Hallo
Ich habe in meiner Schaltung 1.8V und 3.3V CMOS Bauteile, die 10Mbps
Signale austauschen müssen. Nun wollte ich von euch wissen, was ihr von
den beiden Schaltungen haltet.
1. 3.3->1.8: Können die Widerstände noch grösser sein? Habe ein tau=
(R3||R4)*Cgs=3.3ns (wenn man für Cgs 5pF annimmt). Somit ist 3tau =
10ns. Ist das ok, oder muss ich noch parasitäre Sachen beachten? Wäre
dankbar wenn mir das jemand absegnen kann!
2. 1.8->3.3: Dachte man kann das mit einem geeigneten HF-Trafo machen.
Warum macht das niemand? Wo liegt der Haken? Liegt es daran, dass das L
und das Cgs einen Schwingkeris bilden? Man könnte doch die
Resonanzfrequenz so wählen, dass sie nicht stört? Und falls es geht, wie
gross darf ich die Widerstände wählen um möglichst wenig Leistung zu
verbraten? Btw. die zu übertragen Signale sind wieder 10Mbps.
3. Was haltet ihr von dem HF-Trafo:
http://minicircuits.com/pdfs/ADT1-1.pdf
Ich bin euch für jede konstruktive Antwort dankbar
gruss
Philipp
Warum das? Und wie tiefe Frequenzen dürfen vorkommen?
Falls ich einen Moment lang (z.b. 5sec) keine Signale übertrage fliesst
doch einfach ein (durch den Widerstand begrenzten) Strom...
danke und gruss
Philipp
Gib uns mal genauere Details über das Eingangssignal, was über den Trafo
soll. Prinzipiell sollte der von dir auserwählte Übertrager schon ganz
gut passen.
Welche Impedanzverhältnisse liefern der Treiber und Empfänger denn?
Absegnen kann ich es nicht, sorry :-)
Gruß -
Abdul
Nen Pegelwandler mit OPs dürfte ja auch gehen, klar dass es kein LM358
dann sein sollte, ich glaub der streicht schon bei einem MHz die Segel
bzw. noch eher.
Erst mal, danke für die Antworten!
>Gib uns mal genauere Details über das Eingangssignal, was über den Trafo>soll.
Das ist ein 10Mbps Datenstrom von einem RX-Chip an einen uC (Flanke
nicht genau bekannt aber denke ein relativ schönes digitales Signal). Es
sind 2 Leitungen, eine Clock und die andere Daten mit LOW=0V und
HIGH=1.8V. Der RX empfängt gelegentlich 10Mbps bursts und gibt die dann
seriell an den uC. Sprich: Es wird zwischen den Datenpaketen immer
wieder eine Weile nichts kommen. Ist das ein Problem für den Trafo? Ich
denke nicht, oder schon?
Ausgangsimpedanz des RX: unbekannt (kann ich evtl. nachfragen falls
nötig)
Eingangsimpedanz des uC: unbekannt (im Datenblatt schön mit "TBD:To be
defined" angegeben:-) wird aber ein standart CMOS Eingang sein. Was hat
der? etwa 5-10pF???
Macht der Trafo zusammen mit der Eingangskapazität ein Problem
(->schwingen)?
>Prinzipiell sollte der von dir auserwählte Übertrager schon ganz>gut passen.
Auf was muss ich beim Trafo achten? Sicher mal übersetzungsverhältnis
1:1.8 (wird in dem Fall nicht der richtige sein, ups!) und was noch? Was
ist mit den 50ohm die auf dem Datenblatt oben rechts stehen, das ist
wohl die Wellenimpedanz? Also nicht wichtig für kurze Leitungsbahnen
(<1cm)?
Ist der Aufbau so richtig mit den 2 widerständen in serie? Und was für
werte muss ich nehmen? Habe keine Ahnung wie gross ich die wählen
darf!!!
Gruss und danke im voraus
Philipp
>Nen Pegelwandler mit OPs dürfte ja auch gehen, klar dass es kein LM358>dann sein sollte, ich glaub der streicht schon bei einem MHz die Segel>bzw. noch eher.
Sind OPV nicht ein bisschen überdimensioniert? Reicht nicht schon ein
normaler BJT?
Und da komm ich auf meine Frage: Was hat die Pegelwandlung mittels Trafo
für einen Nachteil, dass das niemand macht???
grz
Philipp
"Energieverbrauch", ein Transformator hat Induktivitäten und Kapazitäten
und auch einen ohmischen Widerstand. Dies alles trägt zu den Verlusten
bei. OK, auch ein OP und ähnliches hat Verluste aber die sind i.d.R.
weitaus geringer als die bei einem Transformator. Als weiterer Vorteil
bei einer OP-Lösung kommt hinzu, dass die Impedanzanpassung einfacher
realisiert werden kann als bei einem Transformator (EIngangs- und
Ausgangsimpedanz). Der große Vorteil der Transformatoren ist die
galvanische Trennung der beiden Seiten wenn ich das recht in Erinnerung
hab. Ob man das braucht steht natürlich auf einem anderen Blatt Papier.
Du wirst beide Lösungen getrost vergessen können:
>3.3->1.8
Die parasitären Kapazitäten der Leitungen verschmieren deine Flanken.
Wir hatten sowas mal gemacht in nem I2S-Bus mit etwa 11MHz (5=>3V3). Die
Flanken waren erst zufriedenstellend, wenn die Widerstandswerte nur
wenige 100Ohm betrugen. Sinnvoller ists da wohl, die internen
Klemmdioden zu verwenden:
1V8
|
.----.
| |
3V3_Signal ------[R]------| |----1V8_Signal
zB 1k | |
'----'
|
===
>1.8->3.3
Was passiert, wenn du keine alterniernden Signale mehr hast? Also lange
Folgen von Nullen oder Einsen? Die fehlende Gleichstromfreiheit wurde
schon angesprochen..
Hier würde ich eine Logikfamilie nehmen, die 1V8 am Eingang sicher als
High erkennt und obige Schaltung wieder verwenden, nur ohne dem
Widerstand, dafür mit 3V3 betrieben.
Alternativ bieten sich Logikgatter mit OpenCollektor-Ausgang an.
Dahinter einen relativ kleinen! Widerstand gegen die "neue"
Betriebsspannung.
@Matthias: Danke für deinen Vorschlag. Leider komme ich bei deiner
Zeichnung nicht ganz draus. Unter Klemmdiode verstehe ich so was...
Vcc
|
-----
/ \
/ \
-----
|
|
3V3_Signal ------[R]------|-----------1V8_Signal
zb 1k |
|
-----
/ \
/ \
-----
|
|
Gnd
...aber die wären dann extern!
Und ich bin mir nicht sicher dass der 1.8CMOS IC interne Klemmdioden
hat. (würde mit grosser Sicherheit sagen, dass er keine interne
Begrenzung hat)
Zum Trafo: Eine lange 0-Folge wäre ja kein Problem, richtig? Und eine
lange 1-Folge kann nicht vorkommen, da 1. die Datenpakete codiert sind
(immer einige 0 beinhalten) und 2. die Pakete maximal 100us lang sind
und nachher sicher 10us auf das nächste Paket gewartet wird (=0-Folge).
Hilft das, oder findest du die Variante trotzdem nicht gut?
gruss
Philipp
> Dachte man kann das mit einem geeigneten HF-Trafo machen. Warum macht das> niemand? Wo liegt der Haken?
Zusätzlich zu den o.g. Kriterien dürften noch der Platzbedarf und die
Kosten kommen. Ein kleiner SOT23-Käfer dürfte auf jeden Fall wesentlich
günstiger und kleiner sein als ein Trafo und noch dazu schneller und
bewährt.
Warum ist eigentlich die parasitäre Kapazität so ausgeprägt??? Du meinst
doch die vom 1.44k-Widerstand gegen Masse. Die liegt doch bei SMD
Bauteilen bloss im unteren pF-Bereich. Und wenn ich dann so ein 0207
Bauteil noch auf der Seite anlöte sollten doch die durch das PCB
verursachten parasitären Kapazitäten sehr klein werden. Zumindest
kleiner als das Cgs des Eingangs, nicht??? Und mit 5pF bin ich auf einen
Tiefpass mit tau=3.3ns gekommen. Wenn man noch allfällige parasitäre
Kapazitäten im 1.44k widerstand von 5pF annimmt hat man immer noch
tau=6.6ns, was eigentlich reichen sollte!
Bist du sicher, dass die vom Widerstand kommen?
@Matthias: Nur so eine Überlegung, ich glaube dir das schon....
grz
philipp
>aber die wären dann extern!
Meineswissens hat jeder IC sowas intern. Allein die Struktur aus P und N
Mosfet ergibt antiparallele Klemmdioden wegen dem Aufbau.
Nimm nen DMM mit Diodentester und prüfe es nach...
>Du meinst doch die vom 1.44k-Widerstand gegen Masse. Die liegt doch bei SMD
Nein. Ich meine eher die, die durch diese Leiterbahn gegen Masse und! Ub
erzeugt wird! Du führst ja das Signal irgendwoihn auf der Platine. Und
das ist eine Fläche (Signal) mit einem Abstand (Platinenstärke) zu einer
anderen Fläche (Masse)...
>Und eine lange 1-Folge kann nicht vorkommen,..
Das Problem liegt in der Ansteuerung. Du steuerst mit 0V und positier
SPannung an. Das ist nie gleichspannungsfrei. Da hat ein Übertrager
immer ein Problem, da er dann vormagnetisiert wird...
Matthias Lipinsky wrote:
> Meineswissens hat jeder IC sowas intern. Allein die Struktur aus P und N> Mosfet ergibt antiparallele Klemmdioden wegen dem Aufbau.
Nein. Viele neuere ICs haben keine, z.B. von vielen CPLDs von Xilinx
weiß ich das genau (da bin ich nämlich drauf reingefallen). Ich vermute
die lassen die aus Geschwindigkeitsgründen weg. Auch alle 5V toleranten
ICs haben keine Klemmdioden.
Keine Ahnung wie die Hersteller das mit den Ausgangsmosfets machen, aber
es ist möglich, wie man eben an diesen ICs sieht.
>Meineswissens hat jeder IC sowas intern. Allein die Struktur aus P und N>Mosfet ergibt antiparallele Klemmdioden wegen dem Aufbau.
Es ist bloss ein Prototyp der eigentlich nur für Laborbedingungen
ausgelegt wurde, deshalb dachte ich er hätte keine
"Überspannungsdioden". Aber wenn es schon durch die Technologie gegeben
ist, sieht es gut aus...
>Nimm nen DMM mit Diodentester und prüfe es nach...
Mach ich sobald als möglich
>Nein. Ich meine eher die, die durch diese Leiterbahn gegen Masse und! Ub>erzeugt wird! Du führst ja das Signal irgendwoihn auf der Platine. Und>das ist eine Fläche (Signal) mit einem Abstand (Platinenstärke) zu einer>anderen Fläche (Masse)...
ok, das stimmt. Aber die hast du bei deiner Variante ja auch... Was
nützt es dann die Widerstandswerte zu verkleinern, oder ganz weg zu
lassen? Dann kommt es nur drauf an die Leitung möglichst kurz und die
Distanz zu GND,VCC möglichst gross zu wählen.
Ich frage deshalb, weil ich auf der Platine noch ein clocksignal habe
mit einer flankensteilheit von <1ns. Und dort arbeite ich mit 50ohm
Stripleitungen und ECL. Das heisst zig wiederstände für die
terminierung. Und das würde bedeuten ich muss das dort erst Recht
beachten! Reicht es nicht einfach die Leiterbahnen zwischen den IC's
ganz kurz (<2mm) zu halten?
>Das Problem liegt in der Ansteuerung. Du steuerst mit 0V und positier>SPannung an. Das ist nie gleichspannungsfrei. Da hat ein Übertrager>immer ein Problem, da er dann vormagnetisiert wird...
Hmmmm...Richtig! In dem Fall geht die differential LVPECL --> 1.8V
single-ended konvertierung auch nicht mit Trafo, auch wenn der Dutycycle
nur ca 2% beträgt. Wie soll ich denn die Pegelwandlung machen?
gruss und danke
Philipp
Für Pegelwandlung benutze ich sehr gerne einen Transistor in
Basisschaltung wenn die Quelle den Strom treiben kann. Ergibt sehr
schöne Flanken.
Wenn es zu tieferen Pegeln geht benutze ich auch die Diodenvariante -
allerdings mit externen Dioden. (z.B. zwei Schottkydioden im SOT23). Dem
Spannungsteiler könnte man noch einen kleinen Kondensator spendieren und
so die Flanken steiler machen. Allerdings würde ich sowas nur für
Versuchsaufbauten verwenden ..
Viele Grüße,
Martin L.
@Martin: Meinst du so ein Aufbau? Aber warum 2 Schottky dioden?
Weiss jemand per zufall einen geeigneten typ einer Schottky diode?
Ist 1kOhm ok? Kann damit ein 10Mbps signal gut übertragen werden?
Wo würdest du noch einen kleinen kondensator reintun? Du meinst in die
unsprüngliche spannungsteilerschaltung, nicht?
gruss
Philipp
1V8
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/ \
/ \
-----
|
|
3V3_Signal ------[R]------|-----------> 1V8_Signal (CMOS eingang)
CMOS Ausgang 1k
Ehrlich gesagt, wird es mir übel bei deinen Kenntnissen, wenn du mit ECL
bei Flankensteilheiten kleiner 1ns arbeiten willst. Du solltest dir
dringend gute Quellen für High-Speed Design durchlesen. Habe leider
keine aus dem Kopf. Die üblichen Verdächtigen sollten da aber genug
AppNotes haben.
"Die" Diode für die Eingangsspannungsbegrenzung ist sicherlich die
BAV99.
Auf die Eingangschutzdioden von ICs solltest du dich nicht verlassen.
Davon wird immer abgeraten, zumal die interne Schaltung je nach
Hersteller stark schwankt und eine bunte Mischung aus Dioden,
Widerständen und aktiven Bauelementen wie MOSFETs ist.
Integrierte Dioden bieten bei fast allen CMOS-Varianten einen
parasitären SCR. Wenn der triggert, bleibt er an!! Mit allen Folgen...
Du kommst mit einem der gängigen Pegelwandler-ICs z.B. im SOT23 am
besten weg. Guckst du bei z.B. TI in den diversen Übersichten. LVC und
wie sie alle heißen.
Hoher Gleichspannungsanteil im Signal bedeutet nix anderes als extremer
Frequenzbereich, in dem der Trafo arbeiten muß. Die untere Grenzfrequenz
bestimmt dabei die Baugröße!
Kommen also Gleichspannnungspegel vor oder ist der Frequenzbereich
größer als ca. 10, dann empfiehlt sich kein Trafo (Eigentlich ein
Übertrager, da müßte ich aber noch mehr tippen :-).
Gruß -
Abdul
Na, wenn niemand in der Lage ist, zu erklären, warum der Trafo
suboptimal ist, wird er das Hirngespinst ja nie aus seinem Kopf
bekommen.
Tipp: Simulier' das Ganze, dann sparts Du viele Tränen und lernst auch
noch dazu.
>> 2. 1.8->3.3: Dachte man kann das mit einem geeigneten HF-Trafo machen.> Warum macht das niemand? Wo liegt der Haken?
Das machen Viele:) Z.B. auf fast jeder Netzwerkkarte oder bei SPDIF.
Wie bereits erwähnt wurde, müsstest Du Dein Signal so kodieren, dass die
unterste Grenzfrequenz nicht zu niedrig wird, möglichst nicht kleiner
als 10MHz. Der Transformator verträgt nur sehr kleine Gleichströme
(wenige mA), weil er sonst in die Sättigung geht. Es darf also keine
Gleichspannung anliegen. Eine SPICE Simulation ist sehr zu empfehlen!
Über den Einsatz entscheiden letztlich Anforderungen, Aufwand und
Kosten. In Deinem Fall wurden ja bereits einfachere Lösungen
angesprochen, aber im Prinzip kann Dich niemand an Deinem Vorhaben
hindern:)
Du müsstest nur per Hardware und Software die besprochenen
Voraussetzungen sicherstellen.
MFG Peter
da unterschlägst du aber, dass die übertrager hier auch zur
impedanzanpassung verwendet werden und nicht als reine pegelkonverter!
ein übertrager ist hier völlig fehl am platz: induktiv(!) und teuer.
10MHz sind zwar kein pappenstil, aber leicht mit dedizierten
pegelwandlern machbar.
sh. herstellerkataloge.
Pegelwandler.PNG
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