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Forum: FPGA, VHDL & Co. Ausgangsbeschaltung für digitale Ausgänge am FPGA


Autor: Geri (Gast)
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Zuvor haben wir eingehend über Möglichkeiten der Eingangsbeschaltung zu 
FPGAs diskutiert. Weil es so interessant war möchte ich nun noch gerne 
über mögliche Ausgangsbeschaltungen diskutieren.

Muss-Anforderungen:
1. Sicher bei Berührung des Ausganges mit statisch aufgeladenen Teilen
2. Kurzschlussfest wen der geschaltete Ausgang mit Ground verbunden ist.
3. Ausgangspegel 0, 5 V
4. Maximale Ausgangsfrequenz 1 MHz

Kann-Anforderung:
5. Leuchtdiode zur Anzeige des Schaltzustandes

Fehlt eine Anforderug (Abgesehen vom Temperaturbereich, Feuchte und 
Vibrationsfestigkeit) für den Einsatz im industriellen Umfeld?

Mein Design sieht wie im Bild aus. Ich glaube aber nicht, dass es den 
genannten Anforderungen genügt. Gerade auch, wenn man versehentlich 24 V 
von aussen anlegt.
2, 3, 4 und 5 wären erfüllt.

Für 1. könnten man evtl. eine Schottkey-Diode in Serie einbauen. Dann 
erreicht man halt nicht mehr die 5 V am Ausgang...

Ein nachgeschalter Optokoppler wäre. Der liesse sich bei Beschädigung 
wenigstens relativ leicht tauschen:)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> den Einsatz im industriellen Umfeld?
Das passt m.E. nicht zu
> 3. Ausgangspegel 0, 5 V
An den Aktorschnittstellen sind hier idR. 24V.

Und das hier ist für eine IO-Schnittstelle auch etwas hoch gegriffen:
> 4. Maximale Ausgangsfrequenz 1 MHz
Welcher Aktor sollte das sein?

Oder willst du damit eine Art "Zwischenwelt" zwischen FPGA und 24V 
einführen? Was soll an den Ausgang angeschlossen werden?

Autor: Hogo Fogo (Firma: Bailout Inc.) (atze_vom_bau)
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Optokoppler oder Optorelais

Autor: Geri (Gast)
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>3 Ausgangsspannung 0..5 V
Ja, hast recht. Es würde auch ausreichen, wenn das 8 Ausgänge könnten.
Ich möchte Schrittmotorkarten anschliessen (25000 Mikroschritte bei 4 mm 
Spindel und 100 m/min). Mechanisch würde man bei dieser Geschwindigkeit 
wahrscheinlich Spindeln grösserer Steigung verwenden (z.B. 20 mm), man 
wäre dann aber immer noch bei 200 KHz.

Ok, 200 KHz würden als Anforderung auch ausreichen:)

Diese Schrittmotorkarten sind oft mir Optokoppler ausgesatattet.
Weiter möchte ich zwei PWM-Signale mit ca. 100 KHz ausgeben.

Bei den anderen Ausgängen könnte die Ausgangsfrequenz deutlich geringer 
sein. Ich weiss nicht ob hier Standards gibts, ein paar KHz würden aber 
ausreichen, wenns leicht geht.

Autor: Geri (Gast)
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@Hogo Fogo

Wie würde eine Ausgangsbeschaltung nach deinen Vorstellungen dann bitte 
aussehen?. Würdes du am Ausgang noch einen Pullup-Widerstand anbringen. 
Und sähe die Siete FPGA -> Optokoppler aus.
Ich habe etwa 40 Ausgänge. Ganz schnell benötigt man da ja ordentlich 
Fläche auf der Leiterplatte:)

Beste Grüsse

Geri

Autor: Hogo Fogo (Firma: Bailout Inc.) (atze_vom_bau)
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HSR412L heißt der Optokoppler den ich in einer ähnlichen, 
hochempfindlichen und sauteuren Anwendung eingesetzt habe. Funktioniert 
prima und du hast 100%ige Isolation und kannst mit den Ausgängen 
jeglichen Mist machen ohne gleich dein FPGA zu zerschiessen ;-) Für 
Eingänge ist das Teil auch super.

Platz ist natürlich der Preis, den Du für diese Lösung bezahlst...

Viele Grüße!

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Nach wie vor offen ist ja, ob du überhaupt galvanische Trennung 
brauchst.
> Diese Schrittmotorkarten sind oft mir Optokoppler ausgesatattet.
Offensichtlich nicht unbedingt...
Falls nicht, schaltest du einfach wie von dir gepostet Leistungstreiber 
evtl. am IC Ausgang wieder mit den Dioden nach Vcc und GND. Dann geht 
nur der Widerstand kaputt, falls da mal einer 24V anlegt.
Und die 75 Ohm liegen lustigerweise für die hochfrequenten Ausgänge 
wieder im sinnvollen Bereich, um als Serienterminierung durchgehen zu 
können...

Und für die langsamen Ausgänge kannst du ja solche Photomos-Relais 
nehmen, (allerdings ist dann bei spätestens 500 Hz Schluss). Oder auch 
sowas wie BTS724G & Co...

> Weiter möchte ich zwei PWM-Signale mit ca. 100 KHz ausgeben.
100kHz Zykluszeit? Mit welcher Auflösung? Da hast du bei 8 Bit auflösung 
mal Ruck-Zuck eine kürzeste Impulsdauer von 10us/256 = 40ns beisammen. 
Und das müsste deine Ankopplung natürlich übertragen können.... :-o

> Platz ist natürlich der Preis, den Du für diese Lösung bezahlst...
Der Satz müsste eher so heißen:
Platz und natürlich den Preis, das mußt Du für diese Lösung bezahlen...
Immerhin kostet so ein Ding knapp 2$   :-o

Autor: Hogo Fogo (Firma: Bailout Inc.) (atze_vom_bau)
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Also ich verwendie die Teile zum Schutz von FPGA, wo allein der FPGA 
3000 Euro kostet. Dafür bekomme ich bis zu 4000V Isolation. Der 
Themenersteller sollte sich seiner Anforderungen bewusst sein und dann 
die beste Lösung wählen. Wildes Spekulieren führt zu nichts.

Gruß!

Autor: Geri (Gast)
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Hallo Hogo

Vielen Dank für deine Infos. Der Optokoppler ist ja richtig ein teures 
Teil. Bei 40 Ausgängen kommt da ja einiges für einen Hobbiisten 
zusammen...

Wie schaltest du ihn eigentlich FPGA-seitig bitte. FPGA-Ausgang mit 
Pullup auf Ground/VCC?

Beste Grüsse

Geri

Autor: Geri (Gast)
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Ach ja, was ist an deinem FPGA so besonders, dass er 3000 Euro kostet:)?

Autor: Geri (Gast)
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Hallo Lothar

Vielen Dank, habe deinen Beitrag erst jetzt gesehen weil ich offline 
getippt habe.

Eine optische Trennung ist nicht unbedingt erforderlich, wenn ich mit 
einfachen Mitteln einen sinnvollen Schutz erreichen kann.

Die Idee mit den Dioden finde ich sehr gut. Einen Widerstand kann man 
noch recht gut verschmerzen.

Für die langsamen Ausgänge fällt mir noch der ULN2003A ein. Was hält ihr 
von dem?

Die PWM-Frequenz muss ich noch überdenken. Ich kann sie auch deutlich 
kleiner machen, dann wird auch die Auflösung etwas besser.

Bzgl. den Anforderungen habt ihr recht. Ich ging davon aus, dass sie 
nicht so hoch sind. Zu schnell geschossen. Das schätze ich hier im Forum 
aber auch, dass Dinge auch von manchen Leuten hinterfragt werden!

Beste Grüsse und vielen Dank nochmals

Geri

Autor: Rick Dangerus (Gast)
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Geri schrieb:
> Ach ja, was ist an deinem FPGA so besonders, dass er 3000 Euro kostet:)?

Falls Du die Preisspanne von FPGAs noch nicht überblickt hast:
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...

Und es gibt Anwedungen wo man nicht nur einen dieser FPGAs verbaut...

Rick

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Für die langsamen Ausgänge fällt mir noch der ULN2003A ein.
> Was hält ihr von dem?
Naja, ein Low-Side-Treiber eben...
Üblich sind High-Side-Treiber, wo aus der Leitung Strom herauskommt und 
der Aktor an Masse angeklemmt ist.
In der Steuerungstechnik wird sowas gerne verwendet, weil bei einem 
Erdschluss (durchgescheuertes Kabel) dann z.B. der Motor nicht einfach 
so losläuft...

Autor: Geri (Gast)
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@Rick:
Hm, ist ja ein cooles Teil! Möchte mal die Lieferzeiten dafür wissen:)
Und in ein paar Jahren werkeln solche Dinger dann in Kaffeemaschinen:)


@Lothar:Erdschluss, ja hast recht.
werde es mal mit den genannten BTS724G oder etwas schwächeren (Z.B. 
VNQ860-E) probieren sofern es sich auf dem Layout ausgeht. So wie es 
aussieht kann man diese Bauteile direkt mit dem FPGA verbinden.


Vielen Dank nochmals für die super Hilfestellung!

Geri

Autor: Rick Dangerus (Gast)
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Geri schrieb:
> Möchte mal die Lieferzeiten dafür wissen

Frag doch mal hier:

http://www.dinigroup.com/index.php

Da bekommst Du gleich noch ein Board mit dazu ;-)

Rick

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