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本文详细介绍了在尝试最大化通道数时遇到的问题，讨论了用于控制一组开关的传统方法及相关缺点，介绍了SPI控制模拟开关提供的解决方案，并介绍了SPI控制的ADI精密开关。

当设计需要高通道密度的系统时，例如在测试仪器中，通常需要在电路板上包括大量开关。当使用由并行接口控制的开关时，控制开关所需的逻辑线路以及产生GPIO控制信号所需的串行 - 并行转换器占用大部分电路板空间。本文讨论了新一代ADI SPI控制开关，它们解决了这一设计挑战，它们的架构以及它们与并行控制开关相比的通道密度增加。ADI的协同封装工艺使新的SPI并行转换器芯片能够与现有的模拟开关芯片相结合。这样可以节省空间，而不会影响精密开关的性能。

最大化测试设备中的通道数是至关重要的，因为这样可以并行测试更多设备，从而减少最终用户的测试时间和成本。开关是允许通道增加的关键因素，因为它们使测试仪能够共享其资源以支持多个DUT。但更多的并联控制开关意味着更多的控制线，导致更多的电路板空间消耗。这严重限制了可以实现的通道密度。

在这种情况下使用SPI控制开关在解决方案尺寸和通道数方面具有显着优势。与传统解决方案相比，SPI开关可以采用菊花链形式，大大减少了所需的数字线路数量。

最大化通道数时的常见问题

在开发主要目标是最大化通道数的模块时，电路板空间成为商品。开关是增加系统中通道数的关键，但随着开关数量的增加，电路板空间不仅减少了开关本身，还减少了生成这些逻辑线所需的逻辑线和相关器件。最终，由于控制开关本身所需的相关项目，可以实现的通道数受到影响。

传统开关交换解决方案

增加通道密度的最常见解决方案是使用由并行逻辑信号控制的开关。这需要标准微控制器无法提供的大量GPIO信号。生成GPIO信号的解决方案是使用串行到并行转换器。这些器件输出并行信号，并由I2C和SPI等串行协议配置。

图1是一个布局， 在6层电路板上以4×8交叉点配置显示8个  ADG1412四通道，单刀单掷（SPST）开关。这些开关由两个串并转换器控制，串行线来自控制器板。每个转换器提供16条GPIO线，每条线分布在八个开关之间。布局显示器件的封装，提供去耦电容和灰色的数字控制信号。使用并联控制开关的4×8矩阵解决方案的尺寸为35.6 mm×19 mm，占地面积为676.4 mm 2。

从图1中可以明显看出，大部分解决方案区域由串并转换器和数字控制线而不是开关本身占用。电路板空间的这种低效使用并不理想，并且将极大地减少模块中的开关数量，这反过来又对系统的通道数量产生不利影响。

图2显示了一个4×8交叉点配置，在6层电路板上有8个四通道SPST开关。但是，这次开关是SPI控制的ADGS1412器件。和以前一样，显示了器件封装，电源去耦电容和SDO上拉电阻。

该解决方案显示了以菊花链形式配置的设备。所有器件都通过SPI接口共享相同的片选和串行时钟数字线，而链中的第一个器件接收串行数据。然后，该数据像移位寄存器一样通过链中的所有设备。该示例性解决方案的尺寸为30mm×18mm，其面积为540mm 2。

以菊花链形式使用SPI接口极大地减少了串并转换器和数字线路占用的电路板空间。因此，使用相同的开关配置可以实现整体电路板面积减少20％。这使得通道密度大大增加。系统平台也得到了简化。当电路板上的开关数量增加时，空间面积节省会随之增加，从而在包含数百个开关的电路板上节省大约50％的空间ICfans。

这表明能够将更多开关安装到更小的区域，与传统的串并转换器解决方案相比，这又可以在固定区域板上实现大通道数。

ADI的新SPI开关产品系列可用于提高通道密度，如前面的示例所示。堆叠双芯片解决方案（图4）使ADI的精密开关能够配置工业标准的SPI模式0接口。这意味着可以在不对系统性能产生不利影响的情况下实现节省空间。 

如前所述，ADI SPI开关能够以菊花链模式运行。图5说明了菊花链中ADGS1412器件的连接。所有器件共用CS和SCLK数字线，而器件的SDO形成与下一个器件的SDI的连接。一个16位SPI帧用于命令链中的所有器件进入菊花链模式。在菊花链模式下，SDO是SDI的8周期延迟版本，因此所需的交换机配置可以从一个设备传递到链中的下一个设备。

当器件处于地址模式或突发模式时，SPI接口上的协议和通信错误是可检测的。有三种错误检测方法：错误的SCLK计数，无效的读写地址和最多3位的CRC错误检测。即使在最恶劣的环境中，这些错误检测功能也可确保强大的数字接口。

ADI SPI开关系列

ADGS1412是ADI公司开发的SPI开关系列中的首个版本。ADI公司开发的双芯片解决方案ADGS1412具有与并行控制ADG1412相同的低RON性能，同时具有串行接口带来的优势。

该产品组合将建立在ADI公司的高性能交换机上，提供SPI控制版本的交换机。表1显示了新ADI SPI开关系列中的当前和计划产品。器件编号表示哪个模拟开关芯片与SPI-to-parallel转换器共同封装，另外还有一个S表示这是SPI控制版本。这些产品将于2017年全面发布。

在高通道密度应用中使用SPI控制开关与使用并行控制开关相比具有许多优点。它可以减少每个开关使用的电路板空间，从而增加可实现的开关密度。这是由于所需的数字控制线的减少以及提供这些控制线所需的设备的移除。