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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Serien-R in Leitung? Nur CLK oder auch andere wie CS und so?


Autor: Heino (Gast)
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Hallo zusammen!

Ich habe hier ein paar Beiträge über den Einbau von Serienwiderständen 
in die Datenleitungen von ICs untereinander gesehen - zwecks 
Verringerung der Störaussendung. Wie sinnvoll ist das in der Praxis? 
Unnötig? Oder doch sinnvoll.

Und vor allem: In welche Leitungen alles? Ich mein mein CS toggle ich 
doch dann auch permanent...da müssten doch dann wirklich in alle 
Leitungen einer rein, oder nicht?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Servus, Heino!

Sowas wird gemacht, um eine bessere Leitungsanpassung zu erreichen, 
demzufolge Reflektionen an den Leitungsenden zu verringern oder gar zu 
vermeiden. Ist eine ziemlich haarige Sache - kann ein Lied davon singen.

Für Otto Normali ist das kaum ein Thema. Dazu wird es erst, wenn 
hochfrequente Signale über die Platine geleitet werden. Am besten ist es 
wohl, bei einem Bus den Anfang und das Ende einer Leitung mit dem 
Wellenwiderstand abzuschließen. Dabei ist der treibende Ausgang in der 
Berechnung zu berücksichtigen.

Wenn Du Platinen entwickelst, so plaziere einfach einen Dummy-Widerstand 
im Schaltplan und der Platinenzeichnung gegen GUTE Masse. Den brauchst 
Du erst dann bestücken, wenn Du Überschwinger oder gar Reflektionen auf 
der Leitung hast.

Gruß - Wolfgang

Autor: Heino (Gast)
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Mir geht es ja mehr um die steilen Flanken beim Umschalten von 
CLK-Leitungen und dergleichen. Hab hier gelesen, dass selbst in 
industriellen Geräten so die schnellen Stromsprünge vermindert werden.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Na ja, da geht's um Verringerung der EMI. Darum aber braucht sich kaum 
jemals ein Bastler kümmern. Für die Zertifizierung der EMV bei 
professionellen Geräten ist es dagegen durchaus wichtig. Es ist also 
erstmal nur für die Profi-Schiene interessant.

Gruß - Wolfgang

Autor: Erich (Gast)
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Meiner Erfahrung nach braucht es nichts bei Clockraten < 20 MHz.
Für Taktraten darüber kann man bei "74AC" Treibern in die schnellen 
Signale Serien-R mit 33 Ohm einfügen, insbesondere wenn Leitungslängen > 
10 cm sind.
Wichtig ist gleichmäßige Länge zusammengehörender Signale (Routing) 
sowie möglichst optimale Platzierung.
Bei hohen Takten keine Stichleitungen ("T"-Stücke) !

Autor: Heino (Gast)
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Wolfgang schrieb:
> Für die Zertifizierung der EMV bei
> professionellen Geräten ist es dagegen durchaus wichtig.

OK, und wie wollte man es da machen? Ich bastel gerade an einem Gerät 
(in der Fachhochschule) und danach wird das Ding unter EMV getestet. 
Daher habe ich mich hier mal ein wenig umgeschaut, und gesehen, dass es 
wohl durchaus "normal" sei, die Flanken zu glätten mit einem 
Serienwiderstand.

Daher wollte ich auf Nummer sicher gehen und nochmal nachfragen.

Ich las aber nur was von CLK-Leitungen und evtl. die 
Datenleitungen...aber eine Leitung wie Chip-Select wird ja in der Regel 
auch nach jedem achten Takt getogglet...daher - erzeugt der keine 
Flanken, wohl schon...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Heino (Gast)

>wohl durchaus "normal" sei, die Flanken zu glätten mit einem
>Serienwiderstand.

glätten tu man da nix, aber terminieren. Siehe Wellenwiderstand.

>auch nach jedem achten Takt getogglet...daher - erzeugt der keine
>Flanken,

Doch, nur mit gernigerer Wiederholfrequenz.

MFG
Falk

Autor: Heino (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Doch, nur mit gernigerer Wiederholfrequenz.

Und deswegen sind die egal, oder wie?

Autor: Heino (Gast)
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Also was soll ich denn nun tun? Einen kleinen R in Serie in CLK D_in und 
D_out?

Autor: Heino (Gast)
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Bei einem UART eigentlich auch? Also ich habe einen Chip drauf, der über 
UART am uC hängt...hier auch in TxD und in RxD?

Autor: Peter R. (pnu)
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Erst einmal überlegen:

Ist die Taktfrequenz höher als 20 MHz?
Ist die Länge der Leitungen größer als 10cm?
Sind besondere Anforderungen bezüglich EMV/EMI gestellt?

Je mehr Ja dabei ist, desto wichtiger ist der richtige Abschluss bzw. 
das Einfügen der Dämpfungswiderstände.

Wenn ein Nein dabei ist, kann man auf die R's verzichten.

Autor: Heino (Gast)
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Peter R. schrieb:
> Ist die Taktfrequenz höher als 20 MHz?

Nein

Peter R. schrieb:
> Ist die Länge der Leitungen größer als 10cm?

Nein

Peter R. schrieb:
> Sind besondere Anforderungen bezüglich EMV/EMI gestellt?

Test nach Industrie-Richtlinien


Wieso werden denn dann in industriellen Messgeräten so oft welche 
verbaut? Da sind oft in den Leitungen zu den Displays z.B. 
Widerstände...und bei einer Taktfrequenz von 2MHz

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Taktfrequenz? Und ich dachte immer es kommt auf die Flankensteilheit an, 
ob solche Widerstände notwendig sind...

Autor: Heino (Gast)
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3.6864 MHz...Flankensteilheit...ja gute Frage - vom Mikrocontroller halt 
:)

Autor: Wolfgang (Gast)
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Es geht hier nie um Grundfrequenzen (z.B. 57kHz bei USART 115kBaud), 
sondern um die Flankensteilheit. Da wir es mit Digitalsignalen zu tun 
haben, die steile Flanken enthalten (drum digital), sind auch 
Frequenzanteile der vielfachen Grundfrequenz enthalten - teilweise bis 
zur 21. Harmonischen noch gut meßbar.

Diese hohen Frequenzen werden nun umso leichter von Leiterbahnen, 
Flachbandkabeln usw. abgestrahlt und stören andere Geräte. Um das 
Problem zu entschärfen, werden die höheren Harmonischen gedämpft. Dies 
geschieht mit einem Kondensator. Dafür bietet sich der ohnehin immer 
parasitär vorhandene Kondensator einer Leiterbahn zur Massefläche an. 
Also benötigt man nur noch einen Vorwiderstand - das RC-Netzwerk ist 
perfekt. Die Flankensteilheit wird kleiner, die EMV-Problematik 
entschärft.

Dieser Widerstand wird außerdem so gewählt, daß es möglichst keine 
Reflektionen mehr auf der Leitung gibt. Ist dies erreicht, haben wir 
Leistungs- und Wellenwiderstandsanpassung. Damit wird dann auch keine 
Energie mehr als EMI abgestrahlt. Das ist zwar eine grob vereinfachte 
Betrachtung, aber ausreichend für die hier geforderten Zwecke.

Also: Mach Widerstände in alle Leitungen, auf denen höhere Frequenzen 
sein könnten - und zwar ganz nah am Ausgangsanschluß. Da kannste dann 
auch 0R einlöten und die Dinger kosten ja nichts.

Gruß - Wolfgang

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Heino schrieb:
> 3.6864 MHz...Flankensteilheit...ja gute Frage - vom Mikrocontroller halt
> :)

Ich dachte du solltest/wolltest dir Gedanken über EMV machen? Bisher 
sieht man da nicht viel von.

Autor: Heino (Gast)
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Wolfgang schrieb:
> Also: Mach Widerstände in alle Leitungen, auf denen höhere Frequenzen
> sein könnten

Vielen Dank für deine lange Antwort! Ich werde das mit der 
Flankensteilheit gleich mal im Datenblatt nachgucken. Aber wegen "allen" 
Leitungen: Ein Wechsel von low->high auch auf CS oder ähnlichen 
Leitungen sind ja mit diesen hohen Frequenzen "versaut", da 
Rechtecksignal. Das würden dann doch recht viele Rs sein...

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Heino schrieb:
> Leitungen: Ein Wechsel von low->high auch auf CS oder ähnlichen
> Leitungen sind ja mit diesen hohen Frequenzen "versaut", da
> Rechtecksignal. Das würden dann doch recht viele Rs sein...

Hallo,

prinzipiell richtig, aber nimm z.B. ein UART: eine Flanke am Eingang 
oder Ausgang kann bei Fehlanpassung genauso wilde Überschwinger 
verursachen wie auf der Clk-Leitung, aber serielle Signale werden in der 
Mitte einer Bitzelle abgetastet, bis dahin haben sie sich längst 
beruhigt. Daher braucht man da keine Impedanzanpassung. Jenseits 100 MHz 
(Ethernet) sieht das allerdings anders aus, die Dauer der Schwingungen 
bleibt nämlich gleich und irgendwann sind sie grösser als die 
Impulsdauer.

Du müsstest also für alle Leitungen nachrechnen, ob die Instabilitäten 
auf den Leitungen selbst und auf den Steuerleitungen wie Clk oder CS 
oder Adressen auf einen kritischen Zeitpunkt fallen können oder nicht. 
Mit Berücksichtigung der Toleranzen ist das eine richtig schöne Aufgabe.

Sicher ist aber eins: ein Widerstand zu wenig macht hundertmal so viel 
Ärger wie einer zuviel.

Gruss Reinhard

Autor: Stefan B. (steckersammler)
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Hallo!

Das trifft sich ja gut, ich sitze zur Zeit an einem ähnlichen Problem.

Folgendes Szenario:
Auf einer Platine sitzen 3 74HC595 SMD, jeweils ca. 60mm Abstand.
Die Ansteuerung sitzt auf einer andern Platine, dazwischen entweder 
Steckverbinder oder ein kurzes Stück Flachbandkabel.

Bei den Kaskadier-Leitungen ist es klar, direkt an den QH*-Ausgang kommt 
je ein 33R.

Aber was ist mit den SCK- und RCK-Eingängen, und dem Dateneingang des 
ersten Schieberegisters?
Dass jede Leitung einzeln geroutet werden sollte habe ich bereits 
bedacht.
Meine Frage ist jetzt, wie sich der Steckverbinder bzw. das 
Flachbandkabel auswirken, und ob sie die Terminierung wieder versauen.

Soll ich also bereits auf der µC-Platine die Leitungen aufteilen und 
jeweils mit Serienterminierung versehen?
µC --- Serien-R --- Steckverbinder --- Schieberegister 1
    |- Serien-R --- Steckverbinder --- Schieberegister 2
    |- Serien-R --- Steckverbinder --- Schieberegister 3

Oder besser jeweils nur eine Leiterbahn zum Steckverbinder, und dann 
direkt nach dem Steckverbinder die Serienterminierung?
µC --- Steckverbinder --- Serien-R --- Schieberegister 1
                       |- Serien-R --- Schieberegister 2
                       |- Serien-R --- Schieberegister 3

Wie ist es "richtig"?

MfG Stefan

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Stefan B. (steckersammler)

>Wie ist es "richtig"?

Anders. Siehe Artikel Wellenwiderstand. Bei Taktsignalen mit 
mehreren Empfängern macht man keine Serienterminierung, sondern 
Parallel- oder AC-Terminierung am Ende. Bei CMOS halt AC-Terminierung. 
Im Kabel das Taktsignal neben eine Masse legen, dann passt das. Der Rest 
ist deutlich unkritischer.

MFG
Falk

Autor: Anja (Gast)
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Stefan B. schrieb:
> Wie ist es "richtig"?

Für die Terminierung eher der 1. Fall.
Serienwiderstände gehören immer direkt an den Treiber.
Serienwiderstände kannst Du nur verwenden wenn nur am Leitungsende ein 
Empfänger sitzt. Summe aus Treiberinnenwiderstand + Serienwiderstand muß 
dem Wellenwiderstand der Leitung entsprechen.

Beim Flachbandkabel fängst Du dir mit den Serienwiderständen eine höhere 
Empfindlichkeit gegen Übersprechen ein. -> jede 2. Leitung Masse ist 
Pflicht.

Ich werfe mal das Stichwort "RC-Terminierung" in den Raum.
Wenn auch etwas schwierig da die Dimensionierung von der 
Leitungslaufzeit abhängt.

Gruß Anja

Autor: Stefan B. (steckersammler)
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Falk Brunner schrieb:
> Bei Taktsignalen mit
> mehreren Empfängern macht man keine Serienterminierung, sondern
> Parallel- oder AC-Terminierung am Ende.
Deshalb habe ich ja auch vor, jeden Baustein mit einer eigenen 
terminierten Leitung anzubinden. Denn dann ist die Serienterminierung ja 
wieder richtig, oder?

Hier noch mal ein Bild zur besseren Veranschaulichung, vielleicht war 
meine Beschreibung etwas unverständlich...

Anja schrieb:
> Ich werfe mal das Stichwort "RC-Terminierung" in den Raum.
> Wenn auch etwas schwierig da die Dimensionierung von der
> Leitungslaufzeit abhängt.
Hmm schade, so ein Riesen-Fass will ich dafür nicht unbedingt aufmachen, 
denn soo kritisch ist meine Anwendung ja nicht.
Bestimmt würde es auch ganz ohne Terminierung funktionieren, aber mich 
interessiert eben wie es richtig wäre, und wenn es machbar ist will ich 
es auch richtig machen.
Und Serienterminierung sah mir eben genau passend aus.

Anja schrieb:
> Beim Flachbandkabel fängst Du dir mit den Serienwiderständen eine höhere
> Empfindlichkeit gegen Übersprechen ein. -> jede 2. Leitung Masse ist
> Pflicht.
Das hatte ich bereits befürchtet, aber egal, bekommt der Stecker eben 
doppelt so viele Positionen. ;)
Genau deswegen war auch meine Überlegung, ob man die Terminierung nicht 
besser nach den Stecker verlagert (die linke blaue gestrichelte Linie).
Aber wenn die Idee Blödsinn ist, lass ich es natürlich bleiben.

Auf jeden Fall schon mal Danke für die Hinweise!

MfG Stefan

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Stefan B. (steckersammler)

>Deshalb habe ich ja auch vor, jeden Baustein mit einer eigenen
>terminierten Leitung anzubinden. Denn dann ist die Serienterminierung ja
>wieder richtig, oder?

Theoretisch ja, man kann es aber auch übertreiben. Mach einfach ne 
saubere Leitungsführung und optional AC-Terminierung am Ende und gut.

MFG
Falk

Autor: Anja (Gast)
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Stefan B. schrieb:
> Deshalb habe ich ja auch vor, jeden Baustein mit einer eigenen
> terminierten Leitung anzubinden. Denn dann ist die Serienterminierung ja
> wieder richtig, oder?

Das Problem wird sein daß Dein Treiber den Strom nicht liefern kann. Der 
ATMEGA hat so 24 Ohm Innenwiderstand bei 5V-Versorgung. (Bei 3,3V 
entsprechend mehr).
2 Leitungen könnten ja noch klappen, bei 3 dürfte es langsam kritisch 
werden insbesonders wenn die Leitungslängen unterschiedlich lang sind.

Gruß Anja

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Anja schrieb:
> ATMEGA hat so 24 Ohm Innenwiderstand bei 5V-Versorgung. (Bei 3,3V
> entsprechend mehr).
> 2 Leitungen könnten ja noch klappen

Hallo Anja,

das kann man auf 2 Arten sehen:

1. AVR-Ausgänge sind für Leitungen kontrollierter Impedanz ganz 
ungeeignet.

2. Doch gerade, die Serienwiderstände sind sogar schon eingebaut...

Bitte NICHT als Empfehlung für HS-Design nehmen.

Gruss Reinhard

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