Brezžični SPI

[jure94]

Iščem nasvet, kako bi se najbolje lotil tega problema oz. predloge glede na trenutno idejo.
Želim narediti brezžični SPI. Razdalje so majhne, nekaj mm (max 5mm) razdalje med TX in RX anteno. Tudi napajanje bo šlo brezžično, ampak to je ločen problem.
Glavni cilj in želja sta, da je sprejemna stran čim bolj preprosta in čim manjša.

Idejo sem imel, da bi imel dve tuljavi, eno za CLK in drugo za MOSI. Komunikacija bo samo v eno smer. SPI CLK naj bi bil 5MHz.
Kolikor sem uspel raziskati bi bil OOK način primeren. 40.68 MHz bi bila lahko primerna frekvenca. Ker se nikoli nisem ukvarjal z RF področjem ne vem, če grem sploh v pravo smer.

Za oddajnik sem trenutno na tem:

Screenshot 2026-02-06 134715.png

Oscilator je 20MHz, ker sem ravno takega imel na voljo. Zaradi tega sem tudi moj vhodni signal znižal na 700kHz. Trenutno delam s CLK delom, ker se ne spreminja tako kot MOSI.
Antena je na roke navita tuljava, pomerjena cca 5uH pri 100kHz (kar omogoča LCR meter).

Na sprejemni strani sem prišel trenutno do sem:

Screenshot 2026-02-06 141526.png

Anteno sem poskusil narediti čim bolj enako oddajni.
Na TP25 pomerim:

SDS1204X_HD_PNG_8.png

modra - signal na TP25, zelena - vhodni signal na TX strani.
Torej nekaj uporabnega že dobim. Mislim pa, da je signal na sprejemni strani kar majhen. Mogoče je problem v oddajniku oz. vrednostih komponent na obeh straneh. Tudi samo obliko bi si želel lepšo, brez toliko 20MHz dela.
Komparator naj bi poskrbel za pretvorbo v 0/1, ampak še ni v uporabi.
Najraje bi imel možnost, da se referenca za komparator sama prilagaja, glede na amplitudo vhodnega signala. Nisem pa prepričan, kako dobro bo to delovalo z MOSI, ker ni tako konstanten kot CLK.

Grem v pravo smer? Kje bi lahko stvari izboljšal?

[bostjang]

Tudi CLK ni konstanten, saj je prisoten le, ko teče komunikacija.
Če bi lahko prestavil na UART, bi si prihranil polovico vezja.

Ali mora biti RF? Kaj pa svetloba?

[dejko1]

Me je bostjang prehitel... Odprt optocoupler (LED dioda+fotodioda) se tudi meni zdi preprostejša rešitev.


Pri SPI bi lahko združil clock in data v eno linijo s PWM modulacijo.


Po shemi imaš zdaj oddajni nihajni krog uglašen na 20Mhz. Če ni preveč odvzema na sprejemniku oz. drugje, bi moral v točki TP1 dobiti napetosti krepko čez napajalno napetost (verjetno ca 50x).

Kar moraš upoštevat je, če je sklop med primarnim krogom in sekundarnim krogom dober, bodo tudi komponente v sekundarnem krogu vplivale na primarni krog.

Jaz bi na tvojem mestu poskusil uglasiti še sekundarni krog. Sicer pa 0,5/1V signala ni tako malo...

[dkone]

Eno podobno rešitev uporablja merilni stroj za C&T centrirno mizo:

[jure94]

Komunikacija bo predvidoma tekla konstantno, torej bo CLK konstanten. MOSI pa seveda ne, odvisno od paketa.
Optično ni možno, ker je vmes neprosojen material (nekaj mm črne plastike). Drugače bi že takoj šel v to smer, ker je preprosto.
UART tudi ne gre direktno, ker ima naprava samo SPI. Lahko bi sicer dal vmes en majhen MCU, ampak bi se temu rad izognil.

Tuljava na obeh straneh je navita na roke iz 0,2mm lakirane žice. Premer cca 20mm in 8-9 ovojev. Trenutno imam postavljeno eno direktno na drugo, torej minimalna razdalja.
V TP1 ne dobim neke visoke napetosti, vsaj ne niti blizu x50 napajalne. Glede na napisano zgoraj predvidevam, da imam sklop med TX in RX dober.
Se mi zdi, da je mogoče trenutno problem v tuningu, da niso vse komponente najbolj primernih vrednosti.
Kje je najbolje da začnem gledati? Na TX strani mogoče L5 / C5 / C26 / R1?
Bom pomeril še signal na TP1 za referenco.

Ali je BC817-40 sploh primeren za uporabljen namen ali bi bilo kaj drugega bolje?

[dejko1]

No, saj mogoče 50x je bilo pretiravanje (za napajalno napetost tule šteje AC napetost na kolektorju tranzistorja). Razmerja napetosti in tokov so odvisna od notranjih upornosti elementov v nihajnem krogu, ampak ja, lahko prideš do takih razmerij. Nerodno je, ko meriš krog, ki se napaja s 5V in ugotoviš da imaš tam 100+V (uff, a je osciloskop ok?). Poleg tega moraš pazit tudi na vpliv kapacitivnosti sonde osciloskopa na samo vezje.

Tule se je najlažje igrat v LTSpice, seveda moraš potem še v realnosti preverit, če tudi enako deluje. LTSpice mi pravi 0,4Vpp na kolektorju in ca. 8Vpp, če imata C1 in C5 1ohm ESR. Za sklop dveh tuljav lahko uporabiš direktivo/komponento K in modeliraš še sprejemni del oz. medsebojni vpliv. Meni tu izgleda, kot da R9 v sprejemniku porabi precej toka iz primarnega kroga. Uglasitev sprejemnega dela (dodatni kondenzator vzporedno s tuljavo) pomaga pri slabših sklopih sprejemnika in oddajnika.

Za preverjanje resonančne frekvence lahko uporabiš VNA z zančno sondo, ali pa zadevo napajaš s frekvenčnim generatorjem (spreminjaš frekvenco) in opazuješ odziv.

Še ena ideja za komunikacijo bi bila, da sklopljeni tuljavi uporabiš kot pulzni transformator in komuniciraš s pulzi.

[jure94]

Sem se igral tudi v LTspice najprej. Rezultati na vezju so zelo podobni.

Ideja s pulzi je zanimiva. Ne vem edino, kako bi "raztegnil" pulze, da bo dejansko delalo kot SPI. SPI je mode 3.

Sem se pa uštel pri količini podatkov in bi dejansko potreboval vsaj 16,2Mbps, kar je cca 3x več od prvotne ideje. Mislim, da mi bo vseeno najlažje dati na vsako stran kakšen ESP ali kaj podobnega in imeti samo wireless power.

[bostjang]

Idejo sem imel, da bi imel dve tuljavi, eno za CLK in drugo za MOSI. Komunikacija bo samo v eno smer.

Kaj pa Slave Select? Kako naprava sicer ve, kje je začetek podatkov oz. ali pravilno deluje tudi z ves čas aktivnim SS?

Kaj pa kapacitivni sklop? Če je kapacitivnost proti masi dovolj velika (odvisno, kako vse skupaj fizično izgleda), bi bila to verjetno najbolj enostavna možnost. Ojačevalnik v oddajniku, v sprejemniku pa zgolj elektroda neposredno na sprejemni IC.

[jure94]

Gre se za krmiljenje LED tipa APA102.
Slave select ni potreben, načeloma ni potreben tudi pri ostalih napravah, če je samo ena SPI naprava na liniji. Je pa v tem primeru seveda potrebno paziti, da se pošlje točno število clock pulzev, kar pa tudi ni problem.
Fizično bi rad imel vse skupaj čim manjše, recimo vezje premera 30-40mm. Poleg tega bo zraven še brezžično polnjenje, kar zavzame kar velik del, zaradi tega bi rad imel vse ostalo čim manjše. Lahko pa seveda dam komponente na obe strani ker ima tuljava za polnjenje na zadnji strani feritni material.

[Dorijan]

Malo se zakoplji v dokumente od Texas instruments in njihovih izoliranih čipov.
Za malo več branja ta dokument
https://www.ti.com/lit/eb/slyy234/slyy234.pdf

Ali pa stran 4 v tem
https://www.ti.com/lit/an/slla284g/slla ... 0729734146

Lahko bi pa tudi prav magnetno naredil zračna tuljava(7449152022 ali 744918254) in pa obračaš polariteto.
Ta (MHA100KN) ima celo ločene izhode za severno in južno rotacijo magneta, tako da lahko kar na komparator pelješ. Tako da ne pobira šuma ko ni v magnetnem polju
https://www.digikey.com/en/products/det ... N/12809824

[bostjang]

Dorijan, lep (prvi) dokument si predložil, ampak Jure sprašuje za brezžični oz. še bolje brezstični prenos in več tisočkrat hitrejši, kot je zadnji Hall senzor, čeprav je zelo zanimiv zaradi dveh izhodov.

[bostjang]

Gre se za krmiljenje LED tipa APA102.

Ali imaš normalen podatkovni list za te LEDice. Tale je bolj ubogi. Omenja uro do 1200 kHz, ti pa 16 MHz.
Vsebina se najbrž osveži, kot nekaj časa ni ure. In nekaj časa je?

Sicer pa zakaj taka huda ura? Saj na 40 mm veliko stvar ne gre toliko LEDic.
Kaj pa če bi vzel LEDice z eno samo krmilno žico, npr. WS2812 (PDF)? WS2811 pa je dekoder brez LEDic. In gredo do osveževanja 800 kHz.

[peterp]

Ta LED APA102 je podobna LED SK9822, za katero sem pred kratkim napisal en enostaven linux kernel module.
Ob tem sem naletel na
- boljši opis delovanja: https://www.pololu.com/product/3086
- datasheet: https://www.pololu.com/file/0J1234/sk9822_datasheet.pdf

[dejko1]

Drugače za RFID imaš tudi odprte tuljave v SMD obliki z definiranim poljem - išči transponder coil. Če daš dve tuljavi pravokotno ena na drugo, bi lahko preko njiju prenašal dva signala. So pa rfid tuljave večinoma višje induktivnosti / za nižje frekvence (124kHz).

Pri prenosu energije v bližini, boš verjetno moral nekako tudi ločiti napajalni in komunikacijski del, da se ne bosta motila med sabo...

[jure94]

40mm je željena velikost vezja. Vezje se priklopi na ločen LED trak. Količino podatkov sem izračunal glede na število LED in željen refresh rate. Vsaka LED potrebuje 32 bitov (+ start frame + stop frame za celoten trak).
Glede frekvence, eno je frekvenca SPI, drugo pa PWM frekvenca s katero driver čip krmili LED. Zasledil sem, da so dosegali tudi do 60MHz SPI clock. Je pa odvisno kakšen datasheet najdeš, so zelo različne informacije.
Tistoh 1200kHz je frekvenca oscilatorja za krmiljenje LED (za PWM generator). Tako je tudi narisano na blok diagramu v tem datasheetu.

[dejko1]

Pa sem našel zadevo, ki sem jo iskal (kako data+clk združiti v en pin):
https://www.romanblack.com/shift1.htm
Za osnovno implementacijo rabiš samo fazno zakasnilni člen (RC člen). Pri brezžičnem prenosu verjetno zaradi upada signala rabiš kakšen komparatorček ali logični gate ic na vhodu.

Lahko tudi malo pogoljufaš in uporabiš diferencialne komunikacijske transcieverje za oddajnik in sprejemnik (npr. RS485).

[peterp]

Morda bi bilo zanimivo vedeti za kakšno napravo točno gre

[jure94]

Morda bi bilo zanimivo vedeti za kakšno napravo točno gre

Niti ne, LED trak, ki je v vodi. Nič kaj posebnega z izjemo tega, da bi imel elektroniko čim manjšo in preprosto.

[Dorijan]

Za tvojo osnovno idejo na vrhu. A poznaš ta čip SN65EPT23DR ?
Do 300MHz in dva izhoda 24mA če daš tuljavo preko upora na vsakega od izhodov jo lahko direktno z 3V3 poganjaš.

- Tuljavo daš zračno ali z manjšim feritom v sredini

- Za Manchester kodiranje in dekodiranje pa uporabiš logična vrata(XOR in flip-flop) to bi ti moralo dati in CLK in data signal.

[bostjang]

Niti ne, LED trak, ki je v vodi. Nič kaj posebnega z izjemo tega, da bi imel elektroniko čim manjšo in preprosto.

Izgleda, da je nekaj posebnega, če je zahtevana hitrost osveževanja ca. 500 kpix/s. Torej 10.000 LEDic bi osvežil 50-krat na sekundo.

[jure94]

Ali pa 20 LED na cca 170us. Še vedno nič kaj posebnega in povsem preprosto, če bi lahko direktno pripeljal kabel.

SN65EPT23DR izgleda zanimiv, bom raziskal še v to smer, preden se dokončno odločim za ESP8266

[bostjang]

Želim narediti brezžični SPI. Razdalje so majhne, nekaj mm (max 5mm) razdalje med TX in RX anteno. Tudi napajanje bo šlo brezžično, ampak to je ločen problem.

Zakaj je napajanje ločen problem? Kaj če bi bila ena sama tuljava za oboje? Najbrž pa je res precej večji izziv, če so zahtevani Mbps.

[dejko1]

Sem čisto za hec poskusil parček 7mH smd rfid tuljav, 50ohm 4V generator kot transmiter in MAX3485 kot receiver. Brez kakih resonančnih elementov sem lahko kvadratni signal pri 500k lepo prenesel na sprejemnik. Pri večji razdalji med tx in rx sicer dobiš skew pulzov zaradi nizkega signala...

Hmm, ko zdaj razmišljam, bi bil tale MAX verjetno boljši transmiter kot receiver, za receiver bi se pa bolje obnesel čisto navaden komparator.

[jure94]

Po nekaj igranja v LTspice sem prišel do take rešitve:

Screenshot 2026-02-17 144435.png

Simulacija pravi, da naj bi delalo. Sedaj bo pa treba preveriti.

Na TX strani pride seveda še kakšen ojačevalnik/ tranzistor, na katerega bo priklopljena tuljava.

Poskušal sem tudi na druga načine, recimo vse prek ene tuljave in dekodiranje na način, kot je opisano tukaj: https://www.infineon.com/assets/row/pub ... tes-en.pdf
Ampak mi ni uspelo dobiti tako lepega signala. Bi bilo pa seveda lažje vse prek ene tuljave.