个LED闪烁(本地2个LED,远程侧1个LED)。完整系统框图参见图9。
MEMS加速度计(远程侧eval-ADXL357Z上)读取的X、Y和Z数据将显示在Arduino串行监视器上。退出Arduino串行监视器并运行Python Real Time ADXL357 Data Plotter可执行文件,查看加速度数据的实时图,如图10所示的图形。
X、Y和Z加速度(g)数据由python脚本存储在三个单独的文件中,可以在包含可执行文件的位置中找到。
电路评估与测试
图9.采用ADXL357和Arduino UNO Rev 3的eval-CN0564-ARDZ系统测试设置
电路评估与测试
也可以获得图11所示的FFT分析,以使用所获得的X、Y和Z数据识别目标频率。FFT分析常用于监视旋转部件的健康状况。预测性维护(PdM)是智能行业的关键组成部分,其涉及在运行期间监控设备以检测潜在故障的预警迹象。有关如何分析状态监控(CbM)系统中的振动数据的更多信息,请参阅此文章。
ESD警告
ESD(静电放电)敏感器件。带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽管本产品具有专利或专有保护电路,但在遇到高能量ESD时,器件可能会损坏。因此,应当采取适当的ESD防范措施,以避免器件性能下降或功能丧失。