SPI接口静电放电防护方案

方案简介

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口），是Motorola公司提出的一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工、同步通信总线，在芯片中只占用四根管脚用来控制及数据传输，广泛应用于EEPROM、Flash、RTC（实时时钟）、ADC（数模转换器）、DSP（数字信号处理器）以及数字信号解码器上。SPI在芯片的管脚上占用四根线，节约芯片管脚的同时为PCB布局节约空间。SPI协议未设定速度上限，实际应用中往往能实现超过10 Mbps的传输速率，这一特性使得SPI总线成为传输未压缩音频及压缩视频等大数据量内容的理想选择。

此方案采用集成多路ESD静电保护元器件，具有导通电压精度高、响应速度快、寄生电容值低、钳位电压低的特性，在不影响数据传输的前提下满足IEC61000-4-2 Level 4静电放电防护需求，且做到成本最优化。

SPI工作原理

图1 SPI管脚配置

SPI分为主、从两种模式，一个SPI通讯系统需要包含一个（且只能是一个）主设备，一个或多个从设备。提供时钟的为主设备（Master），接收时钟的设备为从设备（Slave），SPI接口的读写操作，都是由主设备发起。当存在多个从设备时，通过各自的片选信号进行管理。

SPI接口一般使用四条信号线通信： 

• MISO： 主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
• MOSI： 主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
• SCLK：串行时钟信号，由主设备产生。
• CS/SS：从设备片选信号，由主设备控制。它的功能是用来作为“片选引脚”，也就是选择指定的从设备，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。

应用示例

方案一：

图2 SPI接口应用示例一

方案一我们为SPI接口推荐了一款集成多路ESD静电二极管防护器件，型号为SEUC236T5V4U，有六个引脚，可同时保护SPI接口的四条通道免受静电放电(ESD)和低等级浪涌事件的冲击与干扰。该器件的工作电压为5V，结电容仅为0.6Pf，钳位电压为15V，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护。

方案二：

 

图3 SPI接口应用示例二

方案二中，我们为SPI接口提供了一种与方案一电气特性相同封装不同的十引脚集成式ESD防护器件，型号为SEUC10F5V4U。器件的流通式封装设计简化了 PCB 布局，减少布线过程中的不连续性，促进了信号完整性和系统稳定性的提升。该器件的工作电压为5V，结电容仅为0.6Pf，钳位电压为15V，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护。

表1 SPI接口可用物料汇总

总结与结论

由于SPI总线广泛应用于连接着各种电子设备及其组件，实现了数据的高效传输和设备的智能控制，所以选择正确的ESD保护器件十分重要。ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD和TVS保护器件，包含常规级和车规级，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护SPI总线的优选之策，确保数据传输的可靠与稳定。

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表2 SEUC10F5V4U和SEUC236T5V4U电气特性表

（注：除封装不同以外，其他参数相同）