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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik "solid state Zähler" mit Goldcaps - Teil 2


Autor: Armin (Gast)
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Für eine relativ unkritische Anwendung bräuchte ich einen 6bit-Zähler, 
der seinen Wert auch ohne Spannungsversorgung über mehrere Tage 
beibehält. Dazu habe ich mich der Einfachheit halber entschieden, zwei 
MOS 40193-Bausteine zu verwenden und diese mittels GoldCap zu versorgen. 
Das müsste soweit richtig gut funktionieren, da die Ausgänge nicht 
belastet sind. Die Zähler sind nämlich CPLD-Peripherie; ich habe die 
Hoffnung, dass dieser einfache externe Zähler weniger Strom benötigt als 
ein CPLD und somit die Cap länger hält.

Die Versorgungsspannung (im Plan nicht dargestellt) beträgt 3,3V. Für 
die MÖSSe bleiben also noch 2,7V übrig.
In einem Versuchsaufbau - das CPLD passt nicht aufs Brotbrett - habe ich 
an die Eingänge Entpreller mittels 74HC14 geklemmt (auch nicht 
dargestellt). Diese werden jetzt natürlich mit 3,3V versorgt und hängen 
nicht am CAP.
An den Ausgängen liegen probehalber LEDs mit 62-Ohm Vorwiderständen.


Jetzt also der seltsame Teil:
Wenn der Entpreller dran hängt, dann springt der Zähler beim Abschalten 
des Labornetzteils 1-3 Schritte weiter (abhängig von Ladezustand des 
Caps und eingestellter Versorgungsspannung). Wenn man das netzteil 
allerdings laufen lässt und nur den Bananenstecker aus dem 
Versorgungssockel des Brotbretts zieht, funktioniert alles einwandfrei 
(Zähler behalten Wert bei).

Nun also meine Frage: Wird das am Ende funktionieren, wenn
1. Die Versorgungsspannung von 3,3V (--> 2,7V am MOS) durch einen 
Linearregler statt einem Labornetzteil bereit gestellt wird?
2. Statt einem 74HC14-Entpreller ein CPLD im 3,3V Betrieb am up/down 
Eingang hängt, das natürlich beim Abschalten die 3,3V verliert?

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

wenn das CPLD Klemmdioden an den Eingängen hat, schliesst es bei 
Stromausfall Hi-Ausgänge der Zähler kurz (was alle möglichen Folgen 
haben kann, das mindeste ist eine schnelle Entladung des GoldCap).

Gruss Reinhard

Autor: G4st (Gast)
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SRAM mit goldcap Puffer?

Autor: Armin (Gast)
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danke für den Hinweis.
Aber gegen die Klemmdioden könnte man mit massiven Widerständen 
gegensteuern. 1-10 MOhm dürfte nicht viel schaden - der Zähler ist recht 
langsam (up/down-Taster für Benutzer).


Die RAMlösung käme natürlich auch in Frage. Hätte auch diverse Vorteile. 
Da das mein erstes CPLD Projekt ist, wollte ich mich nicht so früh auf 
so viel Neuland wagen. Ein und Ausgänge spar ich mir damit auch nicht, 
da die Binärwerte ohnehin gebraucht werden. Und bei meinem Projekt sind 
die IOs echt der Flaschenhals.
Oder mit schieberegister... grübel

Autor: Falk Brunner (falk)
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Armin (Gast)
@Datum: 08.12.2009 17:26

>der seinen Wert auch ohne Spannungsversorgung über mehrere Tage
>beibehält. Dazu habe ich mich der Einfachheit halber entschieden, zwei
>MOS 40193-Bausteine zu verwenden und diese mittels GoldCap zu versorgen.

Kann man machen.

>Hoffnung, dass dieser einfache externe Zähler weniger Strom benötigt als
>ein CPLD und somit die Cap länger hält.

Ist auch so, die Dinger ziehen nur ein paar nA.

>Die Versorgungsspannung (im Plan nicht dargestellt) beträgt 3,3V. Für
>die MÖSSe bleiben also noch 2,7V übrig.

Hehe, hat wohl der Spamfilter gemotzt ;-)
Nein, deine CMOS-Zähler kriegen fast 3,3V, weil bei ein paar nA die 
Diode keine 0,7V Spannungsabfall hat. Eine 4148 reicht hier dreimal.

>An den Ausgängen liegen probehalber LEDs mit 62-Ohm Vorwiderständen.

AUA! Wer soll die denn teiben? Die schwachen CMOS-Zähler? Niemals.

>Jetzt also der seltsame Teil:
>Wenn der Entpreller dran hängt, dann springt der Zähler beim Abschalten
>des Labornetzteils 1-3 Schritte weiter (abhängig von Ladezustand des

Häng die Schmitt-Trigger mit an die Goldcaps, sonst wird das Quark. Die 
brauchen keinen nennenswerten Strom.

>Nun also meine Frage: Wird das am Ende funktionieren, wenn
>1. Die Versorgungsspannung von 3,3V (--> 2,7V am MOS) durch einen
>Linearregler statt einem Labornetzteil bereit gestellt wird?

Sicher.

>2. Statt einem 74HC14-Entpreller ein CPLD im 3,3V Betrieb am up/down
>Eingang hängt, das natürlich beim Abschalten die 3,3V verliert?

Nein, denn dein CPLD wird dann parasitär über die 1K Widerstände mit 
Spannung versorgt. Siehe Pegelwandler.

@  Armin (Gast)

>Aber gegen die Klemmdioden könnte man mit massiven Widerständen
>gegensteuern. 1-10 MOhm dürfte nicht viel schaden - der Zähler ist recht
>langsam (up/down-Taster für Benutzer).

Zwischen Zähler und CPLD ja, aber in die Takteingänge rein, nein! 
Einfach und sauber sind Pegelwandler. Für diesen speziellen Fall ein 
Tristate-Treiber ala 74HC125. Wenn der CPLD aus ist, wird per Pull-Down 
der Ausgang auf Tristate geschaltet und alles ist OK. Keine 10M 
Widerstände nötig, und dennoch volle Geschwindigkeit und sehr wenig 
Stromaufnahme.

MfG
Falk

Autor: A. K. (prx)
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Falk Brunner schrieb:

> Einfach und sauber sind Pegelwandler. Für diesen speziellen Fall ein
> Tristate-Treiber ala 74HC125.

74HC126 - der '125 hat active low enables. Bin aber nicht sicher, was in 
der Übergangsphase passiert, also während die Hauptspannung 
runterrutscht, der '126 aber noch aufsteuert.

Ein '4050 zwischendrin, von der Hauptspannung versorgt, sollte es jedoch 
auch tun, der hat keine Ableitdioden gegen Vcc.

Autor: Armin (Gast)
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also an der 1N4004 fallen bei 20µA ca. 0,45V ab (macht 2,85V am Zähler). 
Ohne Datenblatt; gerade gemessen.
Das könnte aber mit einer 4148 natürlich besser aussehen.


LEDs treiben ist rein optisch kein Problem. Die Anordnung funktioniert 
in dem Rahmen einwandfrei. Sind bei der Spannung ja auch nur ca 20mA.


Die Trigger brauchen in der Messung tatsächlich wenig Strom. Am Ende 
hängt aber an dieser Stelle das CPLD auf 3,3V-Pegel, also macht es 
keinen Sinn, die Situation jetzt damit zu beschönigen, dass ich sie ans 
CAP packe.



Hier hat mir das Stichwort "parasitäre Versorgung" weitergeholfen. 
Danke.
Also einfach die beiden zähler inputs buffern und dann muss ich mir 
keine Gedanken mehr über Parasiten machen?
Und wenn ich die 6bits der Zählerausgänge buffere, fällt das Problem mit 
den Klemmdioden weg? Wohl kaum, oder? Dafür also 1MOhm?
Die 4050 natürlich mit an die CAP-Versorgungsleitung, oder?
Da wähle ich natürlich einen MOS4050, denn die HC4050 liefern ja wieder 
Strom aus den Eingängen?


Wäre damit auch das angesprochene Problem des "Übergangsbereiches" 
geklärt? Wenn die Stromversorgung ausgeht, sinkt die CPLD-Spannung (und 
die der nicht gecappten ICs) am Buffereingang langsam von 3,3V auf 0V 
ab. Die Gefahr besteht, dass die Zähler munter loswerkeln.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Armin schrieb:
> Wäre damit auch das angesprochene Problem des "Übergangsbereiches"
> geklärt? Wenn die Stromversorgung ausgeht, sinkt die CPLD-Spannung (und
> die der nicht gecappten ICs) am Buffereingang langsam von 3,3V auf 0V
> ab. Die Gefahr besteht, dass die Zähler munter loswerkeln.

In der Tat. Dagegen gibt es Supervisor-ICs, die bei Unterspannung ein 
sicheres Reset oder Enable erzeugen und/oder den Write-Eingang oder 
CE-Eingang von RAMs abtrennen.

Da solche Schaltungen von 0 V an sicher funktionieren müssen, ist das 
Selberbasteln nicht so trivial wie es aussieht.

Gruss Reinhard

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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evtl. eine germaniumdiode nehmen, die dürfte nur um 0.2V flußspannung 
haben.

Autor: Roland77 (Gast)
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Hallo,

verwende doch ein kleines 8-Pin-FRAM, da schreibst du den Zählerwert 
regelmäßig rein und gut ist.Die haben die unterspannungserkennung schon 
eingebaut.

Autor: A. K. (prx)
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Armin schrieb:

> Die 4050 natürlich mit an die CAP-Versorgungsleitung, oder?

Natürlich nicht, sonst entsteht an deren Ausgängen ja das gleiche 
Problem. Nein, der 4050 muss an die Versorgung vom CPLD, weil er sich 
anders als das CPLD nicht dran stört, wenn der Eingang weit über Vcc 
liegt. Der darf also abgeschaltet werden, auch wenn Spannung am Eingang 
liegt.

> Da wähle ich natürlich einen MOS4050, denn die HC4050 liefern ja wieder
> Strom aus den Eingängen?

Geht beides. Auch ein CD4050 würde Strom liefern, wenngleich aufgrund 
der schwächeren Treiber deutlich weniger als ein 74HC4050. Es geht nicht 
um deren Ausgänge, sondern um deren Eingänge, und die sind bei beiden 
Typen ähnlich aufgebaut und funktional vergleichbar.

> Wäre damit auch das angesprochene Problem des "Übergangsbereiches"
> geklärt? Wenn die Stromversorgung ausgeht, sinkt die CPLD-Spannung (und
> die der nicht gecappten ICs) am Buffereingang langsam von 3,3V auf 0V
> ab. Die Gefahr besteht, dass die Zähler munter loswerkeln.

Ich habe bisher nur die Ausgänge der Zähler betrachtet. Für den Rest 
müsste mal die Gesamtschaltung sichtbar werden.

Autor: Armin (Gast)
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> Ich habe bisher nur die Ausgänge der Zähler betrachtet. Für den Rest
> müsste mal die Gesamtschaltung sichtbar werden.

achsooo. Dann macht deine Spannungsangabe mit 3,3V natürlich sinn. Ich 
dachte, es ging dir um die Eingänge. Zwecks der Gesamtschaltung habe ich 
mal eben das CPLD und die Ausgangsuffer mit reingefrickelt. Die Buffer 
hängen jetzt nicht am Cap. Zur Wiederholung: Damit wird also verhindert, 
dass Strom aus der Zählerversorgung in das CPLD fließt?? Das erlaubt 
dann hohe Geschwindigkeiten, die ich eigentlich nicht brauche und ist 
deshalb besser als 1MOhm Strombegrenzung. Muss ich mir überlegen, welche 
Lösung günstiger ist; im Moment erscheint mir ein Widerstandsnetzwerk 
(1MOhm) noch unkritischer, dafür produziert es Größenordnung bis zu 3µA 
pro High-pin.


Bleibt die kritischere Stelle: Eingänge der Zähler. Laut Reinhard 
brauche ich hierfür also so einen Supervisor-IC? Einen Reset möchte ich 
allerdings nicht haben. Schafft ein zusätzliches NAND vielleicht schon 
Abhilfe? Oder alternativ bräuchte es zwischen up/down und CPLD eine 
Schaltung - vom CAP versorgt, die:
- im Betrieb negative (und positive) Flanken sauber "durchlässt"
- Wenn die Eingangsspannung "langsamer" abfällt, das nicht als Flanke 
registriert und stattdesen auf hi-level bleibt
- keine parasitären Ströme aus dem eigenen Eingang ins CPLD abgibt.



Da die Anzahl an Bauteilen gerade am Steigen ist (Das Zählerpaket wird 
8x aufgebaut), möchte ich die mittlerweile zwei mal propagierte Lösung 
mit RAM nicht außer Acht lassen.
z.B. bei Reichelt mal eben gesucht: HY6264A von einem CAP versorgt.
Jetzt stellt sich mir die Frage, ob mein CPLD überhaupt in der Lage ist, 
von diesem Ding zu lesen und darauf zu schreiben. Immerhin müssten in 
der Startphase die Werte nacheinander gelesen werden.
Da meine CPLD-Erfahrung auch beschränkt ist, weiß ich nicht, wie weit 
das Ding in der Lage ist, solche touringähnlichen Operationen, die an 
einen Mikroprozessor erinnern, auszuführen. Ich hatte ursprünglich 
ausschließlich vor, diskrete Logik darin aufzubauen. Vielleicht als 
kleine Info: Es werden keinerlei externen Taktquellen angeschlossen. 
Aber wenn es ohne Quarz geht, scheint der RAM auf jeden Fall die bessere 
Lösung zu sein!

Autor: Armin (Gast)
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dum?
Datei...

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Hat denn der CPLD wirklich was eiliges (wenige ns) zu machen?

Sonst würde ich das ganze mit nem MC machen statt nem CPLD.

Ein MC hat ADCs zur Unterspannungserkennung, Stromsparmodi bis <1µA und 
sogar nen EEPROM, d.h. es sollte auch ganz ohne Goldcap gehen.


Peter

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