Versorgungsproblem für SIM800

So aufkratzen wie gezeigt rettet meiner Meinung nach überhaupt nichts. 
Das Layout für den Schaltwandler mit den dünnen Leiterbähnchen und 
einzelnen DK ist ziemlich suboptimal da nicht gerade Impedanz-optimiert. 
Es handelt sich ja um einen Step-Up, da fließen ja schon erhebliche 
Ströme. Schau Dir mal das Evaluationboard zum MAX1688 an, da arbeiten 
die massiv mit Flächen.
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX1687EVKIT-MAX1688EVKIT.pdf

Man muss sich anhand eines Prinzipschaltbildes auch vor Augen führen, wo 
in welcher Phase des Wandlungsprozesses Strom fließt. Man kann die 
Massen des Ein- und Ausgangskreises eigentlich immer für kurze Wege 
zusammenführen.

Auf der anderen Seite sind die Einbrüche sage und schreibe 50ms lang. 
Was macht überhaupt die Eingangsspannung in diesen Phasen?

Und dann frage ich mich auch noch, wie ein immerhin 600kHz Wandler mit 
ausschließlich 2x1000uF im Ausgangskreis so zurecht kommt. Und im 
Eingang auch nur ein „normaler“ Elko? Hätte jetzt ein paar keramische Cs 
erwartet.

Weiterhin: Bzgl Spule und Kondensatoren: Sind es GENAU diese Typen oder 
nur ähnlich?

Danke dir erstmal für die ausführliche Antwort !! :)

Harald A. schrieb:
> So aufkratzen wie gezeigt rettet meiner Meinung nach überhaupt nichts.
> Das Layout für den Schaltwandler mit den dünnen Leiterbähnchen und
> einzelnen DK ist ziemlich suboptimal da nicht gerade Impedanz-optimiert.
> Es handelt sich ja um einen Step-Up, da fließen ja schon erhebliche
> Ströme. Schau Dir mal das Evaluationboard zum MAX1688 an, da arbeiten
> die massiv mit Flächen.
> https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX1687EVKIT-MAX1688EVKIT.pdf
>
> Man muss sich anhand eines Prinzipschaltbildes auch vor Augen führen, wo
> in welcher Phase des Wandlungsprozesses Strom fließt. Man kann die
> Massen des Ein- und Ausgangskreises eigentlich immer für kurze Wege
> zusammenführen.

Ja das stimmt da sind tatsächlich sehr große Flächen gewählt worden, ich 
hab nämlich gehofft mit kurzen Leiterbahnen alles zu Verbinden. Jedoch 
eben ist das Layout vom Modul her 1:1 wie bei der ersten Version und da 
hatte ich nicht so Effekte, deshalb weiß ich net so recht...

>
> Auf der anderen Seite sind die Einbrüche sage und schreibe 50ms lang.
> Was macht überhaupt die Eingangsspannung in diesen Phasen?
>

Ich werde dies gleich nachmessen was mit der Akkuspannung passiert, ich 
hab gerade auch bemerkt das es die Spannungseinbrüche am GSM-Modul nur 
dann gibt wenn ich mein GPS-Modul mitverwende. Dieses GPS-Modul ist ein 
NEO-6M und wird auch über den Akku versorgt, zuvor wird die Spannung 
aber auf 5V gewandelt. Ich weiß nicht ganz so recht warum das GPS-Modul 
so einen Einfluss auf diese Spannungseinbrüche hätte??

Ich hab gerade die Akkuspannung nachgemessen und bei der sehe ich 
garkeine Veränderung, diese bleibt stabil. Hin und wieder gibt es bissl 
rauschen aber keine großartigen Spannungseinbrüche.


> Und dann frage ich mich auch noch, wie ein immerhin 600kHz Wandler mit
> ausschließlich 2x1000uF im Ausgangskreis so zurecht kommt. Und im
> Eingang auch nur ein „normaler“ Elko? Hätte jetzt ein paar keramische Cs
> erwartet.
Am Ausgang des Wandlers befinden sich 2 100nF X7R MLCCs und ein 47uF 
Tantalkondensator. Und am Ausgang war ich mehr sehr unsicher wie man 
evtl. erkennt dabei sind 2x1000uF Organische 
Polymer-Aluminiumkondensatoren verbaut. Daher sind am Ausgang 2000uF und 
durchs parallele Schalten war die Hoffnung das ESR bissl 
runterzutreiben, direkt dahinter sind auch die C's für den SIM800C und 
daher denke ich mir zumindest dies sollte theoretisch ausreichen.... 
(Die Zeichen aus den Schaltplänen stimmen nicht ganz, also sind nicht 
alles ganz normale Elkos...)

Welche Kondensatoren würden dich den interessieren?

Ich mach mal eine kleine Liste an den Bauteilen:

L1 (Spule MAX1688): SPM7054VT-100M-D
C1,C22 (100nF Eingangskondensatoren): C0805C104K5RAC7411
C2 (47uF Eingangskondensator): F981A476MSAAS1
C3,C23 (1000uF): EEH-ZS1E102UV

Gaaanz schlimm ist auch die Anbindung der Feedback-Spannung. Die muss 
man am Point-of-Load abholen, auf keinen Fall direkt am IC. Stichwort 
„Kelvin connections“. Die würde ich mal umverdrahten.

Wenn ich das richtig sehe, hat der Eingangskondesator F981A476MSAAS1 
einen RMS Current von unter 100mA. Wo soll der Strom zur Umladung denn 
dann herkommen?

Harald A. schrieb:
> Gaaanz schlimm ist auch die Anbindung der Feedback-Spannung. Die muss
> man am Point-of-Load abholen, auf keinen Fall direkt am IC. Stichwort
> „Kelvin connections“. Die würde ich mal umverdrahten.

Danke dir für den Punkt, den nehme ich sehr gerne mit! :)
Das wusste ich leider nicht einmal und höre zum ersten Mal davon, werde 
mich mehr dazu einzulesen! danke dir!

Harald A. schrieb:
> Wenn ich das richtig sehe, hat der Eingangskondesator F981A476MSAAS1
> einen RMS Current von unter 100mA. Wo soll der Strom zur Umladung denn
> dann herkommen?

Ehrlich gesagt habe ich dies garnicht beachtet, ich habe zuvor mit den 
Tantalkondensatoren nicht wirklich was anfangen können.

Ich bin grad dabei geewesen weiter die Eingangsspannung zu beobachten 
während der SMS Versendung und dem GPS Empfang.

Und jetzt gerade funktioniert alles Einwandfrei bei angehängtem Tastkopf 
auf der Versorgungsspannung des GSM-Moduls. Da sind minimale 
Spannungseinbrüche zu sehen und es gibt sonst keinerlei Problem... ich 
habe gerade nur Fragezeichen überm Kopf???

Habe gerade nochmal den Tantal vom Evalboard nachgeschaut, der hat auch 
„nur“ 0.5A RMS. Merkwürdig. Packe auf das Pad von deinem Tantal doch mal 
1..2 47uF MLCC huckepack drauf.

Stefan M. schrieb:
> Und jetzt gerade funktioniert alles Einwandfrei bei angehängtem Tastkopf
> auf der Versorgungsspannung des GSM-Moduls. Da sind minimale
> Spannungseinbrüche zu sehen und es gibt sonst keinerlei Problem... ich
> habe gerade nur Fragezeichen überm Kopf???

Tja, deshalb fragte ich nach der Eingangsspannung, weil 50ms Einbruch 
hat ja eigentlich nichts mehr mit dem Regelverhalten des Wandlers zu 
tun.

Minimale Einbrüche würde ich ebenfalls nicht akzeptieren, auch wenn es 
gerade mal funktioniert. Optimiere deinen Schaltregler trotzdem. Bitte 
nicht: „Wieso? Geht doch…“

Wozu den Schaltregler? Hielt der Accu zu lange?

A. H. schrieb:
> Wozu den Schaltregler? Hielt der Accu zu lange?

Habe mir gerade das Datenblatt des SIM800 angeschaut, hatte mich zuvor 
rein auf die Schaltregler-Thematik konzentriert. Eine durchaus 
berechtigte Frage!

Tut mir leid das ich mich länger net meldete, ich komme mit neuen 
Findungen...

Und zwar erstmal habe ich gescheite Aufnahmen von dem Spannungseinbruch 
mit der Eingangsspannung (=Akkuspannung)... siehe Bilder, dabei ist zu 
erkennen wie der Spannungseinbruch geschieht aber mit der 
Eingangsspannung (=Akkuspannung) nichts passiert.

Bezgl. den minimalen Spannungsbrüchen, die waren im mV Bereich und daher 
nicht wirklich tragisch für mich...

Und warum ich den Wandler verwende, damit ich die Konstante Spannung von 
4,1V aufs GSM-Modul habe. Ebenso versorge ich mit dem Akku einen 
Mikrocontroller, GPS-Modul, Display und einen Sensor. Deshalb wollte ich 
nicht direkt mit der Akkuspannung aufs GSM-Modul. Ebenso versuche ich 
mit dem Projekt nicht wirklich lange Laufzeiten zur erzielen sondern 
nämlich erstmal alles stabil laufen zum kriegen...

EDIT: Ich muss zurückrudern, ich hatte anscheinend nur die ganze Zeit 
falsch gemessen gerade eben ohne dem GPS-Modul. Die Spannungseinbrüche 
gibt es auch ohne GPS-Modul, somit hängt dies nicht zusammen...

Harald A. schrieb:
> Habe gerade nochmal den Tantal vom Evalboard nachgeschaut, der hat auch
> „nur“ 0.5A RMS. Merkwürdig. Packe auf das Pad von deinem Tantal doch mal
> 1..2 47uF MLCC huckepack drauf.

Da ich leider keine 47uF hatte, hab ich 2x 22uF grad draufgepackt und 
dies ändert auch nichts... leider...

Ich hab jz den Abgriff der Feedbackspannung auch ganz vorne an der 
"Last" und es hat mal soweit auch funktioniert für 30Min sowas.... Dann 
kam es wieder auf leider...

Wurde leider ne längere Nacht :D ...

Ich hab grad nochmal das Datenblatt des SIM800C durchgelesen und da fand 
ich das dieser ja eigentlich dafür ausgelegt wäre direkt von einem LiPo 
Akku versorgt zu werden. Ich plan deshalb wahrscheinlich morgen dann 
nochmal bissl was umzulöten und das Modul direkt vom Akku versorgen zu 
lassen... oder spricht etwas dagegen? Stimmt das überhaupt das der 
SIM800 direkt vom Akku in Betrieb genommen werden kann?

Ich hab mir nämlich eher sorgen gemacht, dass die Akkuspannung massiv 
dann drunter leiden würde und meine anderen Module dann net wirklich 
gescheit funktionieren würden...

Stefan M. schrieb:
> Ich hab grad nochmal das Datenblatt des SIM800C durchgelesen und da fand
> ich das dieser ja eigentlich dafür ausgelegt wäre direkt von einem LiPo
> Akku versorgt zu werden. Ich plan deshalb wahrscheinlich morgen dann
> nochmal bissl was umzulöten und das Modul direkt vom Akku versorgen zu
> lassen... oder spricht etwas dagegen? Stimmt das überhaupt das der
> SIM800 direkt vom Akku in Betrieb genommen werden kann?

Dafür ist der SIM800 ausgelegt, das sprang mir jedenfalls direkt ins 
Auge. Sollte mich nicht wundern, wenn da auch bereits eine Ladeschaltung 
mit dabei ist. Habe ich aber hier nicht geprüft, bei anderen Modulen 
aber schon gesehen.

>
> Ich hab mir nämlich eher sorgen gemacht, dass die Akkuspannung massiv
> dann drunter leiden würde und meine anderen Module dann net wirklich
> gescheit funktionieren würden...

Ein LiPo kann selbst schon massiv schieben, der ist nicht das Problem. 
Zudem kann man ja auch noch ein paar Cs dazu bauen, wie im Datenblatt 
gezeigt. Hast Du ja auch gemacht.

Dazu gibt es im gleichen Formfaktor auch gleich CAT-M1 und NB-IOT, 
ebenfalls mit GPS. Auch gleich zum Umstecken ohne Neukonstruktion.

Warum überhaupt das SIM800? Das hat ja, wenn ich das richtig gesehen 
habe, nur 2G und 3G. Letzteres ist bereits tot, 2G dauert auch nicht 
mehr lange. Du könntest Dir auch ein MiniPCI-E Sockel setzen, dann 
kannst Du aus einer Vielzahl sehr günstiger (LTE) Modems wählen und auch 
unkompliziert wechseln. Keine Angst bzgl. all der Signale auf dem 
Stecker, es reicht wenn man 3.3V, GND und UART (oder USB) anschließt. 
PCI ist auf dem Modem-Sockel noch nicht einmal drauf.

Unter dem PCI-E Sockel kann man, bei entsprechender Aufbauhöhe, noch 
weitere Elektronik unterbringen.

Ach ja, und GPS (+Glonass, Beidou, Galileo) ist bei einigen MiniPCI-E 
auch schon gleich mit integriert.


Allerdings brauchst Du dann wieder ein 3.3V Wandler, das ist der 
Nachteil.

Das Sim weiß sogar seine Versorgungsspannung: Auf AT-CBC antortet es mit 
Zustand,Prozent und Spannung in mV. Der Zustand besagt ob gerade geladen 
wird. (Keine Ahnung wie es das weiß oder ob es da Einfluß drauf nehmen 
kann. Ich brauchte nur den Wert damit der MC Alarm schlägt wenn sie zu 
klein wird)
Ganz ohne Accu arbeitet es bei mir mit einem USB Netzteil gefolgt von 
einer 4007 und einer 5818 in Reihe zu 2000µF. Damit meint es 89% Accu zu 
haben. Auch Mega8, Max485 und Lcd haben kein Problem mit den 4,0x Volt. 
Bei schlechter Signallage bricht das etwas zusammen, aber eine 
"Undervoltage" Meldung oder Abstruz/Reset gab es bisher nicht. (Nachdem 
der Bodlevel von 4 auf 2,7 gesenkt wurde ;-)

Der Satz bzgl. NB-IOT von meinem obigen Beitrag ist verrutscht, der 
gehört weiter nach unten.

Harald A. schrieb:
> Stefan M. schrieb:
>> Ich hab grad nochmal das Datenblatt des SIM800C durchgelesen und da fand
>> ich das dieser ja eigentlich dafür ausgelegt wäre direkt von einem LiPo
>> Akku versorgt zu werden. Ich plan deshalb wahrscheinlich morgen dann
>> nochmal bissl was umzulöten und das Modul direkt vom Akku versorgen zu
>> lassen... oder spricht etwas dagegen? Stimmt das überhaupt das der
>> SIM800 direkt vom Akku in Betrieb genommen werden kann?
>
> Dafür ist der SIM800 ausgelegt, das sprang mir jedenfalls direkt ins
> Auge. Sollte mich nicht wundern, wenn da auch bereits eine Ladeschaltung
> mit dabei ist. Habe ich aber hier nicht geprüft, bei anderen Modulen
> aber schon gesehen.
>
>>
>> Ich hab mir nämlich eher sorgen gemacht, dass die Akkuspannung massiv
>> dann drunter leiden würde und meine anderen Module dann net wirklich
>> gescheit funktionieren würden...
>
> Ein LiPo kann selbst schon massiv schieben, der ist nicht das Problem.
> Zudem kann man ja auch noch ein paar Cs dazu bauen, wie im Datenblatt
> gezeigt. Hast Du ja auch gemacht.
>
Das hört sich ja dann mal alles gut an, ich werde gleich meine Schaltung 
soweit umbauen das direkt die Versorgung vom Akku stammt :)! Danke dir!

> Dazu gibt es im gleichen Formfaktor auch gleich CAT-M1 und NB-IOT,
> ebenfalls mit GPS. Auch gleich zum Umstecken ohne Neukonstruktion.
>
> Warum überhaupt das SIM800? Das hat ja, wenn ich das richtig gesehen
> habe, nur 2G und 3G. Letzteres ist bereits tot, 2G dauert auch nicht
> mehr lange. Du könntest Dir auch ein MiniPCI-E Sockel setzen, dann
> kannst Du aus einer Vielzahl sehr günstiger (LTE) Modems wählen und auch
> unkompliziert wechseln. Keine Angst bzgl. all der Signale auf dem
> Stecker, es reicht wenn man 3.3V, GND und UART (oder USB) anschließt.
> PCI ist auf dem Modem-Sockel noch nicht einmal drauf.
>
> Unter dem PCI-E Sockel kann man, bei entsprechender Aufbauhöhe, noch
> weitere Elektronik unterbringen.
>
> Ach ja, und GPS (+Glonass, Beidou, Galileo) ist bei einigen MiniPCI-E
> auch schon gleich mit integriert.
>
>
> Allerdings brauchst Du dann wieder ein 3.3V Wandler, das ist der
> Nachteil.

Naja es war einfach eine Bedingung vom Projekt her von meinem Betreuer 
das 2G-Netz zu verwenden, deshalb wurde kein LTE verwendet leider...
Aber danke für die Information bezgl. den PCI-E Sockeln das wusste ich 
garnicht und wusste nicht das es solche "Standards" gibt für dieses 
Module :)! Naja 3,3V hätte ich sowieso auf meiner LP da ich auch einen 
Mikrocontroller versorge daran würds net scheitern :)


Und das ist auch sehr gut zu wissen dass der SIM800 seine Ladespannung 
auslesen kann, dies würd einiges auch erleichtern :D


Wie gesagt zusammen gefasst, werde ich jetzt meine Leiterplatte mal 
umbauen und das GSM-Modul direkt mit der Akkuspannung versorgen. Dann 
werd ich mal schauen welche Auswirkungen das auf den Rest der Schaltung 
hat und somit sehen ob dies alles passt:)! Danke euch beiden echt 
wirklich!! :)

Sooo ich hab dann jz alles umgelötet und aufgebaut und soweit getestet 
und alles scheint soweit sehr gut zu funktionieren :)! Die Akkuspannung 
schwankt garnicht schlimm wie ich es mir eigentlich vorstellte, es gibt 
nur paar Spannungsspitzen beim versenden einer SMS aber ansonsten ist 
das wirklich nichts schlimmes und sehr viel besser als im Vorhinein:)!

Ich bedanke mich daher sehr für eure Hilfe!!!

Harald A. schrieb:
> Warum überhaupt das SIM800? Das hat ja, wenn ich das richtig gesehen
> habe, nur 2G und 3G. Letzteres ist bereits tot, 2G dauert auch nicht
> mehr lange. Du könntest Dir auch ein MiniPCI-E Sockel setzen, dann
> kannst Du aus einer Vielzahl sehr günstiger (LTE) Modems wählen und auch
> unkompliziert wechseln. Keine Angst bzgl. all der Signale auf dem
> Stecker, es reicht wenn man 3.3V, GND und UART (oder USB) anschließt.
> PCI ist auf dem Modem-Sockel noch nicht einmal drauf.
>
> Unter dem PCI-E Sockel kann man, bei entsprechender Aufbauhöhe, noch
> weitere Elektronik unterbringen.
>
> Ach ja, und GPS (+Glonass, Beidou, Galileo) ist bei einigen MiniPCI-E
> auch schon gleich mit integriert.

Als ansonsten stiller Mitleser muss ich mich kurz einmal einbauen, 
könntest du hierzu 1,2 Module nennen? Bin auch gerade dabei mir eine Art 
GPS Tracker mit LCD zu bauen. Die Idee statt einzelner Module ein 
MiniPCI-E zu nehmen gefällt. Nur habe ich da jetzt auf die Schnelle 
nichts günstiges gefunden, was alles vereint.

Vor der Krise konnte man das Quectel EG25-GGB für einen Preis von ca. 
40€ bekommen. Die Zeiten scheinen vorüber.
Evtl. eignet sich auch eine andere LTE-Karte wie dieser hier:
https://www.amazon.de/4G-Netzwerkkarte-MC7700-Integriertes-Wireless-Modul-Windows-default/dp/B07TXQF369

Habe ich jetzt nicht im Detail geprüft. Aber auch diese Karte hat, wie 
viele Module von Quectel, auch einen GPS-Anschluss. Ob sich die von den 
Bändern her für deinen Zweck eignet musst Du prüfen. Man erkannt LTE 
Modem mit GPS meist an den drei Anschlüssen.

Falls es ein LTE CAT M1 Modem sein darf, geht auch das BG96 MiniPCI-E 
von Quectel. Gab es vor der Krise <20€. Braucht aber einen Vertrag, der 
Cat M1 kann. Dafür sehr sparsam im Energieverbrauch.

Vielen Dank,

also auf die Karte muss man erstmal kommen :) Einfach 4g PCI-E Modul und 
dann nach 3 Anschlüssen ausschau halten? Für 20€ ist man wirklich gut 
dabei, wenn man GPS und Modem mit einem Modul erschlagen kann.
Rein LTE finde ich in Österreich noch gewagt, da die Abdeckung noch 
recht mau ist, also GPRS darf ruhig mit an Board sein.

Quectel an sich habe ich auch entdeckt, aber immer nur die blanken 
Module. Man könnte sich hier alternativ natürlich immer eine Platine 
machen lassen. Die Module an sich brauchen ziemlich wenig Bauteile drum 
rum.

Kurze Suche nach MC7700 offenbarte, dass der Chip wohl leider kein UART 
kann. Also wird das Ansprechen wohl schon wieder komplizierter.

Auf Aliexpress findet man auch eine große Anzahl an MiniPCI-E Modulen, 
teilweise auch gebraucht - würde vermuten, dass die aus 
ausgeschlachteten Notebooks stammen. Für Eigenbedarf und Bastelzwecke 
dürfte das ja egal sein. Allerdings muss man dabei sehr auf die Bänder 
achten, damit die auch in D funktionieren.

Und schau Dir CatM1 und NB-IOT an, auch in Ö gut ausgebaut. Niedriger 
Anlaufstrom bei den Modulen, generell niedriger Energieverbrauch und vor 
allem wesentlich bessere Verfügbarkeit durch höheres Link-Budget. Gerade 
für kleine Datenmengen ideal. Musst Du nur eine SIM haben, die das 
unterstützt. Siehe BG96 von Quectel.