FPGA通过SPI对ADC配置简介(二)-4线SPI配置时序分析
本篇将以德州仪器(ti)的高速adc芯片—ads52j90为例，进行adc的4线spi配置时序介绍与分析。
从ads52j90的数据手册我们不难发现，其spi控制模块主要包含4根信号线sen，sclk，sdin以及sdout。ti公司对其产品spi配置信号的命名方式与通用的spi信号命名方式不一样，但实际上sensdinsdout分别对应csbsdisdo。
sen：spi读写的使能信号；
sdin：fpga写入adc的配置数据(寄存器地址和对应地址的值)；
sdout：adc对应地址输出的配置寄存器数据；
sclk：fpga提供给adc的spi接口时钟。
首先介绍该adc的spi的写时序，datasheet给出的时序图如图1所示：我们首先大致看一下写时序图，能够了解到对于sdin来说，需要先写入a7~a0的8bit的地址，接下来写入该地址下的16bit的寄存器数值d15~d0，也就是说每进行一次写操作需要不间断的写入24bit 的数据。
对于sen来说，在进行写操作时，其一直保持低电平，写之前和写完后都保持高电平。对于sclk来说，其上升沿每次采集每1bit sdin数据的中心位置，共需要采集24次，才能完成这24bit sdin数据的写入。
图1：spi写时序图
上面三点就是我们初步看这个时序图所得到的结论。对于该adc，按照这种方式进行写操作就不会有问题。实际上所有adc的spi写操作都有类似于上面介绍的共同准则，这里归纳如下：
1，无论spi进行读还是写操作，sen必须拉低，否则spi不工作(既不读也不写)，读、写完成之后sen必须拉高；
2，sdin的数据每次在sclk的上升沿写入spi；
3，sdin的数据组成一定是先写入配置寄存器地址，再连续写入配置寄存器数值；
图2：spi时序要求
另外，我们看到时序图上有许多时间参数，我们在写代码时不仅要遵守以上的共同准则，还要满足这些参数的时序关系，并保留一定的时间量。datasheet都提供了这些参数的大小，如图2所示。比如tsclk的最小值是50ns，意味着spi的时钟最高20mhz。tsen_su 的最小值为8ns，就表示sen下降沿至少提前第一个sclk的上升沿时间8ns。tdsu 则表示sdin的数据必须至少提前sclk的上升沿5ns准备好，等等。只要遵守了相关的spi准则以及datasheet里的spi时序参数，spi的写操作就不会有问题了。
现在我们介绍该adc的spi读时序，如图3所示。读操作的主要目的是监测adc内部寄存器状态，从而判断adc的配置状态是否符合用户的需求。从图上我们可以看到，spi的读操作可以分解为两个部分：第一个部分是先写入a7~a0 8bit的寄存器地址到sdin，然后sdout输出对应地址的16bit的寄存器数值。
这里重点强调一下：理论上来说，在上升沿锁存写入的地址最后1bit后，在接下来的每次sclk下降沿，sdout输出1bit寄存器值，直到16bit寄存器数值完全输出。但实际上每次sclk下降沿输出的数据只有经过tout_dv(12ns ~28ns)后才稳定，后端fpga才能正确接收。从图上我们不难发现，fpga在sclk的上升沿附近获取sdout的数据是非常合适的，在这个位置获取的数据最稳定。
图3：spi读时序图
4线spi的读写时序分析就到这里了，再次强调几个关键点：
关键点1：sen在读写操作时，必须拉低。读写完成之后，必须拉高。
关键点2：sdin的数据每次必须在sclk的上升沿写入spi。对应的数据格式一定是寄存器地址+要写入的寄存器数值。
关键点3：sout的数据总是在sclk的下降沿输出，因此选择fpga在sclk的上升沿获取sdout数据最稳定。
关键点4：一定要满足datasheet给出的spi的时序参数，并在代码实现时要留有适当的时序裕量。
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sen：spi读写的使能信号；
sdin：fpga写入adc的配置数据(寄存器地址和对应地址的值)；
sdout：adc对应地址输出的配置寄存器数据；
sclk：fpga提供给adc的spi接口时钟。
首先介绍该adc的spi的写时序，datasheet给出的时序图如图1所示：我们首先大致看一下写时序图，能够了解到对于sdin来说，需要先写入a7~a0的8bit的地址，接下来写入该地址下的16bit的寄存器数值d15~d0，也就是说每进行一次写操作需要不间断的写入24bit 的数据。
对于sen来说，在进行写操作时，其一直保持低电平，写之前和写完后都保持高电平。对于sclk来说，其上升沿每次采集每1bit sdin数据的中心位置，共需要采集24次，才能完成这24bit sdin数据的写入。
图1：spi写时序图
上面三点就是我们初步看这个时序图所得到的结论。对于该adc，按照这种方式进行写操作就不会有问题。实际上所有adc的spi写操作都有类似于上面介绍的共同准则，这里归纳如下：
1，无论spi进行读还是写操作，sen必须拉低，否则spi不工作(既不读也不写)，读、写完成之后sen必须拉高；
2，sdin的数据每次在sclk的上升沿写入spi；
3，sdin的数据组成一定是先写入配置寄存器地址，再连续写入配置寄存器数值；
图2：spi时序要求
另外，我们看到时序图上有许多时间参数，我们在写代码时不仅要遵守以上的共同准则，还要满足这些参数的时序关系，并保留一定的时间量。datasheet都提供了这些参数的大小，如图2所示。比如tsclk的最小值是50ns，意味着spi的时钟最高20mhz。tsen_su 的最小值为8ns，就表示sen下降沿至少提前第一个sclk的上升沿时间8ns。tdsu 则表示sdin的数据必须至少提前sclk的上升沿5ns准备好，等等。只要遵守了相关的spi准则以及datasheet里的spi时序参数，spi的写操作就不会有问题了。
现在我们介绍该adc的spi读时序，如图3所示。读操作的主要目的是监测adc内部寄存器状态，从而判断adc的配置状态是否符合用户的需求。从图上我们可以看到，spi的读操作可以分解为两个部分：第一个部分是先写入a7~a0 8bit的寄存器地址到sdin，然后sdout输出对应地址的16bit的寄存器数值。
这里重点强调一下：理论上来说，在上升沿锁存写入的地址最后1bit后，在接下来的每次sclk下降沿，sdout输出1bit寄存器值，直到16bit寄存器数值完全输出。但实际上每次sclk下降沿输出的数据只有经过tout_dv(12ns ~28ns)后才稳定，后端fpga才能正确接收。从图上我们不难发现，fpga在sclk的上升沿附近获取sdout的数据是非常合适的，在这个位置获取的数据最稳定。
图3：spi读时序图
4线spi的读写时序分析就到这里了，再次强调几个关键点：
关键点1：sen在读写操作时，必须拉低。读写完成之后，必须拉高。
关键点2：sdin的数据每次必须在sclk的上升沿写入spi。对应的数据格式一定是寄存器地址+要写入的寄存器数值。
关键点3：sout的数据总是在sclk的下降沿输出，因此选择fpga在sclk的上升沿获取sdout数据最稳定。
关键点4：一定要满足datasheet给出的spi的时序参数，并在代码实现时要留有适当的时序裕量。
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