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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Einfacher Level Shifter ok so?


Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Hi!

Ich habe folgendes Problem:
Ich moechte einen uC mit einem BT IC ueber UART verbinden. Der uC wird 
mit 5V betrieben, der BT IC mit 3.3V.
Aus diesem Grund habe ich eine Art Poor Man's Pegelwandler gebastelt, 
die jeweils auf das andere Niveau regelt...
Kann mir jemand mal sagen, ob das so klappen sollte oder nen 
Gegenvoschlag machen?
Der Platz auf der Platine ist wirklich sehr begrenzt... Daher bitte 
keine riesige Schaltungen vorschlagen...

Vielen Dank schonmal!

Autor: Falk Brunner (falk)
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Geht so nicht. Wie man es richtig macht siehe Pegelwandler.

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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Also es gibt 2 fälle.

Eingang (5V), Ausgang(3,3V)

-> keine maßnahme nötig, die 3,3V werden auch in einem 5V System als 
high erkannt

Eingang (3,3V), Ausgang(5V)

-> meist reicht ein Widerstand in Reihe, dadurch fliesst dann ein Strom 
über die dioden an den eingängen nach vcc
--> Größe des Widerstandes hängt von den Werten im Datenblatt ab

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Laut uC Datenblatt widr HIGH erst ab 4V erkannt...
Nach von 5V auf 3.3V koennte man einen Widerstand verweden, aber ich 
kann keine Groesse finden, um den passenden Wert des Widerstandes zu 
berechnen, von dem die unnoetige Spannung abfallen soll....

Autor: Michael (Gast)
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Spannungsteiler der Marke 3k3 in Reihe mit 1k8 ist zu schwer? Wow...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Die Spannung am Emitter wird in der obigen Schaltung jeweils um 0,7V 
niedriger sein als die an der Basis. Und das lustigerweise unabhängig 
von der Spannung am Kollektor. Ist das für dich ok?

>> Laut uC Datenblatt widr HIGH erst ab 4V erkannt...
Was ist das für ein uC?

>> ich kann keine Groesse finden, um den passenden Wert des Widerstandes
>> zu berechnen,
Wenn du "nur" einen Serienwiderstand verwendest, dann wird bei 5V die 
Schutzdiode des BT-ICs zu leiten beginnen. Die darf nicht kaputt gehen, 
da würde ich ohne das datenblatt gesehen zu haben mal 5 mA ansetzen. 
Damit muß der Widerstand etwa (5V-3,3V+0,6V)/5mA = 220 Ohm groß sein.

> Spannungsteiler der Marke 3k3 in Reihe mit 1k8 ist zu schwer? Wow...
Evtl. zu hochohmig?

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Das hatte ich Anfangs auch fuer 5V --> 3.3V vorgehabt. Jedoch loest das 
ja nicht das Problem um von 3.3V auf 5V zu kommen.
Irgendwelche Voschlaege dafuer?
Falls mein Schaltungsvorschlag nicht gehen sollte, bitte begruenden und 
nicht nur sagen: "Geht nicht!" ;-)

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Lothar Miller schrieb:
> Die Spannung am Emitter wird in der obigen Schaltung jeweils um 0,7V
> niedriger sein als die an der Basis. Und das lustigerweise unabhängig
> von der Spannung am Kollektor. Ist das für dich ok?
>
Ja, ich weiss, das hier 0,7V wegen der Schwellenspannung verloren gehen. 
Aber das sollte noch tolerierbar sein... Der BT IC erkennt HIGH ab 2V. 
Somit ist 2.6V voellig im Rahmen =).

>>> Laut uC Datenblatt widr HIGH erst ab 4V erkannt...
> Was ist das für ein uC?
>
Der uC ist ein R8C und laut Datenblatt moechte er HIGH mit 0.8*VCC 
sehen...

>>> ich kann keine Groesse finden, um den passenden Wert des Widerstandes
>>> zu berechnen,
> Wenn du "nur" einen Serienwiderstand verwendest, dann wird bei 5V die
> Schutzdiode des BT-ICs zu leiten beginnen. Die darf nicht kaputt gehen,
> da würde ich ohne das datenblatt gesehen zu haben mal 5 mA ansetzen.
> Damit muß der Widerstand etwa (5V-3,3V+0,6V)/5mA = 220 Ohm groß sein.
>
>> Spannungsteiler der Marke 3k3 in Reihe mit 1k8 ist zu schwer? Wow...
> Evtl. zu hochohmig?

Also wenn es tatsaechlich ausreicht nen Spannungsteiler fuer 5V --> 3.3V 
zu nehmen, dann mach ich das lieber... Hab halt keine Erfahrung, wieviel 
der Pin vom BT IC Strom benoetigt. Aber 5mA scheint ja vernuenftig zu 
klingen =)!

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Hab halt keine Erfahrung, wieviel der Pin vom BT IC Strom benoetigt.
Das steht im Datenblatt.
Interessant für die von Michael vorgeschlagene Spannungsteilerlösung 
dürfte die Eingangskapazität und die Baudrate sein.

> Aber 5mA scheint ja vernuenftig zu klingen =)!
Das ist der Strom, bei dem das IC vermutlich noch nicht kaputt geht :-o

> Ja, ich weiss, das hier 0,7V wegen der Schwellenspannung verloren gehen.
> Aber das sollte noch tolerierbar sein...
Genau lesen: 5V - 0,7V sind 4,3V am BT IC-Pin. Kommt der damit zurecht?

> Der uC ist ein R8C und laut Datenblatt moechte er HIGH mit 0.8*VCC
> sehen...
Für 3V nach 5V kommt wohl nur ein TTL- oder HCT-Buffer in Frage. Die 
gibts zur Not auch als Single Gate Bausteine.

Autor: Michael (Gast)
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>> Spannungsteiler der Marke 3k3 in Reihe mit 1k8 ist zu schwer? Wow...
> Evtl. zu hochohmig?

Kann man ja anpassen ;)

>Also wenn es tatsaechlich ausreicht nen Spannungsteiler fuer 5V --> 3.3V
>zu nehmen, dann mach ich das lieber... Hab halt keine Erfahrung, wieviel
>der Pin vom BT IC Strom benoetigt. Aber 5mA scheint ja vernuenftig zu
>klingen =)!

Bei SD-Karten reicht mir das immer und hier gehts auch nur um 
Datenübertragung, oder? Dann könnte es nur geschwindigkeitsmäßig wenns 
in die MHz geht kritisch werden.

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Lothar Miller schrieb:
>> Hab halt keine Erfahrung, wieviel der Pin vom BT IC Strom benoetigt.
> Das steht im Datenblatt.

Also ich hab das Datenblatt vor mir... hab auch schon damals geschaut, 
ob da sowas drin steht... Fehlanzeige. Muss man das in einem gesonderten 
Dokument suchen? Der BT IC ist ein LMX9838 von National Semiconductor.

> Interessant für die von Michael vorgeschlagene Spannungsteilerlösung
> dürfte die Eingangskapazität und die Baudrate sein.
Wuerde mich auch interessieren. Ich weiss aber nicht um welche Baudrate 
es sich hier handelt... Aber je mehr Luft nach oben, umso besser =)!

>> Ja, ich weiss, das hier 0,7V wegen der Schwellenspannung verloren gehen.
>> Aber das sollte noch tolerierbar sein...
> Genau lesen: 5V - 0,7V sind 4,3V am BT IC-Pin. Kommt der damit zurecht?
Hmm... also laut Datenblatt toleriert er VCC+0.2 als absolutes Maximum 
fuer HIGH.  Damit sind 4.3V eindeutig zu viel. Aber koenntest Du 
erklaeren, warum 5V und nicht 3.3V anliegen? Kommt die Spannung von der 
Basis etwa auch durch?

>> Der uC ist ein R8C und laut Datenblatt moechte er HIGH mit 0.8*VCC
>> sehen...
> Für 3V nach 5V kommt wohl nur ein TTL- oder HCT-Buffer in Frage. Die
> gibts zur Not auch als Single Gate Bausteine.
Hab mit sowas noch nicht gearbeitet... Also wie gesagt ist der Platz auf 
der Platine begrenzt. Aber solange es in ein SMD Package mit 8 Pins 
passt, sollte es gerade noch so klappen =)!

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Irgendwie geht der Bearbeiten-Button nicht...

Habe jedenfalls gerade folgenden IC gefunden:
http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX3372E-MAX3393E.pdf

Der wandelt bidirektional die Signalpegel zwischen bspw. 3.3V und 5V. 
Habe ich das richtige verstanden und kann ich diesen IC verwenden? Oder 
habe ich was grundlegendes uebersehen?

Vielen Dank schon mal fuer euren Rat!

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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> Genau lesen: 5V - 0,7V sind 4,3V am BT IC-Pin. Kommt der damit zurecht?

Wenn das nicht gehen sollte, dann klappt folgende Schaltung etwa auch 
nicht? Das zieht den Reset Pin vom BT IC. Ist auch 5V an der Basis und 
soll auf 3.3V schalten...
Hatte das urspruenglich mit nem R in Reihe, aber das war mir zu 
unsicher, weil ich da keine Angabe ueber den Strom finden konnte...

Autor: Michael (Gast)
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>Irgendwie geht der Bearbeiten-Button nicht...
>
>Habe jedenfalls gerade folgenden IC gefunden:
>http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX3372E-MAX3393E.pdf
>
>Der wandelt bidirektional die Signalpegel zwischen bspw. 3.3V und 5V.
>Habe ich das richtige verstanden und kann ich diesen IC verwenden? Oder
>habe ich was grundlegendes uebersehen?
>
>Vielen Dank schon mal fuer euren Rat!

Na wenn deine Datenrate nicht die 8Mbps überschreiten sollte die 
Pegelwandlung von 3V3/5V0 kein Problem darstellen für diesen IC.

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Neee... also 8MBps reichen hinten und vorne!
Also dann waere das ja schon mal geklaert =)!
Jemand ein Kommentar zu dem obigen Problem?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wenn das nicht gehen sollte, dann klappt folgende Schaltung etwa auch
> nicht?
Wenn du hier an der Basis 5V hast, dann hast du am Emitter 4,3V.
Und dabei ist es ganz egal, was am Kollektor angeschlossen ist.
Es wirkt eigentlich nur die BE-Diode.
Die Antwort ist also: Nein, das klappt so nicht.

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Wie kann man das erklaeren? Kann man sich das so vorstellen, dass die 
immer die groesste Spannung genommen wird, aber der Strom kommt 
groesstenteils von dem Kollektor?
Was waere dann eine moegliche Loesung? Ein R in Reihe? Dann habe ich 
wieder das Problem der genauen Dimensionierung...

Autor: Michael (Gast)
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Nehmen wir mal an du schließt die 5V direkt an die Basis an. Dann hast 
du von da aus nach GND die Basis-Emitter-Diode und den Widerstand R27. 
Die Diode ist, wie Lothar schon schrieb, das Problem. Wenn du zwischen 
R27 und Emitter nur 3.3V haben möchtest beleiben für die 
Basis-Emitter-Diode 1.7V. Diodenkennlinien kennst du, oder? Bei 1.7V 
hättest du aber einen wahnwitzigen Strom. Dieser Strom kann aber nicht 
zustande kommen da ja R27 den Strom begrenzt. Also wird sich eine 
geringere Spannung über der Basis-Emitter-Diode einstellen. Dadurch 
steigt dann jedoch das einzig flexible Potential: Das Emitterpotential. 
Besser wäre es hier einen PNP zu nehmen mit passender Ansteuerung.

Autor: Michael (Gast)
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>Wenn du zwischen
>R27 und Emitter nur 3.3V haben möchtest beleiben für die

Oha, das muss natürlich heißen:


Wenn du zwischen
R27 und GND nur 3.3V haben möchtest beleiben für die

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> aber der Strom kommt groesstenteils von dem Kollektor?
Nein, dort kann nichts herkommen, da sind ja nur 3,3V. Der Strom (und 
die Spannung) kommt, wie aus Michaels Beschreibung abzuleiten ist, vom 
5V-uC-Pin.

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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R27 ist laut Spec am Reset Pin vorgeschrieben... Bei 3,3V eben. Deswegen 
braeuchte ich ja noch nen weiteren R, der erstmal das Netz auf 3,3V 
bringt...Wie sollte ich da am besten Vorgehen? Bin grad total 
ueberfragt...
Und wie stellst Du dir das mit dem PNP vor? Waere interessant zu sehen, 
wie diese Loesung aussieht =)!

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> noch nen weiteren R, der erstmal das Netz auf 3,3V bringt
Das ist ja nun nicht so schwer (und wurde auch schon mal angesprochen):
           ___            | BT-IC
  uC -----|___|----o------| Reset
           2k2     |      |
                   -
                  | |
                  | | 4k7
                   -
                   |
                  ---

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Ja genau so hatte ich es auch urspruenglich! Ich frage mich jedoch, ob 
hier auch das Problem besteht, dass der Pin zu wenig/ zu viel Strom 
bekommen kann... Ich finde in dem Datenblatt einfach nichts mit wieviel 
Strom ich den Pin belasten kann...
Ansonsten danke ich schon mal allen, die mir geholfen haben!

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Erdin Sinanovic schrieb:
> dass der Pin zu wenig/ zu viel Strom bekommen kann...
Solange du mit der Spannung am BT-Pin im Bereich um 0..3,3V bleibst, 
mußt du dir (in erster Näherung) keine Gedanken um irgendwelche 
Eingangs-Ströme machen.

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Du hast in deiner Zeichnung 2k2 vorgeschlagen... Wenn ich mich nicht 
verrechnet habe, kommt dann am BT Pin ca. 2,6V raus... Ist es nicht 
besser einen 1k7 zu nehmen? Dann lande ich bei ca. 3,2V...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Das passt doch ganz gut:
(5V/(4,7+2,2))*4,7 = 3,4V

Wie hast du gerechnet?

Autor: Michael (Gast)
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Beim Reset-Pin würde ich im Idealfall eigentlich erwarten, dass da gar 
kein Strom rein oder raus muss (bestenfalls nur um eine Kapazität 
umzuladen). Da ist nur das Potential wichtig, dass man da anlegt. 
Deshalb findest du wahrscheinlich auch nichts über den Strom mit dem 
dieser Pin belastet werden darf.

bzgl. der Widerstände: Wie kommst du auf 2.6V? Meiner einer kommt auf 
3.4V (5V*4k7/6k9). Mit einem 1k7 statt einem 2k2 komm ich auf 3.6V 
(5V*4k7/6k4). Ob das dein IC mag? However, ich glaub du hast dich 
verrechnet ;)

Autor: Erdin Sinanovic (Firma: Bosch Japan Corp.) (erdin)
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Mist! Ich hab die Spannungsteilerregel vergessen ^^...
Ich hab nur die beiden R ins Verhaeltnis gesetzt und dann geschaut was 
bei beiden "abfaellt". Ist natuerlich Murks...
Ok... ich nehm alles zurueck und druecke nochmal die Schulbank =D!
Danke nochmals!

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