Hallo Leute, um Mikrocontroller richtig und sicher zu beschalten, ist mir aufgefallen, dass eine Menge an Kondensatoren eingesetzt wird. Diese dienen der Stabilisierung, dem Schutz und EMV. Wo Dioden eingesetzt werden usw, dass kann ich mir klar machen und das verstehe ich auch. Ich verstehe auch, dass man Kondensatoren benötigt. Aber ich weis nicht wie man diese dimensioniert und an welchen Stellen diese in einer Schaltung gehören. Gibt es dafür Tutorials oder gute Bücher, in denen man solche Dinge nachlesen kann?
Hallo, http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial Diese Forum reagiert äußerst gereizt auf nicht Googler! Gruß Arnold
Ich habe schon sehr oft gegooglet nach diesem Thema. Ich habe auch einige Schaltungen gefunden. Was ich suche, ist aber ein Buch oder ein Tutorial, in dem ich nachlesen oder nachvollziehen kann, wann und wo Störungen auftreten können/dürfen und wie ich diese durch Kondensatoren, Spulen, Dioden oder Widerstände beseitige.
> Gibt es dafür Tutorials oder gute Bücher, in denen man solche Dinge > nachlesen kann? Das meiste steht versteckt hier und da verteilt in Applikationen. Ansonsten gibt es ein ganz lustiges und interessantes Buch von Robert A. Pierce (oder so aehnlich) dem Zar von Linear. Vielleicht kennt einer den Titel? Olaf
Funktion http://www.seattlerobotics.org/encoder/jun97/basics.html http://www.eetimes.com/design/analog-design/4009954/Choosing-and-Using-Bypass-Capacitors-Part-1-of-3- Technische Ausführung beim Routen http://www.cvel.clemson.edu/emc/tutorials/Decoupling_index.html http://www.interfacebus.com/Design_Capacitors.html
Aus MaWins Beitrag die Links zu den PDFs Cypress: Using Decoupling Capacitors (AN1032) http://www.cypress.com/?docID=24577 Analog: An IC Amplifier User’s Guide to Decoupling, Grounding, and Making Things Go Right for a Change (AN-202) http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/135208865AN-202.pdf
die Abblockkondensatoren meist 100nF Kerkos siehe Datenblatt eines IC gehören möglichst nah an das IC und dient dazu plötzliche Belastungen durch das Bauteil nicht die Versorgungsleitung als Störantenne wirken zu lassen. Übertriebenes Beispiel: Du hast 2 Drähte 0,1mm Durchmesser und 5 Meter Länge klemmst einen an 12V und den anderen an Masse und misst an den anderen Ende die Spannung zw. beiden Drähten, dort liegen 12V an, nun klemmst du einen 12V Lampe mit 20 Watt dran und denkst das müsste gleich leuchten, leuchtet aber nicht dein Multimeter zeigt jetzt auch 0V an. Das gleiche passiert bei einem µC der zieht die Spannung aber nicht voll in den Keller sondern es kommt zu kurzen Schwankungen auf der Versorgungsleitung wodurch diese wie eine Antenne Störungen abstrahlt. Wenn ein Abblockkondensator direkt am µC angeklemmt ist kann dieser diesen kurzen Strombedarf abblocken und auf der Versorgungsleitung kommt es zu keinen Schwankungen, dadruch wird die Störabstrahlung vermieden. Die Leitungsstärke, meist 35µm x wenige 10tel mm ist hier das übel, diese könnte man möglichst stark/kurz zu dimensionieren um den Spannungsabfall zu verhindern oder man versucht diese kurzzeitigen Belastungen mittels Kondensator abzublocken.
ok. Danke für die Erklärung. So schwer ist das eigentlich gar nicht :)
Wenn ich das richtig verstanden habe, kommen die Kondensatoren nur am Eingang oder? Am Ausgang ist es doch weniger wichtig einen minimalen Störimpuls zu haben oder? Und wann verwende ich Spulen?
Cp A. schrieb: > Wenn ich das richtig verstanden habe, kommen die Kondensatoren nur am > Eingang oder? Die Kondensatoren um die es hier geht, die Blockkondensatoren, kommen in erster Linie an die Versorgungsspannungsanschlüsse. Ein µC kann auch dann erhebliche Ströme kurzzeitig ziehen, wenn sich weder Eingangs- noch Ausgnagspins verändern. Sondern die internen Schaltvorgänge verursachen das. Dazu kommt, dass mehr oder weniger alle IC genau 2 Leitungen immer gemeinsam haben: Masse und Versorgungsspannung. Erzeugt ein IC Spikes auf der Vcc Leitung, kriegen das alle anderen IC mit und reagieren unvorhersehbar auf kurze Einbrüche.
Genau genommen hast du schon überall Spulen. Nämlich die Leiterbahnen selber. Ich kenne Leute, die würden liebend gerne in jeden Spannungsversorgungszweig zur CPU eine Spule einbauen. Das ist allerdings nur begrenzt sinnvoll. Denn zum einen hast du normalerweise irgendwo in deiner Schaltung eine geregelte Spannungsquelle (davor wäre eventuell eine Spule sinnvoll) und zum anderen haben Spulen zwei weitere große Probleme. Sie sind Antennen und, was viel schwerwiegender ist, sie kosten viel Geld. In meiner Firma (Automobilzulieferer für Elektronikmodule) verwenden wir so gut wie nie Spulen. Aus den genannten Gründen. Lieber ein oder zwei Kondensatoren mehr, als eine Spule. Nen weiterer Grund gegen Spulen könnte auch sein, dass sie recht empfindlich sind. Und bei einer gewissen Stromstärke recht große mechanische Dimensionen annehmen.
diese Abblockkondensatoren kommen an an die Pins der Stromversorgung des IC's z.B. zw. VCC und GND oder zw. AVCC und GND und was es noch so gibt, wenn z.B. mehrere Pins gleichzeitig etwas schalten wird diese kurzfristige Stromspitze aus dem Kondensator genommen. Wenn du einen Kondensator an einen Ausgang hängst belastest du den Ausgang zusätzlich da dieser immer die Kapazität umladen muss dadruch kann man aber die Flanken des Signals abschwächen und auch weniger Störungen produzieren.
Ok das mit den Spulen fällt also in der Regel weg. Und die Blockkondensatoren nnur an die Spannungsversorgung der jeweiligen IC´s? Aber was ist mit den Status Eingängen eines Mikrocontrollers oder Reseteingang? Da können doch auch Störungen auftreten?
Cp A. schrieb: > Ok das mit den Spulen fällt also in der Regel weg. Und die > Blockkondensatoren nnur an die Spannungsversorgung der jeweiligen IC´s? > Aber was ist mit den Status Eingängen eines Mikrocontrollers oder > Reseteingang? Da können doch auch Störungen auftreten? Die werden vorzugsweise mittels Programm ausgefiltert, wenn das tatsächlich ein Problem sein sollte. Ausnahme: Wenn die Störungen Spannungsmässig in Bereiche kommen, die gefährlich werden, wie es zb in KFZ möglich sind. Aber im Regelfall hat man da kaum oder keine Störungen. Die Verbindungen auf einer Platine sind zu kurz als das da nennenswert Energie über "Leiterbahnantennen" eingekoppelt werden würde. Kondensatoren schaden da eher als sie nützen, weil sie die Flanken verschleifen.
Auf Leitungen, die der Kommunikation, in welcher Hinsicht auch immer, dienen solltest du nur in Ausnahmefällen Kondensatoren einsetzen. Denn, diese Kondensatoren müssen vom Ausgang, der an dieser Leitung sitzt, umgeladen werden. Das kann im schlimmsten Fall zur Zerstörung des Ausgangs führen. Führt aber in jedem Fall dazu, dass schnelle Signale nicht mehr unbedingt richtig erkannt werden und zu erhöhtem Stromverbrauch. Wo Kondensatoren sinnvoll sein können ist an Leitungen die "nach draußen" gehen. Dann aber bitte viel Hirnschmalz in die Dimensionierung stecken und Datenblätter wälzen. Und, zur Not, einfach hier für den Einzelfall nochmal Fragen. Ich denke eine generelle Aussage dazu wirst du sowieso nicht bekommen. Und wenn du sie bekommst, solltest du sie mit Vorsicht genießen. Also merke: An Betriebsspannungspins immer kleine (100nF) Abblockkondensatoren. An Signalen nur in speziellen Fällen.
Naja die Statussignale oder ähnliches, kommen ja aus bereits geschützten IC´s/Bauteile. Also sind die in der Regel nicht gefährlich für den Eingang. Vielleicht ein Strombegrenzungswiderstand dazwischen.
Aber auch da nur vielleicht. Wie immer gilt es, in der jeweiligen Situation zwischen Nutzen (Schutz des Bauteils) und Kosten (Geld, Platz auf der Platine, Zeit für die Layoutarbeiten...) abzuwägen.
Ok Super, dann wäre das auch geklärt. Wenn wir schon dabei sind, wann setze ich, außer evt. für den Verpolschutz oder Überspannungsschutz Dioden ein?
Cp A. schrieb: > Naja die Statussignale oder ähnliches, kommen ja aus bereits geschützten > IC´s/Bauteile. Also sind die in der Regel nicht gefährlich für den > Eingang. Vielleicht ein Strombegrenzungswiderstand dazwischen. Auch das nicht. Das schöne an der Digitaltechnik (bis zu einem gewissen Frequenzbereich) ist: solange die Spannungspegel der Komponenten zusammenpassen, muss man sich keine allzugroße Gedanken machen, wenn man einen Ausgang mit einem Eingang verbindet. Interessant sind Open-Collector Ausgänge bzw. wenn an einen Ausgang viele Eingänge angeschlossen werden müssen und die Eingänge zusammen dann mehr Strom ziehen als der Ausgang liefern kann. Aber das hat erst mal alles nichts mit Störungen zu tun sondern ist normale Schaltungstechnik.
Cp A. schrieb: > Ok Super, dann wäre das auch geklärt. > > Wenn wir schon dabei sind, wann setze ich, außer evt. für den > Verpolschutz oder Überspannungsschutz Dioden ein? Wann immer du so was wie 'ein Ventil' brauchst, das nur in einer Richtung passierbar ist. Stell dir folgende Situation mit Wasserschläuchen vor ------------------------+ A | --------------------+ | | | | +---------------------- | C | +---------------------- | | --------------------+ | B | ------------------------+ Die Idee ist: Wenn man am Eingang A Wasser reinschüttet, kommt bei C Wasser raus Wenn man am Eingang B Wasser reinschüttet, kommt bei C Wasser raus Bei C kommt als Wasser raus, wenn entweder an A ODER an B Wasser reingeschüttet wird. Aber: Egal ob du an A oder an B Wasser reinschüttest, beim jeweils anderen Ausgang wird auch Wasser rauskommen. Was du brauchst ist also ein Ventil in jedem Zweig, das genau das verhindert: ------------------------+ A > | --------------------+ | | | | +---------------------- | C | +---------------------- | | --------------------+ | B > | ------------------------+ Jedes Ventil ist so eingebaut, dass es immer nur in Pfeilrichtung Wasser fliessen lässt. Damit verhindert man die Sauerei. Genau das gleiche in der Elektronik Das hier A ----------------+ | +---------------- C | B ----------------+ geht schief Das hier, mit Dioden |\| A ------| |-------+ |/| | +---------- C |\| | B ------| |-------+ |/| geht gut und ist eine Oder-Schaltung.
das ist der typische Verpolschutz, die Lampe leuchtet nur wenn du richtig rum polst ansonsten sperrt die Diode. Rechts davon ein typischer Überspannungsschutz eines Portpins, angenommen VCC betragt 5 V und rechts legt man 5V an und erhöht diese langsam ab ca. 5,6V wird die Diode leitend und am Widerstand fällt die Spannung ab, kann also nicht höher als 5,6V steigen. Die AVRs haben solche Dioden integriert man muss nur einen Begrenzungswiderstand vorschalten um die Dioden zu schützen. Vielleicht kann jemand die untere Diode erklären wann kommt diese zum Einsatz.
Wenn negative Spannungen auftreten. Dann wird die untere Diode leitend und schützt somit den Eingang.
Thomas O. schrieb: > Vielleicht kann jemand die untere Diode erklären wann kommt diese zum > Einsatz. Es gibt auch negative Spannungen. Ansonsten alles gleich wie im 'oberen' Fall.
könntest du das etwas genauer erklären. Ich stelle mir das so vor wenn das GND Potential ansteigen z.B. 12V durch Verpolung, fließt der Strom durch beide Diode gegen VCC und die Dioden wirds dann killen weil kein kein Begrenzungswiderstand drin ist. Wenn das Potential von GND also z.B. -12V was passiert dann?
Thomas O. schrieb: > könntest du das etwas genauer erklären. > > Ich stelle mir das so vor wenn das GND Potential ansteigen z.B. 12V > durch Verpolung, muss gar keine Verpolung sein. > fließt der Strom durch beide Diode gegen VCC wieso beide? Beide können nicht gleichzeitig leitend sein > und die > Dioden wirds dann killen weil kein kein Begrenzungswiderstand drin ist. > > Wenn das Potential von GND also z.B. -12V was passiert dann? Es geht nicht um das GND Potential. Das ist dein Bezug. Es geht um die Spannung am Eingang in Bezug auf dieses Bezugspotential Dann begrenzt die Diode die Spannung auf -Diodenspannung, analog wie es auch im positiven Fall der Fall (Vcc + Diodenspannung) ist. Eine Diode wird dann leitend wenn die Anode (also der Anschluss ohne den Strich) positiver wird als die Kathode. Und dann rinnt halt Strom von GND zu dieser negativen Spannung (aus dem Eingang heraus). Wenn du so willst: GND versucht dann das negative Eingansgpotential aufzufüllen, damit es bis auf GND-Diodenspannung angehoben wird.
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