Extrem tolerante Eingänge

Vorwiderstand und eine Zenerdiode (3,3V oder 5,1V je nach 
Betriebsspannung) - fertig ist der Eingang.

Gleichzeitig Ausgang wird schwieriger - Du kannst eine Diode über den 
Vorwiderstand legen, allerdings hast Du dann nur noch einen High 
Ausgang, bei Low passiert gar nichts (Tri State).

Gruß, Marcus

> dass alles von 3,3V oder 5V bis 24V
> (schöner wäre sogar bis 48V) als High erkannt wird...
Dann solltest du aber zusehen, dass die 48V auch tatsächlich unter 1,5V 
fallen, wenn LOW am Eingang anliegt. D.h. deine Störfestigkeit wird 
ziemlich niedrig.

> Vorwiderstand und eine Zenerdiode (3,3V oder 5,1V je nach
> Betriebsspannung) - fertig ist der Eingang.
Auf die Verlustleistung des Widerstands achten,
z.B. 45V*45V/0,125W = 16kOhm Mindest-Eingangswiderstand für einen 
bedrahten 1/8 W Widerstand.

jens wrote:
> Eine gute Lösung ist ein BSS138. Gate an VCC, Source über 560Ohm zum
> ATmega Drain ist der 48V tolerante I/O.
Aus dem DB:

1

BSS138

2

50V N-Channel Logic Level Enhancement Mode Field Effect Transistor

Das geht mit 48V gerade noch mal gut ;-)

Lothar Miller wrote:
>> dass alles von 3,3V oder 5V bis 24V
>> (schöner wäre sogar bis 48V) als High erkannt wird...
> Dann solltest du aber zusehen, dass die 48V auch tatsächlich unter 1,5V
> fallen, wenn LOW am Eingang anliegt. D.h. deine Störfestigkeit wird
> ziemlich niedrig.
>
>> Vorwiderstand und eine Zenerdiode (3,3V oder 5,1V je nach
>> Betriebsspannung) - fertig ist der Eingang.
> Auf die Verlustleistung des Widerstands achten,
> z.B. 45V*45V/0,125W = 16kOhm Mindest-Eingangswiderstand für einen
> bedrahten 1/8 W Widerstand.

Widerstand und Diode in Reihe und für Ausgang dann einfach eine Diode zu 
beidem antiprallel? Und dann werden auch kleinere Spannungen (3,3V) auch 
noch sicher erkannt?

Die Störfestigkeit nach unten ist relativ unkritisch. Es geht um ein 
Interface für die Fader- und Hotstartausgänge eines Mischpultes. Mir ist 
da nun schon einiges begegnet (von einfachen (potentialfreien) 
Schaltkontakten bis zu 48V Impulse) und ich würde das Interface gerne so 
universell wie möglich gestalten. Soweit ich mich erinnere war Low aber 
immer tatsächlich 0V.

Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser? 
Irgendwie kann ich mir das grad nicht so wirklich vorstellen. Gibts 
freie Software um sowas zu simulieren?

ahem wrote:
>>Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser?
> Irgendwie kann ich mir das grad nicht so wirklich vorstellen. Gibts
> freie Software um sowas zu simulieren?
>
> Eine Multiplikation ?

Nein ich dachte schon daran die ganze Schaltung zu simulieren, nicht nur 
an diese Sektion.

1

       R1 ____ 22k

2

    o----|____|-----o-----o--------o-----> uC-Pin

3

                    |     |        |

4

             100n  ===    -. 4,7V  -  47k 

5

   In          C1   |     ^  D1   | | R2

6

                    |     |       | |

7

                    |     |        |

8

    o---------------o-----o--------o----- GND

> Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser?
Nimm besser eine größere Bauform (=Leistung), wenn der Platz ausreicht 
;-)

Nunja, ich leide zwar nicht unter Platznot, aber da ich das ganze für 
jeden I/O-Pin außer RX/TX an einem mega16 brauche, fällt es also gleich 
30 mal an.

@Lothar: Was ist denn das?
R2 gehört da raus und die Z-Diode auf 5,1V.
Ansonsten bleiben von den 5V am Eingang keine 3V übrig.

Oder den BSP135: 600V
Den kann man auch schön als Vorwiderstand z.B. für Optokoppler an 
10-230V verwenden.

Lothar Miller wrote:
>

1

>        R1 ____ 22k

2

>     o----|____|-----o-----o--------o-----> uC-Pin

3

>                     |     |        |

4

>              100n  ===    -. 4,7V  -  47k

5

>    In          C1   |     ^  D1   | | R2

6

>                     |     |       | |

7

>                     |     |        |

8

>     o---------------o-----o--------o----- GND

9

>

>
>
>> Ist beim Widerstand eine höhere oder geringere (Verlust-)Leitung besser?
> Nimm besser eine größere Bauform (=Leistung), wenn der Platz ausreicht
> ;-)

Hab den Vorschlag mal mit LTSpice simuliert (siehe Anhang), sieht gut 
aus. Selbst bis 100V (soviel werden es später NIE sein!) steigt die 
Spannung am Ausgang nicht über 4,6V. 2,2V bei 3,3V am Eingang ist zwar 
etwas knapp, aber bei 5V sinds knapp über 3V was hoffentlich ausreichend 
ist. (min 0.6Vcc laut Datenblatt, 0.6x5V=3V)

Was für eine Diode nehme ich nun antiparallel über alles, um den Pin 
auch weitehrin als Ausgang verwenden zu können? Die darf ja quasi sogut 
wie keinen Spannungsabfall haben.

Nochmal zu den Widerständen: Kann ich bis max. 48V noch zu 
SMD-Widerständen (0805) greifen, oder muss es was bedrahtetes sein?

Danke und Gruß
Dominique Görsch

> Kann ich bis max. 48V noch zu SMD-Widerständen (0805) greifen
Der R2 bekommt ja höchstens 5V ab --> kein Problem.
Der R1 ist hier kritischer, müsste aber gerade noch gehen:
0805 können idR >100mW ab, die Spannungsfestigkeit liegt bei 100V.
Ich würde hier trotzdem für R1 einen 1206 nehmen.

>Nochmal zu den Widerständen: Kann ich bis max. 48V noch zu
>SMD-Widerständen (0805) greifen, oder muss es was bedrahtetes sein?

P = U^2 / R  = 48V*48V/22K = 104mW

Ein 0805 Widerstand hat 0.125W Verlustleistung maximal.
Ich wuerde ein bisschen knapp.

Gruss Helmi

OK, dann nehme ich für R1 1206, kein Beinbruch. Was für eine Diode nehme 
ich am Besten für D1 und was für eine für D2 (die noch nicht 
eingezeichnete antiparallele für "Ausgang") wenn insb. die Baugröße 
entscheident ist?

EDIT: Mir kommen allerdings ein bissl Zweifel, ob die knapp über 3V am 
Ausgang bei 5V am Eingang wirklich genug sind. Gerade unter realen 
Bedingungen mit evtl. Spannungsabfall im Kabel, etc...

>Gerade unter realen
>Bedingungen mit evtl. Spannungsabfall im Kabel, etc...

Der Widerstand deines Kabels ist bestimmt kleiner als die 22 KOhm 
Eingangswiderstand.

Lass R2 weg, dann hast du bei 5V etwa 4-4,5V am Ausgang.

Benedikt K. wrote:
> Lass R2 weg, dann hast du bei 5V etwa 4-4,5V am Ausgang.

Laut LSpice sinds dann nur knapp über 3,4V, in jedem Fall dann aber 
ausreichend. Danke.

Die Spannung hängt stark von der Z-Diode und derem Kurvenverlauf ab. In 
der Praxis wirst du vermutlich mit jeder Z-Diode leicht andere 
Spannungen haben. Daher sollte man nicht unbedingt eine 1,3W Z-Diode 
einbauen, sondern eher eine schwächere, denn die angegebene Spannung 
gilt immer nur bei einem bestimmten Strom (bei einer 0,5W und etwa 5V 
Z-Diode liegt der Teststrom meist bei 20-50mA). Der Strom ist hier aber 
mit max 2mA sehr gering. Daher könnte man auch eine 5,1V Z-Diode 
verwenden.

Danke für die Erklärung, Benedikt. Was für Dioden empiehlst du denn, 
wenn die zwei maßgeblichen Bedingungen möglichst kleine Bauform und 
Verfügbarkeit bei Reichelt sind?

Ich gehe mal davon aus, dass du SMD haben möchtest. Dann gibts 2 
Möglichkeiten: MiniMELF oder SOT23
Das wären bei Reichelt SMD ZF 5,1 bzw. SMD ZD 5,1

Das einzige Problem bei denen sind die Toleranzen: 4,8-5,3V bei 1mA

> Lass R2 weg...
Was stellt sich für eine Spannung ein, wenn tatsächlich ein 
Öffnerkontakt am Eingang aufgeschaltet ist? Also: inaktiv = offen.

> Wäre es, ... nicht sinnvoll, den Pulldown (R2=47k), vor R1
> und damit direkt an die Eingangsspannung zu legen ?
Der muß dann auch (wie R1) die vollen 50V incl. Verlustleistung 
mitmachen.
Aber ein offener Eingang wäre dann garantiert 0V.

Andreas wrote:
> Was spricht bei
> dieser Beschaltung dagegen, mit dem Prozesor diese Strecke auch wieder
> als Ausgang zu nutzen

Der hohe Innenwiderstand (durch den 22k Widerstand) und der eventuell 
"hohe" Strom der durch eine 4,7V Z-Diode fließt. Aufgrund des 
Innenwiderstands der Z-Diode dürfte der Strom nicht allzu hoch sein, 
aber im Vergleich zu dem durch den Ausgang fließenden Strom ist das 
Energieverschwindung.

Ich hab' grad nochmal 'ne runde simuliert...

1

                   D2

2

         o------ |< -------o

3

         |                 |

4

         |   R1 ____ 22k   |

5

     o---o-----|____|------o------> uC-Pin

6

         |                 |

7

        | |                -. 4,7V

8

 In/out | | 47k            ^  D1

9

        | | R2             |

10

         |                 |

11

     o---o-----------------o

12

                           |

13

                           V GND

Das scheint so ganz gut zu funktionieren, aber was für eine Diode nehme 
ich für D2? Die selbe wie für D1?

Das ist eine schlechte Lösung, weil der Ausgang dann hauptsächlich die 
Z-Diode treibt.

Die Frage ist eben auch, ob du 5V sicher als High-Pegel verarbeiten 
willst.
Dann brauchst du für D2 eine Zener mit 5,1V.

Wird der Port als Eingang verwendet, müssen 5V ganz sicher als High 
erkannt werden, allein deshalb, weil VCC=5V ist und somit bei der 
Verwendung von einfachen Schaltkontakten damit gearbeitet wird.

Hab das ganze nun nochmals simuliert mit einer 1n4148 für D2. Laut 
Simulation wird die Schaltung als Eingang verwendet durch die D2 
garnicht beeinflusst, als Ausgang verwendet fallen an ihr unter 1V ab, 
damit kann ich gut leben. Spricht irgendetwas was ich übersehen habe, 
gegen die Verwendung so wie in dem Schaltbild weiter oben mit einer SMD 
ZF 5,1 als D1 und einer SMD 1n4148 als D2? Die restlichen Werte wie 
gehabt, 22k und 47k.

> Das ist eine schlechte Lösung, weil der Ausgang dann hauptsächlich die
> Z-Diode treibt.

Also noch einen 1k zwischen Z-Diode und µC-Pin.

Alexander Schmidt wrote:
> Also noch einen 1k zwischen Z-Diode und µC-Pin.
Das wäre aber kontraproduktiv für einen Ausgang.

> Spricht irgendetwas was ich übersehen habe, gegen die Verwendung
> so wie in dem Schaltbild weiter oben...
Nur der fehlende Verpolungsschutz. :-o
Leg mal einfach -5V an den Eingangspin an...
--> Kurzschluss durch D1 und D2,
    und daraus resultierend ein kurzes Leben für eine der Beiden.

Lothar Miller wrote:
> Nur der fehlende Verpolungsschutz. :-o

Ein bisschen aktive Masse zwischen den Ohren erhoffe ich dann doch beim 
Anwender ;)

Mal im ernst, daraüber habe ich auch schon nachgedacht, aber mir fällt 
keine Lösung ein, bei der ich nicht wieder einen Spannungsabfall habe 
(Diode).

Lothar Miller wrote:
>> Also noch einen 1k zwischen Z-Diode und µC-Pin.
> Das wäre aber kontraproduktiv für einen Ausgang.

Bild wie im Anhang.

Ich habs mal simuliert und ein Atmel schafft es nicht die 5.1V Zener zu 
treiben, daher der 1k.

Alexander Schmidt wrote:
> Bild wie im Anhang.
Diese Schaltung mit der Schottky-Diode würde ich niemals jemandem 
(extern) in die Hand geben. Wenn es eine Klemme gibt, die laut 
Datenblatt 50V aushält, dann schließt der erste (oder allerspätestens 
der zweite) schließt aus Versehen -50 Volt an die Klemme an. Nach Murphy 
muß das so sein. Und dann kommt die Schaltung zur Garantiereparatur, 
garantiert.

> Ich habs mal simuliert und ein Atmel schafft es nicht die 5.1V Zener zu
> treiben, daher der 1k.
Macht doch nichts, 4,5V kommen trotzdem raus. Also:

1

             ___      D2

2

         o--|___|---- |< -------o

3

         |   100R               |

4

         |           ____ 22k   |

5

     o---o----------|____|------o------> uC-Pin

6

         |                R1    |

7

        | |                     -. 4,7V

8

 In/out | | 47k                 ^  D1

9

        | | R2                  |

10

         |                      |

11

     o---o----------------------o

12

                                |

13

                                V GND

Bei negativer Eingangsspannung raucht hier nur der 100Ohm-Widerstand ab, 
das ist allemal billiger und einfacher zu tauschen als der Controller.

Lothar Miller wrote:
>> Ich habs mal simuliert und ein Atmel schafft es nicht die 5.1V Zener zu
>> treiben, daher der 1k.
> Macht doch nichts, 4,5V kommen trotzdem raus. Also:

Ich dachte die Z-Diode wird niederohmig, wenn man eine höhere Spannung 
in Sperrrichtung anlegt. Damit würde man ja den Ausgang vom AVR killen.

Genau das ist das Problem.
Und deswegen geht eine ZD4.7 nicht und eine ZD5.1 hat bei 5V auch schon 
50mA. Soviel schafft der Ausgang aber nicht.

> Ich dachte die Z-Diode wird niederohmig, wenn man eine höhere Spannung
> in Sperrrichtung anlegt. Damit würde man ja den Ausgang vom AVR killen.
Diese Suppe wird halb so heiß gegessen wie gekocht.
Du wirst einen AVR-Ausgang nicht mal killen, wenn du den direkt auf 
GND legst und eine '1' ausgibst. Da wird nur den uC über den 
Kanalwiderstand des Fets ein wenig warm. Aber der Kurzschlussstrom 
bewegt sich da gerade mal im 50mA Bereich.

Und wenn du jetzt am AVR diese Z-Diode anschließt, und dazu das 
Datenblatt liest:

1

Output High Voltage : 4.2V / IOH = -20 mA / VCC = 5V

dann siehst du beruhigt, dass der uC nicht kaputtgehen wird.

Und wenn einem das Thema gar keine Ruhe lässt, dann kommt eben eine 5,1V 
Z-Diode rein ;-)

EDIT:
Aus dem Vishay Datenblatt:

1

Typ      Umin   Umax  Test current

2

ZMM4.7   4.61   4.79   5.0

3

ZMM5.1   5.00   5.20   5.0

Lothar Miller wrote:

> Und wenn einem das Thema gar keine Ruhe lässt, dann kommt eben eine 5,1V
> Z-Diode rein ;-)

Wobei die 5,1V Z-Diode worst case erst oberhalb der Spannung bei der die 
Schutzdioden des AVRs leitend werden, anfängt zu begrenzen.
Falls die 5V Betriebsspannung eine ausreichende Mindestlast hat, wären 
Schottky Dioden gegen 5V besser als Z-Dioden. Die leiten garantiert vor 
den Schutzdioden des AVRs, haben geringere Toleranzen und stören den 
Ausgangspegel des AVR nicht.

Wo hast du denn die Werte her, die du gepostet hast? Die anderen 
Z-Dioden die ich kenne haben alle sehr viel größere Toleranzen. Die von 
Reichelt sind z.B. mit 4.4 to 5.0V bei 5mA für die 4,7V Variante 
spezifiziert.

Edit: Habs gerade gefunden: Deine Werte scheinen die selektierte 2% 
Variante zu sein.

Wobei die 2%igen ja nicht wirklich ein Problem sind. Die gibt's auch von 
OnSemi bei Mouser ab Lager für fast kein Geld...

Lothar Miller wrote:

1

>              ___      D2

2

>          o--|___|---- |< -------o

3

>          |   100R               |

4

>          |           ____ 22k   |

5

>      o---o----------|____|------o------> uC-Pin

6

>          |                R1    |

7

>         | |                     -. 4,7V

8

>  In/out | | 47k                 ^  D1

9

>         | | R2                  |

10

>          |                      |

11

>      o---o----------------------o

12

>                                 |

13

>                                 V GND

Das ist quasi das selbe wie von mir, nur mit nem 100r als "Bauernopfer". 
Seh' ich das richtig? D2 könnte hier auch wie von mir schon simuliert 
eine SMD 1n4148 sein?

> D2 könnte hier auch wie von mir schon simuliert eine SMD 1n4148 sein?
Ja. Deine externe Schaltung muß dann eben mit unter 4V als HIGH 
klarkommen.

Jau klar, alles was einen höheren Energiebedarf hat bekommt dann halt ne 
Transe davor. Danke für eure Hilfe, dann mach ich mich mal ans 
Layouten...