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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage zur einfachen Pegelwandlung


Autor: Joern DK7JB (moin)
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Ich möchte zwei ATMEGAs 168 über die serielle Schnittstelle miteinander 
verbinden. Der eine ATMEGA wird mit 5V betrieben, der andere mit 3V.
Kann meine "low level" Schaltung funktionieren(s. Anhang))?

R5 soll den Strom begrenzen, wenn von 5V auf 3V "gewandelt" wird. Die 
internen Schutzdioden des rechten ATMEGAs sollen auf 3V begrenzen.
R4 dient nur dem allgemeinen Schutz (gegen dumme Fehler beim 
Programmieren.

Auf die übliche Schaltungen zur Pegelwandlung (mit einem Transistor) 
will ich verzichten, da mir sonst zuviel Strom verbraucht wird. Der 
rechte ATMEGA mit 5V kann mit einem FET auch ganz abgeschaltet werden.

Ich bitte um eure Meinung
Euer moin

Autor: Michael H* (Gast)
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nein, funktioniert garantiert nicht. es fließt ein viel zu geringer und 
variabler strom, als dass man ihn sinnvoll mit einem serienwiderstand 
begrenzen könnte.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardba...
die pegelwandler in mos-technologie verbrauchen doch kaum strom.

wenn du noch mehr sparen willst, nimm einen hochohmigen spannungsteiler. 
bei dem verzieht es dir allerdings die flanken.

Autor: Joern DK7JB (moin)
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Schaltungsupdate !

Kann mit dem Spannungsteiler eine Übertragung bei 9600 Baud noch 
funktionieren?
Kann überhaupt die Gegenrichtung von 3V auf 5V funktionieren, da ich im 
Datenblatt keinen Hinweis gefunden habe, ab wann am Eingang HIGH erkannt 
wird.

moin

P.S Pegelwandler in mos-Technologie habe ich momentan nicht in meiner 
Bastelkiste.

Autor: HildeK (Gast)
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Naja, für die 5V auf 3V ist der Widerstand etwas groß. Umgekehrt, für 
die 3V auf die abgeschaltete 5V-Seite ist er wiederum etwas klein. Wobei 
ich zugeben muss, nicht zu wissen, was bei den ATMEGAs im Datenblatt 
steht für den maximalen Strom über die Schutzdiode. Wenn die eine Seite 
abgeschaltet ist, wird es dir dort die Spannungsversorgung über die 
Schutzdioden anheben. Schön ist das nicht. Es gibt auch Buffer, die 
übersteuerbar sind (keine Diode, sondern eine Z-Diode zu Schutz 
verwenden).

Ob die Geschwindigkeit ausreicht, hängt auch davon ab, auf welcher Seite 
der R platziert ist: richtig ist direkt vor dem jeweiligen Eingang, 
besonders bei längeren Leitungen.

Prinzipiell funktioniert das - ähnliches ist auch bei Xilinx in einer 
Applikation drin, um 3,3V- auf 2,5V-Interfaces anzupassen. Die gehen 
aber an die Grenze des maximalen Stromes bei den Schutzdioden (wegen der 
Speed).

Autor: Michael H* (Gast)
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Joern B. wrote:
> Kann mit dem Spannungsteiler eine Übertragung bei 9600 Baud noch
> funktionieren?
ja. aber mit den 35k gehn dir immer noch 143µA flöten. was verstehst du 
unter strom sparen?
kannst ja mal einen freeware-simulator wie z.b. TINA von TI zu rate 
ziehn, wenn du dir die flanken anschaun willst.

> Kann überhaupt die Gegenrichtung von 3V auf 5V funktionieren, da ich im
> Datenblatt keinen Hinweis gefunden habe, ab wann am Eingang HIGH erkannt
> wird.
V_IL heißt das, was du suchst. steht bei den electrical characteristics.

3V sind n bisschen knapp. das hier klappt als fix. als pullup kannst 
btw. den internen vom atmel nehmen.

     ^ 5V
     |
    ,-,
    | | pullup
    |_|
     |
     o-----O µC eingang 5V
     |
    --- 2x 1N4148 oder 3x schottky
    \ / bei höheren freqs
    ---
     |
     +-----O 3V pegel


> P.S Pegelwandler in mos-Technologie habe ich momentan nicht in meiner
> Bastelkiste.
hat doch jeder bastelladen. wenn er sich ned auftreiben lässt, kannst ja 
beim csd bestellen. der hat fairen verstand für kleine angelegenheiten.

Autor: Joern DK7JB (moin)
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In einem anderen Posting wurde folgende Variante vorgeschlagen (Ort 
unbekannt - s.Anhang). Verstanden habe ich die Wirkungsweise leider 
nicht. Ich würde mich über eine Erklärung freuen.

Funktioniert diese Schaltung (auch mit dem BSS138) und kann sie dem 
beschriebenen Anforderungen genügen?

Autor: Joern DK7JB (moin)
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Ergänzung zum vorherigen Posting:
In meinem Fall 5V und 3V.

Autor: nixversteh (Gast)
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Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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Michael H* wrote:
>> Kann überhaupt die Gegenrichtung von 3V auf 5V funktionieren, da ich im
>> Datenblatt keinen Hinweis gefunden habe, ab wann am Eingang HIGH erkannt
>> wird.
> V_IL heißt das, was du suchst. steht bei den electrical characteristics.

Ich meine er sucht V_IH oder nich... er will ja wissen ab wann ein HIGH 
erkannt wird...

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

>Ob die Geschwindigkeit ausreicht, hängt auch davon ab, auf welcher Seite
>der R platziert ist: richtig ist direkt vor dem jeweiligen Eingang,
>besonders bei längeren Leitungen.

Kann man einfach überschlagen.

Wenn man die volle Kondesatorladung mit 5 tau = Bitzeit setzt, und die 
Eingangskapazität + Leitungskapazität mit ca. 30pF ansetzt, erhält man

Steht auch indirekt in Pegelwandler.

>bei den Schutzdioden (wegen der Speed).

AUA!!!!!!!

Wir sind hier zwar nicht im Germanistenforum, aber ein paar grundlegende 
Deutschkenntnisse sollte man schon an den Tag legen, oder? Es gibt schon 
genug (begründete) Vorurteile gegenüber E-Technikern . . .

MfG
Falk

Autor: HildeK (Gast)
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>Wir sind hier zwar nicht im Germanistenforum, aber ...
Lass mich doch auch vereinzelt mal ausrutschen ... :-)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bei der Lösung mit dem Vorwiderstand sollte man etwas vorsichtig sein, 
und vorher mal das Datenblatt durchsuchen ob die Pegel an den Eingängen 
absolut (also z.B. max 4.0V) oder in Bezug auf Vcc (also Vcc+0.3V) 
angegeben sind.
Im ersteren Fall gibt es garkeine der üblichen Schutzdioden gegen Vcc an 
den Eingängen (z.B. bei den Coolrunner2 CPLDs oder auch bei anderen 5V 
toleranten ICs). Keine Ahnung ob das bei den Coolrunnern wegen der 
"Speed" ist, oder ob die einfach nur für höhere Spannungen tolerant sein 
sollen.

Autor: Joern DK7JB (moin)
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Ich habe noch eine Frage, die mir noch zusätzlich unklar ist:
Was passiert, wenn an einem ATMEGA168 keine Versorgungsspannung 
geschaltet ist, an einem normalen EigangsPin aber eine Spannung von 3V 
anliegt?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Dann fließt ein Strom über die Schutzdioden und der µC läuft eventuell 
etwas instabil, wenn der Strom ausreicht um die Spannung auf einen 
ausreichend hohen Pegel zu bringen. Die BOD sollte man daher unbedingt 
setzen, ansonsten wird kein sauberer POR ausgeführt und der µC startet 
nicht wenn man die Spannung einschaltet.

Autor: HildeK (Gast)
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@ Benedikt K. (benedikt)
>Im ersteren Fall gibt es garkeine der üblichen Schutzdioden gegen Vcc an
>den Eingängen (z.B. bei den Coolrunner2 CPLDs oder auch bei anderen 5V
>toleranten ICs). Keine Ahnung ob das bei den Coolrunnern wegen der
>"Speed" ist, oder ob die einfach nur für höhere Spannungen tolerant sein
>sollen.

Ich glaube nicht, dass gar keine Schutzdioden verwendet werden, sondern 
eher dass es Z-Dioden sind. Aus dem Datenblatt (Philips) des 74LVC245 
z.B. geht hervor, dass er max. 6.5V am Eingang verträgt (unabhängig von 
VCC), aber auch mehr, wenn der maximale Eingangsstrom geeignet begrenzt 
wird.
Es ist bedauerlich, dass diese Technik nicht bei allen ICs angewandt 
wird, aber ich vermute mal, dass man dies vermeidet, weil die 
Eingangskapazität größer ist und somit Geschwindigkeitseinbußen die 
Folge sind.

Autor: Joern DK7JB (moin)
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Hier nochmal meine aktuelle Variante, die ich mit einem fliegenden 
Aufbau getestet habe.
Der rechte Controller kann abgeschaltet werden, ohne dass dann noch 
irgendwelche Ströme fließen. Die Diode erzeigt einen OpenCollector 
Ausgang und zusätzlich eine Pegelverschiebung um 0,6V. So bin ich wieder 
in dem Spezifikationen. Wird der Widerstand größer als 18k sehen die 
Pegel auf dem Oszi nicht mehr so schön aus.
Der Spannungsteiler verschlechtert die Pegel nicht besonders, da er fast 
nicht belastet wird.
Ich habe die Schaltung mit normalen ATMEGAs 168 mit 16Mhz bei bis zu 
1,9V Versorgungsspannung und 38400 Baud ausprobiert (und habe damit die 
Grenzen des Datenblattes nicht eingehalten). Bei 3V Versorgungsspannung 
des rechten Controllers sollten also keine Probleme zu erwarten sein.

Autor: Joern DK7JB (moin)
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Hier noch der Schaltplan  (peinlich)

Autor: Falk Brunner (falk)
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Für so langsames Zeug tut ein einfacher Widerstand. Siehe meine Rechnung 
weiter oben.

MFg
Falk

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