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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik V-USB: warum 3,6V Z-Diode?


Autor: Micha (Gast)
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Ich würde gerne V-USB mit einem Tiny84 einsetzen. Aufgrund der 
restlichen Peripherie sollte ich den Tiny (der Einfachheit halber) mit 
5V bzw. VBUS betreiben. Für diesen Zweck wird ja die Schaltung mit den 
beiden 3,6V-Z-Dioden empfohlen.

Allerdings verstehe ich absolut nicht wieso es 3,6V-Typen sein sollen. 
Ich habe das mal mit LTSpice simuliert (5V-Quelle -> 68Ohm -> BZX84C3V6) 
und an der Z-Diode stellt sich eine Spannug von knapp 4,2V ein. Ich 
weiß, dass die Datenleitungen kurzschlussfest sein müssen, aber ist die 
Spannung nicht trotzdem etwas (zu) hoch?

Autor: usb (Gast)
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Die Datenleitungen müssen laut Spezifikation einen Pegel zwischen 2,7V 
und 3,6V haben, deswegen die Z-Dioden.

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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3,3V-Z-Dioden sollten auch funktionieren.

Autor: usb (Gast)
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Ist sogar besser, da die 3,6V ja an der oberen Grenze der Spec sind. Ich 
hab immer 3,3V genommen.

Autor: Markus J. (markusj)
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@USB: Hast du auch in der Dokumentation gelesen, warum die Jungs von 
obdev keine 3,3V-Zener empfehlen?

obdev.at - Wiki, Abschnitt "Hardware Considerations":
> And 3.6 V is better than 3.3 V because 3.3 V diodes yield only ca. 2.7 V
> in conjunction with an 1.5 kΩ (or more exactly 10 kΩ) pull-up resistor.
> With 3.3 V diodes, the device may not be detected reliably.

mfG
Markus

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Diesen Part hatte ich wohl übersehen - danke für den Hinweis.

Ich hatte aber mit 3,3V noch keine Probleme; habe aber auch noch nicht 
so viele VUSB-Geräte gebaut. Muss mal den genauen Pegel mit dem Oszi 
betrachten.
Könnte natürlich auch an der Exemplarsteuung liegen.

Autor: Micha (Gast)
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usb schrieb:
> Die Datenleitungen müssen laut Spezifikation einen Pegel zwischen 2,7V
> und 3,6V haben, deswegen die Z-Dioden.

Das habe ich auch gelesen. Aber wie ich geschrieben habe liegen die 
Pegel mit 3,6V-Z-Dioden über 4,1V. Das kommt, da wegen der nur 68Ohm ein 
recht hoher Strom fließt (~20mA) und die Z-Spannung entsprechend hoch 
ausfällt. Das kann man auch im Datenblatt einer Z-Diode ablesen (wenn 
die Kennlinien enthalten sind), braucht das also nicht einmal 
simulieren.

Diese 4,1V scheinen mir doch recht hoch zu sein - ich weiß nicht ob ich 
das guten Gewissens so bauen oder gar weiterempfehlen könnte...

Autor: Jo (Gast)
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Micha schrieb:
> da wegen der nur 68Ohm ein
> recht hoher Strom fließt (~20mA)

Wirklich? Ich hab mal ins Datenblatt der BZX55er Serie die 
Widerstandsgerade rein und sehe:
Bei den 56Ω, die ich hier z.B. im USB-ASP habe hab ich immer noch unter 
20mA und knapp unter 4V. Ein bisschen dazwischen legen musste ich, da 
3,6V nicht verzeichnet sind.
Außerdem wären die 4,1V nicht als statisch anzusehen, weil noch 
Leitungskapazität und Leitungsinduktivität hinzukommen und der AVR ja 
nicht die ganze Zeit sendet.

Jo

Autor: Micha (Gast)
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Anbei ein Simulationsplot verschiedener Z-Dioden. Selbst mit einer 2V7 
ist die Spannung recht hoch.

Beim Strom habe ich mich aber tatsächlich geirrt: der liegt unter 20mA. 
Die 15k gegen GND im Host und die 1k5 gegen VBUS/3,3V im Device spielen 
übrigens kaum eine Rolle und beeinflussen das Ganze kaum.

Autor: Peter Roth (gelb)
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Da die USB-Spannung recht grob definiert ist (so ungefähr 4,5..5,5V oder 
noch schlimmer) variiert auch der Strom durch die Z-Diode entsprechend.

Ein ATtiny-Port hat selbst etwa 50 Ohm Ausgangswiderstand, der sich zu 
den 68 Ohm addiert. Somit beträgt der Strom durch die Z-Diode zwischen 
10 und 20mA.

Diese niederspannigen Z-Dioden haben einen differenziellen Widerstand 
von etwa 80 Ohm, so dass sich alleine durch die Stromänderung wegen 
Versorgungsspannungstoleranzen die Z-Spannung um 0,8V ändert.

Wenn man dann noch die Grundtoleranz dieser Bauteile von mindestens +/- 
5% und den Temperaturgang dazurechnet, wird man feststellen, dass sich 
diese Schaltung höchstens zum Basteln eignet, weil sie nicht 
betriebssicher ist.

Also empfiehlt es sich, die 5VCC für den Controller auf 3,3V 
herunterzuregeln.

@ Markus J. (markusj)
Der Argumentation von obdev.at kann ich nicht folgen. Natürlich haben 
gerade niederspannige Z-Dioden bei wenig Strom zu kleine Werte, aber 
warum werden nur 1,5kOhm angesetzt? Der Z-Strom ergibt sich doch aus den 
68 Ohm. Es sei denn, der USB-Host liefert nur über 1,5kOhm, was die 
Verwendung von Z-Dioden noch schwieriger machen würde.

Grüße, Peter

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