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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verringerter Stromverbrauch durch einfaches 1zu1 Kabel?


Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo zusammen,

ich habe gerade ein komisches Phänomen beobachtet und bin etwas sehr 
ratlos.

Ich habe mehrere Boards in Stabelbauweise mittels Samtec 
High-Speed-Steckern vom Typ QSH/QTH aufgebaut.
http://www.samtec.com/ProductInformation/Technical...

Nun musste ich zu Inbetriebnahmezwecken einen dieser Steckverbinder mit 
einem Kabel überbrücken. Samtec bietet dazu passende Verbindungskabel 
an. Es ist nun keine direkte Verbindung mehr von aufgelöteten 
Board-to-Board Steckverbindern, sondern es hängt nun das passende Kabel 
dazwischen... es bleibt weiterhin eine simple 1-zu-1 Verdrahtung.

Alles funktioniert wie vorher, was ein Zeichen dafür ist, dass alle 
Signale fehlerfrei übertragen werden. Nur ist der Stromverbrauch mit 
Kabel um 100mA gesunken. Ohne Kabel sind es 1,19A, mit Kabel sind es 
1,09A bei 12V Eingangsspannung. Gemessen wird der Gesamtstrom.

Über das Kabel/die Steckverbinder werden ein paar hochfrequente Signale 
(40MHz) und ein paar weniger hochfrequente Signale (um die 30kHz) 
übertragen. Dazu gesellen sich +15V (um die 300mA) und -15V (um die 
100mA) und natürlich Masse, die auf alle unbelegten Pins gelegt wurde. 
Zusaätzlich haben die Steckverbinder ja noch die großflächige Masse im 
Mittelsteg. Der restliche Strom verteilt sich auf die testlichen Boards.

Also elektrisch gesehen ist nachweislich alles beim Alten geblieben, 
alle Signale kommen durch und alles funktioniert. Nur die Stromaufnahme 
ist gesunken.
Lasse ich das Kabel => 1,19A
Stecke ich das Kabel dazwischen => 1,09A

Hat jemand eine logische Erklärung dafür, wo die 100mA gebraucht werden 
bzw. wo sie hinfließen?
Ein Auftrennen des Kabels um herauszufinden, wo mehr Strom fließt, 
möchte ich mir ersparen.

Vielen Dank!
Andi

Autor: sven (Gast)
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Evtl. höhere Übergangswiderstände an den Kabelkontakten ? Hast Du die 
Spannungen an dem Board genau nachgemessen ?

Autor: Michael (Gast)
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Wie oft hast Du das denn reproduziert?

Autor: Hannes (Gast)
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vielleicht drosseln die am kabel angeschossenen Chips automatisch ihre 
übertragungsrate, da das kabel sonst Fehler "produziert". Mit weniger 
Übertragungsrate würde dann auch der Stromverbrauch sinken.

Oder aber das kabel hat einen so hohen wiederstand, dass die "hinter" 
dem Kabel sitzenden Chips weniger Spannung abbekommen und damit auch 
weniger verluste produzieren.

Oder aber du hast irgendwo einen Fehler gemacht und
a) dich vermessen.
b) kurzschlüsse über ICs deren Ausgänge kurzschlusssicher sind. Über das 
Kabel (widerstand) könnten diese Verluste auch abnehmen.

Autor: Andreas B. (loopy83)
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> Evtl. höhere Übergangswiderstände an den Kabelkontakten ? Hast Du die
> Spannungen an dem Board genau nachgemessen ?
Die Spannungen auf dem Board, zu dem das Kabel geht, habe ich noch nicht 
exakt nachgemessen, denn alle Baugruppen und ICs funktionieren weiterhin 
tadellos.

> Wie oft hast Du das denn reproduziert?
Reproduzierbar war es bisher 4-5mal... mehr habe ich dann nicht 
getestet. Habe auch alle Kontakte nochmal sauber gemacht, aber gleiches 
Ergebnis.


> vielleicht drosseln die am kabel angeschossenen Chips automatisch ihre
> übertragungsrate, da das kabel sonst Fehler "produziert".
Die Übertragungsrate ist weiterhin konstant.


> Oder aber das kabel hat einen so hohen wiederstand, dass die "hinter"
> dem Kabel sitzenden Chips weniger Spannung abbekommen und damit auch
> weniger verluste produzieren.
Das wäre wahrlich auch meine bisherig sinnvollste Erklärung. Das 
bedeutet ja dann, dass ich die Spannungen auch ohne Kabel auf das Niveau 
"mit-Kabel" absenken kann und damit Strom und Wärme spare.

> Oder aber du hast irgendwo einen Fehler gemacht und
> a) dich vermessen.
> b) kurzschlüsse über ICs deren Ausgänge kurzschlusssicher sind. Über das
> Kabel (widerstand) könnten diese Verluste auch abnehmen.
Vermessen fällt aus. 1,xxA mit einem Multimeter messen und die Werte mit 
denen am Labornetzteil vergleichen... mehr ist es ja nicht. Eine 
Strommessung am Kabel direkt ist nicht möglich.
Die Kurzschlussgeschichte kann ich auch nahezu ausschließen. Denn alle 
Signale und Takte die übertragen werden, haben eine Funktion. Würde es 
einen Kurzen geben, wäre ja die Funktion nicht gegeben.

Ich hatte noch an irgendwelche Masseprobleme gedacht, wo vielleicht 
Ausgleichsströme fließen, die dann durch das Kabel begrenzt werden. Nur 
wie kann ich diese Möglichkeit ausschließen?

Ich werde nun also mal die Spannungen und Pegel nachmessen... irgendwo 
muss sich ja eine Spannung auf dem Board verringert haben, sonst würde 
ja kein kleinerer Strom fließen.

Vielen Dank!
Andi

Autor: Jens G. (jensig)
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Da Du ja offensichtlich alles mit 12V speist, aber intern scheinbar 
+/-15V hast, nehme ich mal an, daß Du Schaltregler "on Board" hast, die 
die 15V erzeugen. Dann liegts vermutlich an unterschiedlichen 
Übergangswiderständen bei den Steckern/Kabeln. Zumindest bei 
variierenden Übergangswiderständen auf der 12V-Speiseleitung kann es 
dann dazu kommen, daß der Eingangsstrom steigt/sinkt, wenn die 
Übergangswiderstände höher/niedriger sind, weil dann der Schaltregler 
weniger/mehr Spannung am Eingang sieht (um am Ausgang gleichbleibende 
Leistung zu liefern, muß der Regler die variierende Eingangsspannung mit 
entsprechend angepaßtem Strom kompensieren, um dieselbe Leistung liefern 
zu können).
Wäre zumindest mal so eine Idee von mir.

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo und Danke!

Ich habe gerade die Pegel und Potentiale geprüft und habe keine Änderung 
feststellen können.
+-15V sind auf das 10tel Volt identisch und auch die Pegel der Signale 
sind gleich.

Den einzigen Unterschied, den ich ausmachen konnte, war eine Differenz 
bei einem 40MHz Signal, das normalerweise Pegel von 0,88V und -5V hat. 
Mit Kabel arbeitet es bei 0,82V und -4,8V. Die Pegel sind also etwas 
verringert. Ob nun ein Potentialunterschied von 0,2V eine Stromaufnahme 
von 100mA rechtfertigt, kann ich nur abschätzen. Fakt ist, dass der 
Pegel von -5V auch aus der -15V gewonnen wird mittels 
OPV-Spannungsfolger. Die -15V sind aber wie gesagt identisch.

Leider kann ich die Spannung nicht mehr händisch anpassen und mal auf 
-4,8V erhöhen, weil der Spannungsteiler verdeckt und nicht mehr 
zugänglich ist. Damit könnte ich sehen, ob die Differenz diesen 
Unterschied in der Stromaufnahme erklärt.

Die angehängte Schaltung erzeugt die -5V.... die Punkte, zu denen ich 
noch Zugang habe, habe ich markiert. Ich sehe aber keine Möglichkeit, 
den Pegel auf -4,8V anzuheben. Hat da jemand noch eine Idee?
Vielleicht von Pin7 des OPV ein Poti gegen Masse, oder überlastet das 
den Ausgang?

Vielen Dank!
Andi

Autor: Hannes (Gast)
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Am OP-Ausgang brauchst du nicht drehen, da arbeitet der OP dagegenen. 
Aber vielleicht hast du die möglichkeit die Leitung negativen Eingang zu 
manimulieren. Ein Spannungsteiler ( -5V -> OPV-Pin6 -> -15V ) würde dem 
OPV einen niedrigere Ausgangsspannung vorgaukeln, wodurch er sich auf 
eine höhere Tatsächlich-Ausgangsspannung einregelt.

Der Spannuingsteiler sollte nur nicht aus zu kleinen widerständen 
bestehen, da ich keine Grundlast erkennen kann und dadurch die Spannung 
vom Spannungsteieler auf unter -5V gezogen werden könnte. Ein kleiner 
Widerstand richtung GND, der den Strom des Spannungsteilers oder auch 
ein wenig mehr leifert könnte das Problem aber wider beheben.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Hallo Andreas,

> Den einzigen Unterschied, den ich ausmachen konnte, war eine Differenz
> bei einem 40MHz Signal,

Genau da liegt moeglicherweise das Problem.
Du hast uns verschwiegen, wie LANGE denn die 1:1-Verlaengerung ist.

Und ich mache mir auch keine Vorstellung, wie die aussieht (Flachkabel, 
abgeschirmt oder nicht.....)
Die 40MHz sind schon recht unschoen uber ein 1m langes Flachkabel zu 
schicken.
Das kann Fehlanpassung oder Reflexionen verursachen, die in den 
Treiberstufen eine andere Stromaufnahme bedingen.

Gruss

Michael

Autor: Franz (Gast)
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Ich würde mal behaupten, daß du mit deiner Strommessung nur sehr 
begrenzt die realen Verhältniise messen kannst.
An einer digitalen oder HF-Schaltung ist der Strom auf der 
Versorgungsseite immer mit Oberwellen oder Lastwechseln beaufschlagt, 
und die wird dein Messgerät nicht so schnell reproduzieren können, 
sobald jedoch eine Induktivität, also eine Verlängerung in Form eines 
Kabels /Leiters dazwischen hängt, wirkt sich die natürlich auch aus.

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo zusammen,

Hannes schrieb:
> Aber vielleicht hast du die möglichkeit die Leitung negativen Eingang zu
> manimulieren.
Habe ich leider nicht, weil der OPV mit dem Spannungsteiler leider so 
verbaut ist, dass ich keine Möglichkeit habe, am Eingang des OPV zu 
manipulieren. Das wäre dann natürlich die einfachste Möglichkeit...

Michael Roek-ramirez schrieb:
> Du hast uns verschwiegen, wie LANGE denn die 1:1-Verlaengerung ist.
Das Verlängerungskabel ist ca. 15cm lang. Es geht also keinesfalls in 
den Meterbereich :)
Das Kabel ist 60polig und ungeschirmt (siehe Anhang).

Franz schrieb:
> Ich würde mal behaupten, daß du mit deiner Strommessung nur sehr
> begrenzt die realen Verhältniise messen kannst.
Ich habe 12V Eingangsspannung und die speisen, wie oben schon bemerkt, 
ein paar Schaltregler. Der HF Teil und die ganze Geschichte sitzt ein 
Stück weit weg. Wenn ich also die Stromaufnahme von Schaltreglern nicht 
richtig messen kann, kann ich wohl nix messen. Das die gemessene 
Stromaufnahme nun dem exakten physikalischen Stromfluss entspricht, wage 
ich auch zu bezweifeln. Aber eine ziemlich genaue Tendenz sollte 
hinreichend genau in diesem Fall sein :)

Vielen Dank!

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Anhang

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Tja, jetzt sollten wir noch erfahren, wo und wie die 40MHz herkommen und 
wo (und wie) sie hingehen (SCHALTPLAN!)

Gruss

Michael

Autor: Franz (Gast)
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Andreas , steck noch so ein paar von den Spezialkabeln dazwischen und 
irgendwann bekommst du vllt. noch was an Strom zurück?

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