Hallo zusammen,
ich möchte gerne an einem Interface auf Basis eines ATmega16 die
Eingänge so tolerant gestalten, dass alles von 3,3V oder 5V bis 24V
(schöner wäre sogar bis 48V) als High erkannt wird, ohne dass die
Elektronik Schaden nimmt. Ist soetwas möglich? Wie stellt man es an?
Weiterhin würde ich die Pins auch noch gerne als Ausgänge nutzen können
(je nach Einstellung in der Software) es müsste also was sein, was ich
z.B. einfach mit einer Diode brücken kann für die Ausgangs-Richtung.
Meine erster Gedanke war, die Eingänge mit Spannungsreglner zu versehen,
aber ich bezweifel, dass ich da insb. bei fallender Flanke ein sauberes
Signal habe.
Hoffe ich habe verständlich genug ausgedrückt, worum es mir geht.
Danke und Gruß Dominique Görsch
Vorwiderstand und eine Zenerdiode (3,3V oder 5,1V je nach
Betriebsspannung) - fertig ist der Eingang.
Gleichzeitig Ausgang wird schwieriger - Du kannst eine Diode über den
Vorwiderstand legen, allerdings hast Du dann nur noch einen High
Ausgang, bei Low passiert gar nichts (Tri State).
Gruß, Marcus
> dass alles von 3,3V oder 5V bis 24V> (schöner wäre sogar bis 48V) als High erkannt wird...
Dann solltest du aber zusehen, dass die 48V auch tatsächlich unter 1,5V
fallen, wenn LOW am Eingang anliegt. D.h. deine Störfestigkeit wird
ziemlich niedrig.
> Vorwiderstand und eine Zenerdiode (3,3V oder 5,1V je nach> Betriebsspannung) - fertig ist der Eingang.
Auf die Verlustleistung des Widerstands achten,
z.B. 45V*45V/0,125W = 16kOhm Mindest-Eingangswiderstand für einen
bedrahten 1/8 W Widerstand.
>Das geht mit 48V gerade noch mal gut ;-)
Zum Glueck hat ein 48V Netz keine Ueberschwinger, und auch keine
Transienten.. Naja. Einen 10uF an jeden Eingang und gut ist.
Und bei welcher Spannung wird mit dieser Stufe eine Null erkannt ?
Lothar Miller wrote:
>> dass alles von 3,3V oder 5V bis 24V>> (schöner wäre sogar bis 48V) als High erkannt wird...> Dann solltest du aber zusehen, dass die 48V auch tatsächlich unter 1,5V> fallen, wenn LOW am Eingang anliegt. D.h. deine Störfestigkeit wird> ziemlich niedrig.>>> Vorwiderstand und eine Zenerdiode (3,3V oder 5,1V je nach>> Betriebsspannung) - fertig ist der Eingang.> Auf die Verlustleistung des Widerstands achten,> z.B. 45V*45V/0,125W = 16kOhm Mindest-Eingangswiderstand für einen> bedrahten 1/8 W Widerstand.
Widerstand und Diode in Reihe und für Ausgang dann einfach eine Diode zu
beidem antiprallel? Und dann werden auch kleinere Spannungen (3,3V) auch
noch sicher erkannt?
Die Störfestigkeit nach unten ist relativ unkritisch. Es geht um ein
Interface für die Fader- und Hotstartausgänge eines Mischpultes. Mir ist
da nun schon einiges begegnet (von einfachen (potentialfreien)
Schaltkontakten bis zu 48V Impulse) und ich würde das Interface gerne so
universell wie möglich gestalten. Soweit ich mich erinnere war Low aber
immer tatsächlich 0V.
Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser?
Irgendwie kann ich mir das grad nicht so wirklich vorstellen. Gibts
freie Software um sowas zu simulieren?
>Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser?
Irgendwie kann ich mir das grad nicht so wirklich vorstellen. Gibts
freie Software um sowas zu simulieren?
Eine Multiplikation ?
ahem wrote:
>>Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser?> Irgendwie kann ich mir das grad nicht so wirklich vorstellen. Gibts> freie Software um sowas zu simulieren?>> Eine Multiplikation ?
Nein ich dachte schon daran die ganze Schaltung zu simulieren, nicht nur
an diese Sektion.
Nunja, ich leide zwar nicht unter Platznot, aber da ich das ganze für
jeden I/O-Pin außer RX/TX an einem mega16 brauche, fällt es also gleich
30 mal an.
und wenn du per software die Eingänge LOWaktiv wählst und mittels 4x
ULN2805 oder sowas ähnlichem mit jeweils einem 47k am Eingang die
Signale invertierst?
ich hab jetzt nicht nachgerechnet, aber auch bei 5V Einganssignal müßten
die Darlingtons genug durchschalten um die internen Pullups des Mega16
runterzuziehen
> Nunja, ich leide zwar nicht unter Platznot, aber da ich das ganze für> jeden I/O-Pin außer RX/TX an einem mega16 brauche, fällt es also gleich> 30 mal an.
das mit den FETs oder gar den Konstantstromquellen ist zwar nett, aber
hat da auch mal jemand an das Layout gedacht?
Gibts die FETs auch irgendwie als 8-fach array mit nem gemeinsamen
Gateanschluß? Das wäre wirklich ideal :-)
>>>> Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser?> Nimm besser eine größere Bauform (=Leistung), wenn der Platz ausreicht> ;-)
Hab den Vorschlag mal mit LTSpice simuliert (siehe Anhang), sieht gut
aus. Selbst bis 100V (soviel werden es später NIE sein!) steigt die
Spannung am Ausgang nicht über 4,6V. 2,2V bei 3,3V am Eingang ist zwar
etwas knapp, aber bei 5V sinds knapp über 3V was hoffentlich ausreichend
ist. (min 0.6Vcc laut Datenblatt, 0.6x5V=3V)
Was für eine Diode nehme ich nun antiparallel über alles, um den Pin
auch weitehrin als Ausgang verwenden zu können? Die darf ja quasi sogut
wie keinen Spannungsabfall haben.
Nochmal zu den Widerständen: Kann ich bis max. 48V noch zu
SMD-Widerständen (0805) greifen, oder muss es was bedrahtetes sein?
Danke und Gruß
Dominique Görsch
> Kann ich bis max. 48V noch zu SMD-Widerständen (0805) greifen
Der R2 bekommt ja höchstens 5V ab --> kein Problem.
Der R1 ist hier kritischer, müsste aber gerade noch gehen:
0805 können idR >100mW ab, die Spannungsfestigkeit liegt bei 100V.
Ich würde hier trotzdem für R1 einen 1206 nehmen.
>Nochmal zu den Widerständen: Kann ich bis max. 48V noch zu>SMD-Widerständen (0805) greifen, oder muss es was bedrahtetes sein?
P = U^2 / R = 48V*48V/22K = 104mW
Ein 0805 Widerstand hat 0.125W Verlustleistung maximal.
Ich wuerde ein bisschen knapp.
Gruss Helmi
OK, dann nehme ich für R1 1206, kein Beinbruch. Was für eine Diode nehme
ich am Besten für D1 und was für eine für D2 (die noch nicht
eingezeichnete antiparallele für "Ausgang") wenn insb. die Baugröße
entscheident ist?
EDIT: Mir kommen allerdings ein bissl Zweifel, ob die knapp über 3V am
Ausgang bei 5V am Eingang wirklich genug sind. Gerade unter realen
Bedingungen mit evtl. Spannungsabfall im Kabel, etc...
>Gerade unter realen>Bedingungen mit evtl. Spannungsabfall im Kabel, etc...
Der Widerstand deines Kabels ist bestimmt kleiner als die 22 KOhm
Eingangswiderstand.
Benedikt K. wrote:
> Lass R2 weg, dann hast du bei 5V etwa 4-4,5V am Ausgang.
Laut LSpice sinds dann nur knapp über 3,4V, in jedem Fall dann aber
ausreichend. Danke.
Die Spannung hängt stark von der Z-Diode und derem Kurvenverlauf ab. In
der Praxis wirst du vermutlich mit jeder Z-Diode leicht andere
Spannungen haben. Daher sollte man nicht unbedingt eine 1,3W Z-Diode
einbauen, sondern eher eine schwächere, denn die angegebene Spannung
gilt immer nur bei einem bestimmten Strom (bei einer 0,5W und etwa 5V
Z-Diode liegt der Teststrom meist bei 20-50mA). Der Strom ist hier aber
mit max 2mA sehr gering. Daher könnte man auch eine 5,1V Z-Diode
verwenden.
Danke für die Erklärung, Benedikt. Was für Dioden empiehlst du denn,
wenn die zwei maßgeblichen Bedingungen möglichst kleine Bauform und
Verfügbarkeit bei Reichelt sind?
Wäre es, in bezug auf die Eingangsspannung am Controller nicht sinnvoll,
den Pulldown (R2=47k), vor R1 und damit direkt an die Eingangsspannung
zu legen ?
Ich gehe mal davon aus, dass du SMD haben möchtest. Dann gibts 2
Möglichkeiten: MiniMELF oder SOT23
Das wären bei Reichelt SMD ZF 5,1 bzw. SMD ZD 5,1
Das einzige Problem bei denen sind die Toleranzen: 4,8-5,3V bei 1mA
@SoLaLA
Ob es die benötigen Fet's als Array gibt weiß ich nicht. Macht das Sinn
wg. der routen von den Eingängen da zu den Fet's?
Das ganze reduziert sich auf 3 Bauteile (Fet Fet-Vorwiderstand und
Lastwiderstand). 30 Channels = 90 Teile. Evt. kann der Fet Rv noch
entfallen, dann sind es 60.
Die Widerstände sind klein (1/8 Watt reicht). Bedrahtet bei "hochkant"
Bestückung auf dem Board trägt es wenig auf und die benötigte Fläche ist
acuh relativ klein.
Bei SMD ähnlich da keine Leistung "abfällt".
Trickschaltung wäre ein R-Last für mehrere Eingänge und über A/D Wandler
abfragen (wenn du die Möglichkeit hast die Channels anders zu
identifizieren).
> Lass R2 weg...
Was stellt sich für eine Spannung ein, wenn tatsächlich ein
Öffnerkontakt am Eingang aufgeschaltet ist? Also: inaktiv = offen.
> Wäre es, ... nicht sinnvoll, den Pulldown (R2=47k), vor R1> und damit direkt an die Eingangsspannung zu legen ?
Der muß dann auch (wie R1) die vollen 50V incl. Verlustleistung
mitmachen.
Aber ein offener Eingang wäre dann garantiert 0V.
>> Wäre es, ... nicht sinnvoll, den Pulldown (R2=47k), vor R1>> und damit direkt an die Eingangsspannung zu legen ?>Der muß dann auch (wie R1) die vollen 50V incl. Verlustleistung>mitmachen.>Aber ein offener Eingang wäre dann garantiert 0V.
Scheint mir aber ein guter Kompromiss zu sein; besonders, da 47k ja auch
schon ein ganz ordentlicher Wert ist und damit nur die Hälfte der
Leistung des 22k zum Tragen kommt.
Dafür erhält man einen einwandfreien Pegel bei unbeschaltetem Eingang
und auch sattere Pegel bei kleinen Eingangsspannungen. Was spricht bei
dieser Beschaltung dagegen, mit dem Prozesor diese Strecke auch wieder
als Ausgang zu nutzen - immerhin bleiben so auch die Pegel des µCs in
rückwärtiger Richtung nahezu vollständig erhalten ?!
Andreas wrote:
> Was spricht bei> dieser Beschaltung dagegen, mit dem Prozesor diese Strecke auch wieder> als Ausgang zu nutzen
Der hohe Innenwiderstand (durch den 22k Widerstand) und der eventuell
"hohe" Strom der durch eine 4,7V Z-Diode fließt. Aufgrund des
Innenwiderstands der Z-Diode dürfte der Strom nicht allzu hoch sein,
aber im Vergleich zu dem durch den Ausgang fließenden Strom ist das
Energieverschwindung.
Das ist eine schlechte Lösung, weil der Ausgang dann hauptsächlich die
Z-Diode treibt.
Die Frage ist eben auch, ob du 5V sicher als High-Pegel verarbeiten
willst.
Dann brauchst du für D2 eine Zener mit 5,1V.
Wird der Port als Eingang verwendet, müssen 5V ganz sicher als High
erkannt werden, allein deshalb, weil VCC=5V ist und somit bei der
Verwendung von einfachen Schaltkontakten damit gearbeitet wird.
Hab das ganze nun nochmals simuliert mit einer 1n4148 für D2. Laut
Simulation wird die Schaltung als Eingang verwendet durch die D2
garnicht beeinflusst, als Ausgang verwendet fallen an ihr unter 1V ab,
damit kann ich gut leben. Spricht irgendetwas was ich übersehen habe,
gegen die Verwendung so wie in dem Schaltbild weiter oben mit einer SMD
ZF 5,1 als D1 und einer SMD 1n4148 als D2? Die restlichen Werte wie
gehabt, 22k und 47k.
Alexander Schmidt wrote:
> Also noch einen 1k zwischen Z-Diode und µC-Pin.
Das wäre aber kontraproduktiv für einen Ausgang.
> Spricht irgendetwas was ich übersehen habe, gegen die Verwendung> so wie in dem Schaltbild weiter oben...
Nur der fehlende Verpolungsschutz. :-o
Leg mal einfach -5V an den Eingangspin an...
--> Kurzschluss durch D1 und D2,
und daraus resultierend ein kurzes Leben für eine der Beiden.
Lothar Miller wrote:
> Nur der fehlende Verpolungsschutz. :-o
Ein bisschen aktive Masse zwischen den Ohren erhoffe ich dann doch beim
Anwender ;)
Mal im ernst, daraüber habe ich auch schon nachgedacht, aber mir fällt
keine Lösung ein, bei der ich nicht wieder einen Spannungsabfall habe
(Diode).
Lothar Miller wrote:
>> Also noch einen 1k zwischen Z-Diode und µC-Pin.> Das wäre aber kontraproduktiv für einen Ausgang.
Bild wie im Anhang.
Ich habs mal simuliert und ein Atmel schafft es nicht die 5.1V Zener zu
treiben, daher der 1k.
Alexander Schmidt wrote:
> Bild wie im Anhang.
Diese Schaltung mit der Schottky-Diode würde ich niemals jemandem
(extern) in die Hand geben. Wenn es eine Klemme gibt, die laut
Datenblatt 50V aushält, dann schließt der erste (oder allerspätestens
der zweite) schließt aus Versehen -50 Volt an die Klemme an. Nach Murphy
muß das so sein. Und dann kommt die Schaltung zur Garantiereparatur,
garantiert.
> Ich habs mal simuliert und ein Atmel schafft es nicht die 5.1V Zener zu> treiben, daher der 1k.
Macht doch nichts, 4,5V kommen trotzdem raus. Also:
1
___ D2
2
o--|___|---- |< -------o
3
| 100R |
4
| ____ 22k |
5
o---o----------|____|------o------> uC-Pin
6
| R1 |
7
| | -. 4,7V
8
In/out | | 47k ^ D1
9
| | R2 |
10
| |
11
o---o----------------------o
12
|
13
V GND
Bei negativer Eingangsspannung raucht hier nur der 100Ohm-Widerstand ab,
das ist allemal billiger und einfacher zu tauschen als der Controller.
Lothar Miller wrote:
>> Ich habs mal simuliert und ein Atmel schafft es nicht die 5.1V Zener zu>> treiben, daher der 1k.> Macht doch nichts, 4,5V kommen trotzdem raus. Also:
Ich dachte die Z-Diode wird niederohmig, wenn man eine höhere Spannung
in Sperrrichtung anlegt. Damit würde man ja den Ausgang vom AVR killen.
> Ich dachte die Z-Diode wird niederohmig, wenn man eine höhere Spannung> in Sperrrichtung anlegt. Damit würde man ja den Ausgang vom AVR killen.
Diese Suppe wird halb so heiß gegessen wie gekocht.
Du wirst einen AVR-Ausgang nicht mal killen, wenn du den direkt auf
GND legst und eine '1' ausgibst. Da wird nur den uC über den
Kanalwiderstand des Fets ein wenig warm. Aber der Kurzschlussstrom
bewegt sich da gerade mal im 50mA Bereich.
Und wenn du jetzt am AVR diese Z-Diode anschließt, und dazu das
Datenblatt liest:
1
Output High Voltage : 4.2V / IOH = -20 mA / VCC = 5V
dann siehst du beruhigt, dass der uC nicht kaputtgehen wird.
Und wenn einem das Thema gar keine Ruhe lässt, dann kommt eben eine 5,1V
Z-Diode rein ;-)
EDIT:
Aus dem Vishay Datenblatt:
Lothar Miller wrote:
> Und wenn einem das Thema gar keine Ruhe lässt, dann kommt eben eine 5,1V> Z-Diode rein ;-)
Wobei die 5,1V Z-Diode worst case erst oberhalb der Spannung bei der die
Schutzdioden des AVRs leitend werden, anfängt zu begrenzen.
Falls die 5V Betriebsspannung eine ausreichende Mindestlast hat, wären
Schottky Dioden gegen 5V besser als Z-Dioden. Die leiten garantiert vor
den Schutzdioden des AVRs, haben geringere Toleranzen und stören den
Ausgangspegel des AVR nicht.
Wo hast du denn die Werte her, die du gepostet hast? Die anderen
Z-Dioden die ich kenne haben alle sehr viel größere Toleranzen. Die von
Reichelt sind z.B. mit 4.4 to 5.0V bei 5mA für die 4,7V Variante
spezifiziert.
Edit: Habs gerade gefunden: Deine Werte scheinen die selektierte 2%
Variante zu sein.
Das ist quasi das selbe wie von mir, nur mit nem 100r als "Bauernopfer".
Seh' ich das richtig? D2 könnte hier auch wie von mir schon simuliert
eine SMD 1n4148 sein?
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