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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Berechnung der Versorgungsspannung beim AVR


Autor: Björn (Gast)
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Hallo,

ich möchte die genaue Versorgungsspannung berechnen, die der Atmega88 
bei einer Taktfrequenz von 14,745600MHz benötigt.

Im Datenblatt auf Seit 305(Figure 27-3) gibt es ja das nette Diagramm, 
welches ja Auskunft über die Spannung in Abhängigkeit von der 
Taktfrequenz gibt. Jedoch ist es ziemlich ungenau, wenn es auf ein paar 
zehntel Volt ankommt.

Über einen Dreisatz, Mittelwertbildung oder ähnlichem kann die genaue 
Spannung dort nicht berechnet werden, da die Spannung nicht linear 
ansteigt.

Habe nun versucht, über ein rechtwinkliges Dreieck den Wert zu 
berechnen. Die Berechnung befindet sich im Anhang.

Könnte das so stimmen?

Autor: Björn (Gast)
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Ups, Anhang vergessen!

Autor: Thorsten (Gast)
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Warum so kompliziert? Schließe den ATmega88 an 5V an, dann bist du auf 
der sicheren Seite. Oder willst du ihn mit so wenig Spannung wie nötig 
betreiben?

Autor: Philipp Co (ba4_philipp)
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Ich verstehe nicht ganz was das mit dem Winkel soll, die Steigung einer 
linearen Funktion ist doch nix anderes. Die Hypotenuse deines Dreieicks 
ist doch linear (zumindest in dem Intervall). Ich sehe da keinen 
Unterschied, wenn du zB eine Tangente durch die beiden Punkte gelegt 
hättest die am Anfang und am Ende deiner Hyptonenuse liegen. Das sollte 
zu genau dem gleichen Ergebnis führen. (den Offset so beibehalten)

Oder seh ich mal wieder etwas nicht?

Gruß Philipp

Autor: Björn (Gast)
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>>Schließe den ATmega88 an 5V an, dann bist du auf der sicheren Seite.

Nicht mit so wenig Spannung wie möglich. Darum geht es nicht.  Was ist 
zum Beispiel im Grenzfall. Du hast nur 3,3V zur Verfügung. Und dann, 
schätzen und darauf verlassen dass es gut geht.

Ist doch irgendwie nicht Sinn der Sache....

Autor: Karl heinz Buchegger (kbucheg)
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> Ich verstehe nicht ganz was das mit dem Winkel soll, die Steigung einer
> linearen Funktion ist doch nix anderes

Das versteh ich allerdings auch nicht.

In der gezeigten Darstellung ist doch im Dreiecksbereich:

    dx
    --  = const
    dy

(Das nennt man den 'Strahlensatz')

Also: (y runtergeschoben, sodass das Dreieck auf der X
       Achse anliegt)


  1.8     x
  ---  = ---
  10      4.7456

         1.8 * 4.7456
oder x = ------------ = 0.8542
           10

0.8542 + 2.7 = 3.55


> Und dann, schätzen und darauf verlassen dass es gut geht.

Da sind sowieso noch Fertigungstoleranzen drinnnen. Dein
Quarz hat nicht exakt die aufgedruckte Frequenz, etc.

Man kann alles übertreiben.


Autor: Björn (Gast)
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>>Oder seh ich mal wieder etwas nicht?

Nein, du siehst das schon Richtig. Linear war auch von meiner Seite 
etwas falsch ausgefrückt.

Das Verhältnis von 2,7Volt zu 10MHz und das Verhältnis von 4,5Volt zu 20 
MHz sind nicht gleich. Das heißt also ich kann nicht einfach sagen, ich 
bilde bei 15MHZ einfach den Mittelwert der beiden und das passt.

Das kommt nicht hin. Aber wie kann ich genau berechnen welche Spannung 
ich bei 15MHZ anlegen muss?

Autor: Thorsten (Gast)
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Bitte auch die Umgebungstemperatur berücksichtigen.

Autor: Björn (Gast)
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Gut, mit dem Strahlensatz geht es natürlich etwas einfacher. Aber da bin 
selber leider nicht drauf gekommen. Habs dann halt etwas umständlicher 
gemacht;-)

Ich richte mich im Normalfall auch nur selten an diese Zeichnung, weil 
ich meistens auch einfach 5V verwende. Doch das Problem tritt dann auf, 
wenn man schriftlich dokumentieren und angeben muss, warum diese 5V 
genommen wurden. Dann bezieht man sich aufs Datenblatt. Nur da kann ich 
ja schlecht schreiben: "Schaut euch die Zeichnung an, 5V passen immer". 
Klingt dann irgendwie nicht so toll......

Autor: Philipp Co (ba4_philipp)
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Björn wrote:
> Das Verhältnis von 2,7Volt zu 10MHz und das Verhältnis von 4,5Volt zu 20
> MHz sind nicht gleich. Das heißt also ich kann nicht einfach sagen, ich
> bilde bei 15MHZ einfach den Mittelwert der beiden und das passt.
>
> Das kommt nicht hin. Aber wie kann ich genau berechnen welche Spannung
> ich bei 15MHZ anlegen muss?

Na wenn du das so machst, dann musst du es auch wieder so rechnen wie 
mit deinem Dreieck und dann kommt es schon hin. Also wieder dein 
Ursprung auf 0/0 legen.

2,7V-2,7V und 10MHz-10MHz und der nächste Punkt sind dann 4,5V-2,7V und 
20MHz-10MHz

Dann hast du wieder df von 10MHz und dU von 1,8V. Wenn du nun auf deine 
10MHz 5 raufpackst bis du genau in der mitte von 10 und 20 MHz. Also 
1,8V/2 sind 0,9V und so kommst du am Ende auch wider auf deine 3,6V 
genau wie mit dem Dreieck.

Gruß Philipp

Autor: Stefan May (smay4finger)
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Dann schreib eben: "Bei 5V und einer Taktfrequenz garantiert der 
Hersteller Atmel für den Baustein xxxx die korrekte Funktion.".

Aus dem Diagramm kannst Du nicht die korrekte Spannung ablesen, sondern 
die minimale Spannung, bei der der Baustein mit einer bestimmten 
Taktfrequenz noch arbeitet. Mit 5V bist Du, wie Thorsten schon sagte, 
auf der sicheren Seite.

mfg, Stefan.

Autor: Mario (Gast)
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Warum muss eigentlich die Spannung auf das 10-tausendstel genau mit der 
Taktfrequenz passen. Womit versorgst du eigentlich den Baustein?

Ich nehme immer standardmäßige Spannungsstabilisatoren. 5V oder 3,3V.
Für diese Spannungen sind die Taktfrequenzen korrekt im Datenblatt 
angegeben.
Ich sehe keinen Sinn darin eine ganz bestimmte Spannung anlegen zu 
müssen.
Kannst du uns den Hintergrund etwas genauer erklären?
Die ICs, die mit dem µC kommunizieren arbeiten ja auch nur mit 3,3V oder 
5V, ok es gibt welche, die auch über einen größeren Spannungsbereich 
funktionieren.

Aber wenn ich jetzt z.B. einen 14MHZ-Quarz hätte, dann würde ich es 
jetzt unsinnig finden, die Spannung soweit herunterzuschrauben, dass der 
Baustein gerade noch mit diesem Quarz arbeiten kann.
Das ist so, wie wenn ich zu Hause das Licht immer soweit dimmen würde, 
dass ich gerade noch etwas sehen kann.

Also für mich wäre das schaltungstechnisch aufwändiger.
Aber das ist nur meine Meinung, deshalb würde mich der genauere 
Hintergrund sehr interessieren.

Tschüss
Mario

Autor: Björn (Gast)
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Der genauere Hintergrund ist eigentlich der:

Was mache ich wenn mir nur 3,3V auf der Platine zur Vergügung stehen. 
Dann wird es bei einer Frequenz ab 14MHz langsam kritisch.

Wenn ein Spannungsregler mit 5V vorhanden ist, klar, wird die Spannung 
auch für den AVR verwendet.

Doch was ist wenn die Platine z.B. mit einem Akku betrieben werden soll 
der nur 3,3V schafft. Was ist wenn mehrere Bauteile auf der Platine 
vorhanden sind, die unterschiedliche Spannungen brauchen. Für jeden IC 
einen eigenen Festspannungregler? Klar, kann man machen. Da spielt dann 
aber auch die Größe der Platine eine Rolle. Die ist in manchen Fällen 
halt leider begrenzt.

Im Hobbybereich treten diese Probleme wohl eher selten auf, doch in der 
Industrie bestimmt. Wie geht man vor wenn solche Grenzfälle auftreten.

Klar, man setzt sich mit dem Hersteller zusammen. Mich hat halt einfach 
nur mal Interssiert, ob man wie beim Beispiel des AVR, den jetzt laut 
Datenblatt mit 3 oder 3,3V bei einer Frequenz von 14,745600MHz 
betrteiben könnte. Gehen tut das, hab ich selber schon laufen gehabt. 
Doch empfiehlt Atmel das? Wie Karl Heinz schon geschrieben hat, gibt es 
bei jedem Bauteil Fertigungstoleranzen. Man kann also dann nicht sagen, 
es läuft bei dem, dann läuft es bei allen.


Autor: Daniel M. (usul27)
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Also fast 15MHz bei 3.3V würde ich nach dieser Grafik im Datenblatt 
sicher nicht mehr probieren.

Autor: Alea Saccari (Gast)
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Hallo,
ich lese hier gerade mit,
kann man denn die Spannung mit einem z.B MAX1722 als Ladungspumpe
heraufsetzen und daran den AVR betreiben?
Dann ist doch die Ubat egal?oder spricht da was gegen?

Alea

Autor: uwegw (Gast)
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ne Ladungspumpe hat auch ne Minimalspannung, außerdem Schaltverluste.
Wie wärs mit nem V-Typ, der ab 1,8V läuft?

Autor: Alea Saccari (Gast)
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@uwegw
ja Schaltverluste sind klar, aber vielleicht wird ja noch für
was anderes etwas höhere Spannung benötigt?
der MAX1722 liefert bis 150mA Strom.


Alea

Autor: let (Gast)
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Die Angaben im Datenblatt sind garantierte Werte über den gesamten
Temperaturbereich. In der Praxis kann
man teils erheblich davon abweichen. So arbeitet bei mir ein m168
bei 4MHz auch noch mit 1,8V (beim EEprom wäre ich aber vorsichtig).
In einer Fernbedienung die wir in der Firma entwickelt haben werkelt
ein PIC18F4620 @ 8MHz bei 3,0V. Eigentlich braucht der 4,5V.
Wenn das Datenblatt bei dir also 3,6V sagt, wird das Teil auch noch
mit 3,3V arbeiten. Nur Mut ;).


 - Michael

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Wie wärs mit nem V-Typ, der ab 1,8V läuft?

Und warum sollte das besser sein? Der kann laut Datenblatt die 15Mhz gar 
nicht, egal bei welcher Spannung.

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