16ch-LevelShift für 5V-->3.3V

[Ray M. (ray_m)]

Hi @all,

ich habe 16 Drucksensoren die ich bis jetzt über 16x BSS138 mit je 2 
Widerständen und einem 100n einlese.

Die Sensoren werden mit 5V verorgt und liefern 0.5-4.5V für z.B. 
0-200psi

Um das Futter auf der Platine zu reduzieren würde ich gern einen
Level-Shifter-IC einsetzen. Ich hatte an 2x TXB0108 gedacht, aber nach
euren Komentaren zu dem Thema bin ich jetzt etwas verwirrt.

Welcher Level-Shifter-IC ist hier aus eurer Erfahrung her zu empfehlen.

[Falk B. (falk)]

Ray M. schrieb:
> Hi @all,
>
> ich habe 16 Drucksensoren die ich bis jetzt über 16x BSS138 mit je 2
> Widerständen und einem 100n einlese.
>
> Die Sensoren werden mit 5V verorgt und liefern 0.5-4.5V für z.B.
> 0-200psi

Für ein Analogsignal braucht man keinen Pegelwandler sondern 
bestenfalls einen Spannungsteiler, wenn der ADC die volle Spannung 
nicht verarbeiten kann.

[Ray M. (ray_m)]

Falk B. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>> Hi @all,
>>
>> ich habe 16 Drucksensoren die ich bis jetzt über 16x BSS138 mit je 2
>> Widerständen und einem 100n einlese.
>>
>> Die Sensoren werden mit 5V verorgt und liefern 0.5-4.5V für z.B.
>> 0-200psi
>
> Für ein Analogsignal braucht man keinen Pegelwandler sondern
> bestenfalls einen Spannungsteiler, wenn der ADC die volle Spannung
> nicht verarbeiten kann.

Sicher, aber ein Spannungsteiler versaut mir die Genauigkeit
der Messung außer ich nehme 0.01% Widerstände und davon auch noch einen 
Sack voll ...

Ich dachte alles einfach in einen Analog-Level-Shifter und gut ist.
Na ja ... und dann war da noch das Problem mit der 
Eingangsschutzbeschaltung.

Was passiert wenn ich da bis max. +20V an einen Eingang lege, wie 
schütze ich die ...

[Ray M. (ray_m)]

Die Frage ist sicher nicht neu.

"Wie werte ich 16 analoge Sensoren aus und mache eine 
Eingangsschutzbeschaltung für 0 bis +20V mit möglichst wenig Bauteilen 
auf der Platine"

[Falk B. (falk)]

Ray M. schrieb:

> Sicher, aber ein Spannungsteiler versaut mir die Genauigkeit
> der Messung außer ich nehme 0.01% Widerstände und davon auch noch einen
> Sack voll ...

Jaja, immer schön durchdrehen und übertreiben. Es gibt 0,1% Widerstände 
für keines Geld. Ist dein Drucksensor so genau? Must du WIRKLICH so 
genau messen?

> Ich dachte alles einfach in einen Analog-Level-Shifter und gut ist.
> Na ja ... und dann war da noch das Problem mit der
> Eingangsschutzbeschaltung.

Aha, die nächste Salamischeibe.

[Ray M. (ray_m)]

Falk B. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>
>> Sicher, aber ein Spannungsteiler versaut mir die Genauigkeit
>> der Messung außer ich nehme 0.01% Widerstände und davon auch noch einen
>> Sack voll ...
>
> Jaja, immer schön durchdrehen und übertreiben. Es gibt 0,1% Widerstände
> für keines Geld. Ist dein Drucksensor so genau? Must du WIRKLICH so
> genau messen?
>
>> Ich dachte alles einfach in einen Analog-Level-Shifter und gut ist.
>> Na ja ... und dann war da noch das Problem mit der
>> Eingangsschutzbeschaltung.
>
> Aha, die nächste Salamischeibe.

Danke für deinen wirklich hilfreichen Kommentar ...

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ray M. schrieb:
> Die Frage ist sicher nicht neu.
Nein, sie ist uralt. Und ein IC ist an der Lösung nicht beteiligt. Und 
wenn du doch unbedingt ein IC nehmen willst, dann brauchst du 
Operationsverstärker, die die "Rechenoperation" Uin*3,3V/4,5V = 
Uin*0,7333 ausführen.

> "Wie werte ich 16 analoge Sensoren aus und mache eine
> Eingangsschutzbeschaltung für 0 bis +20V mit möglichst wenig Bauteilen
> auf der Platine"
Nimm einen Spannungsteiler, der 4,5V auf 3,3V herunterteilt und schalte 
dahinter die Dioden zur Spannungsbegrenzung. Fertig. So laufen bei mir 
zigzehntausende Geräte mit Drucksensoren seit Jahren problemos und 
hinreichend genau.

Ray M. schrieb:
> Sicher, aber ein Spannungsteiler versaut mir die Genauigkeit
Irgendwelche Halbleiter im Signalpfad versauen dir dein Signal noch 
mehr.

> Sicher, aber ein Spannungsteiler versaut mir die Genauigkeit
Wie genau sind denn diese Sensoren, nach deren Typbezeichnungen ich 
schon wiederholt gefragt habe und hiermmit das letzte Mal frage.

Ray M. schrieb:
> Danke für deinen wirklich hilfreichen Kommentar ...
Danke für die ausführliche Antwort auf die darin gestellten Fragen, ob 
1. dein Sensor so genau ist und 2. du tatsächlich so genau messen musst.

[Ray M. (ray_m)]

Lothar M. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>> Die Frage ist sicher nicht neu.
> Nein, sie ist uralt. Und ein IC ist an der Lösung nicht beteiligt. Und
> wenn du doch unbedingt ein IC nehmen willst, dann brauchst du
> Operationsverstärker, die die "Rechenoperation" Uin*3,3V/4,5V =
> Uin*0,7333 ausführen.
>
>> "Wie werte ich 16 analoge Sensoren aus und mache eine
>> Eingangsschutzbeschaltung für 0 bis +20V mit möglichst wenig Bauteilen
>> auf der Platine"
> Nimm einen Spannungsteiler, der 4,5V auf 3,3V herunterteilt und schalte
> dahinter die Dioden zur Spannungsbegrenzung. Fertig. So laufen bei mir
> zigzehntausende Geräte mit Drucksensoren seit Jahren problemos und
> hinreichend genau.

Das beantwortet meine Frage, danke.

>> Sicher, aber ein Spannungsteiler versaut mir die Genauigkeit
> Wie genau sind denn diese Sensoren, nach deren Typbezeichnungen ich
> schon wiederholt gefragt habe und hiermmit das letzte Mal frage.

Das kann ich nicht genau beantworten weil verschiedene Sensoren
zum Einsatz kommen können. Verschiedene Hersteller, Bauformen, 
Messbereiche
usw. Nur die 0.5-4.V sind immer gleich.

> Ray M. schrieb:
>> Danke für deinen wirklich hilfreichen Kommentar ...
> Danke für die ausführliche Antwort auf die darin gestellten Fragen, ob
> 1. dein Sensor so genau ist und 2. du tatsächlich so genau messen musst.

Ob ich so genau messen muss, nein. Aber wenn hier 5% Toleranz sind und 
da noch 1% und da noch 3% wir es sicher in Summe nicht besser.
Deshalb denk sich ein Laie wie ich, nimm halt möglichst genaue Bauteile,
dann wir das schon passen. Ob das immer nötig ist, sicher nicht, aber es
beruhigt.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ray M. schrieb:
> Deshalb denk sich ein Laie wie ich, nimm halt möglichst genaue Bauteile,
> dann wir das schon passen.
Trügerischer Gedanke.

> Ob das immer nötig ist, sicher nicht, aber es beruhigt.
Trügerische Ruhe.

> Ob ich so genau messen muss, nein. Aber wenn hier 5% Toleranz sind und
> da noch 1% und da noch 3% wir es sicher in Summe nicht besser.
Es darf nur in Summe nicht schlechter werden als die gesamte Messkette 
hergibt. Wenn der Eingangsspannungsteiler z.B. sogar 10% "ungenau" ist, 
aber soweiso eine Zweipunktkalibrierung der Sensoren erfolgt, dann ist 
diese "Ungenauigkeit" völlig uninteressant, weil sie ja einfach 
"herausgerechnet" wird. Lediglich die Langzeit- und Temperaturkonstanz 
sind dann noch relevant.

[Michael B. (laberkopp)]

Ray M. schrieb:
> Welcher Level-Shifter-IC ist hier aus eurer Erfahrung her zu empfehlen.

IDTQS32X245, IDTQS316245

[Ray M. (ray_m)]

Lothar M. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>> Deshalb denk sich ein Laie wie ich, nimm halt möglichst genaue Bauteile,
>> dann wir das schon passen.
> Trügerischer Gedanke.
>
>> Ob das immer nötig ist, sicher nicht, aber es beruhigt.
> Trügerische Ruhe.
>
>> Ob ich so genau messen muss, nein. Aber wenn hier 5% Toleranz sind und
>> da noch 1% und da noch 3% wir es sicher in Summe nicht besser.
> Es darf nur in Summe nicht schlechter werden als die gesamte Messkette
> hergibt. Wenn der Eingangsspannungsteiler z.B. sogar 10% "ungenau" ist,
> aber soweiso eine Zweipunktkalibrierung der Sensoren erfolgt, dann ist
> diese "Ungenauigkeit" völlig uninteressant, weil sie ja einfach
> "herausgerechnet" wird. Lediglich die Langzeit- und Temperaturkonstanz
> sind dann noch relevant.

Das ist verständlich, danke das du dir Zeit für eine Erklärung nimmst.

Trotzem würde mich mal ein "richtiges" Schaltungsbeispiel incl. der
verweneten Bauteile interresieren.

Ich in meinem Kleingeist würde as jetzt so wie im Anhang machen, da
ist aber bestimmst was nicht optimal ... nehme ich an ...

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ray M. schrieb:
> würde as jetzt so wie im Anhang machen
Gut so. Das wird funktionieren. Sogar noch besser, wenn du für die Diode 
eine BAV99S verwendest. Stichwort: Leckstrom.

[Ray M. (ray_m)]

Lothar M. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>> würde as jetzt so wie im Anhang machen
> Gut so. Das wird funktionieren. Sogar noch besser, wenn du für die Diode
> eine BAV99S verwendest. Stichwort: Leckstrom.

Mach ich einfach ... und das Thema Leckstrom lese ich mir in der
Wanne heute Abend mal durch.

Eine dumme Frage noch:

Wenn jetzt an V_IN_01 z.B. +15V anliegen sollten, dann fliessen
15-3.3V durch die Diode über 2 nach 3.3V. Zerlegt das nicht den µC.
Sollte da zwischen Diode 2 und 3.3V nicht irgendwer den Saft verbrauchen 
?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ray M. schrieb:
> Wenn jetzt an V_IN_01 z.B. +15V anliegen sollten, dann fliessen
> 15-3.3V durch die Diode über 2 nach 3.3V.
Spannungen fließen nicht.

Ray M. schrieb:
> Zerlegt das nicht den µC.
> Sollte da zwischen Diode 2 und 3.3V nicht irgendwer den Saft verbrauchen
Dass da ein Strom durch den 10k R11 über die Diode nach Vcc fließt, 
hatte ich schon mal im 
Beitrag "Re: 74ALVC Schutzbeschaltung" ausdrücklich 
erwähnt und erklärt. Deine Schaltung muss an Vcc mehr Strom 
brauchen, als über den R11 hereinkommt. Sonst steigt die Vcc an.

> ?
Satzzeichen haben keine eigene Zeile verdient. Google-Stichwort dazu: 
"Plenken"...

[Falk B. (falk)]

Ray M. schrieb:
> Sollte da zwischen Diode 2 und 3.3V nicht irgendwer den Saft verbrauchen
> ?

JA, deine Schaltung. Und Wenn das nicht garantiert ist, muss dort eine 
passende Z-Diode hin.

[Ray M. (ray_m)]

Lothar M. schrieb:
> Satzzeichen haben keine eigene Zeile verdient. Google-Stichwort dazu:
> "Plenken"...

Das macht das Textfeld in der Form hier automatisch ;)

[Ray M. (ray_m)]

Falk B. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>> Sollte da zwischen Diode 2 und 3.3V nicht irgendwer den Saft verbrauchen
>> ?
>
> JA, deine Schaltung. Und Wenn das nicht garantiert ist, muss dort eine
> passende Z-Diode hin.

Ok, so ???

Wenn ja, welche Diode wir hier von euch empfohlen ?

PS: Noch ein Bauteil * 16 ;)

[Clemens L. (c_l)]

Ray M. schrieb:
> PS: Noch ein Bauteil * 16

Einmal; du hast nur eine 3,3-V-Versorgung.

Und 3,3-V-Zener sind sehr ungenau; besser wäre ein TL431.

[Ray M. (ray_m)]

Clemens L. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>> PS: Noch ein Bauteil * 16
>
> Einmal; du hast nur eine 3,3-V-Versorgung.

Stimmt ;)

> Und 3,3-V-Zener sind sehr ungenau; besser wäre ein TL431.

Dann mache ich das ... Danke

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Beschalte den Tl431 aber so, dass er erst bei 3,5V leitet...

[Ray M. (ray_m)]

Lothar M. schrieb:
> Beschalte den Tl431 aber so, dass er erst bei 3,5V leitet...

Ok, ich hab mich mal versucht.

Passt das so oder hab ich mich verrechnet ???

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Mach den R? 11k groß, dann landest du bei 3,5V. Derzeit sind das 3,4V 
und das ist recht knapp an den 3,3V. Auch 12k wären da nicht ganz 
abwegig...

[Ray M. (ray_m)]

Lothar M. schrieb:
> Mach den R? 11k groß, dann landest du bei 3,5V. Derzeit sind das 3,4V
> und das ist recht knapp an den 3,3V. Auch 12k wären da nicht ganz
> abwegig...

Dann nehmen wir halt 12k ;)

Ich mal ma alles zusammen und stell es nochmal zum drüberschauen ein.
Wär nett wenn sich dann nochmal jemand Zeit nimmt für einen Check.

Danke erstmal bis dahin für Eure Hilfe.

[Falk B. (falk)]

Clemens L. schrieb:
> Ray M. schrieb:
>> PS: Noch ein Bauteil * 16
>
> Einmal; du hast nur eine 3,3-V-Versorgung.
>
> Und 3,3-V-Zener sind sehr ungenau; besser wäre ein TL431.

Ja und? Er will keine Präzisionsspannung erzeugen sondern das Hochlaufen 
der Versorgungsspannung begrenzen. Eine 3,3V Z-Diode ist da goldrichtig, 
auch wenn die bei 3,3V ihren 10mA zieht.

[Sebastian S. (amateur)]

@Ray
Ziemlich viel Rumgeeier!
In der Ausgangsschaltung werden 2 Widerstände verwendet!
"Oh nein, die Altenarive mit 2 0,01% Widerständen ist zu Teuer"!

Dein letztes Schaltbild:
Denke bitte daran, dass Du einen Vorwiderstand von 10K hast, weshalb 2 
08/15 Dioden (auch Dein BARx) gegen Ground und Vcc ausreichen sollten.

[Ray M. (ray_m)]

Sebastian S. schrieb:
> @Ray
> Ziemlich viel Rumgeeier!

So ist das mit Amateuren ... aber dafür ist das Forum ja da.
Man muss ja was lernen ...

> In der Ausgangsschaltung werden 2 Widerstände verwendet!
> "Oh nein, die Altenarive mit 2 0,01% Widerständen ist zu Teuer"!
>
> Dein letztes Schaltbild:
> Denke bitte daran, dass Du einen Vorwiderstand von 10K hast, weshalb 2
> 08/15 Dioden (auch Dein BARx) gegen Ground und Vcc ausreichen sollten.

Ja was nu ... so wie im Anhang oder ohne den ganzen Rums und nur ne
BAR43 weil wir ja schon 10K Vorwierstand haben ???

[Ray M. (ray_m)]

Oops ... Farberror ;)