spinor/spinand flash之高频通信延迟采样

SPI协议

对于spinor和spinand flash，其通信总线为SPI总线。

SPI有四种工作模式，对应不同的极性和相位组合

极性，一般表示为CPOL（Clock POLarity），即SPI空闲时时钟信号SCLK的电平（0:空闲为低电平; 1:空闲为高电平）

相位，一般表示为CPHA(Clock PHAse)，即SPI在SCLK第几个边沿开始采样（0:第一个边沿采样; 1:第二个边沿采样）

四种模式为：

SPI FLASH通信

spinor和spinand，一般都支持mode0和mode3。即都是在下降沿送数据，上升沿采样。

具体一点，在某次读数据的时候，主控端发出一个下降沿，flash收到后，就把数据准备好送到spi总线上，在接下来的上升沿时，主控端就对SPI的数据线进行采样，得到这个bit的数据是0还是1。

接着主控端又送出下降沿，flash收到后又送出1bit的数据，供主控在下一个上升沿的时候读取。

高频下的问题

上面描述的通信过程，一个沿触发送数据一个沿进行采样，一来一往配合默契，看起来没什么问题。

但其实这里面隐含了一个要求，就是flash必须能跟得上节奏，需要在收到主控的下降沿之后，迅速准备好数据，在下一个上升沿到来之前送到总线上。否则主控在下一个上升沿采样到的数据就是错的了。

这个在低频的时候，是没什么问题的，例如在5M的clock下，下降沿到上升沿，时间大概是100ns，这个时间足够flash准备好数据并送上总线了，轻轻松松。

但在更高的时钟频率下，flash就有压力了，在100M的clock下，下降沿到上升沿，时间大概是5ns。如果是104M, 133M等，那时间就更短了。

在这种时钟频率下，flash来得及送数据吗？很遗憾，来不及，请看规格书

flash规格书标注的 Clock Low to Output Valid， 即从收到时钟下降沿到送出的数据有效，这个耗时就已经超过5ns了。

多找两家看看

看起来都差不多，100M下面，谁也满足不了这个5ns的时间要求。

如何解决

那既然flash无法准时送出数据，那主控在下一个上升沿就必然采样不到正确的数据了，怎么办？降低时钟频率吗？

降低时钟频率当然可以解决问题，但还有另外的办法，那就是延迟采样。

主控知道在高频下，flash无法及时送出数据来，那没关系，我就晚一点再采样，等flash的数据到位之后再采样即可。

例如有些主控的SPI控制器可以配置，延迟半个周期采样或延迟一个周期采样，在100M的clock下，一个周期10ns。

那么不延迟的话，flash只有5ns的时间可以准备数据以及送数据，如果延迟半个周期采样，则有10ns，延迟1个周期，则有15ns。

具体应该延迟多少，就得看实际情况了，因为我们刚刚只关注了flash标注的 Clock Low to Output Valid 的值，其实实际的延迟，还会受其他因素影响，例如从主控发出下降沿，到flash实际收到下降沿的延迟。flash发出数据，到主控实际能采样到数据的延迟，如果走线较长的话，这些也是不可忽略的。

例如这篇文章：

https://www.byteparadigm.com/files/documents/Using-SPI-Protocol-at-100MHz.pdf 

文章中的举例，就算上了信号传播的延迟，从里面截一张图大家看下，更多信息可以看原文，就不搬运了。