Signalqualität bei Parallelansteuerung mehrer Chips?

[Johannes S. (oberekel)]

Hallo,

ich will mir eine LED-Steuerung aus TI TLC5940-Bausteinen aufbauen. 
Einen habe ich auch schon auf einer Probeplatine hier am laufen, das 
funktioniert soweit wunderbar, und die Ansteuerung auf mehrere davon 
hintereinander zu erweitern sollte dann auch kein Problem mehr sein.

Ich würde dafür jetzt gerne Platinen fertigen lassen und habe dafür zwei 
Entwürfe gemacht (siehe Anhänge). Einmal mit jeweils einem Wannenstecker 
als Ein- und Ausgang und einmal mit nur einer MikroMatch-Buchse, wobei 
jeweils zwischen zwei Modulen dann die Leitungen 1 und 2 im Kabel 
getauscht werden müssen. Wie sieht es bei einer solchen Anordnung wohl 
mit der Signalqualität aus? Ich habe vor bis zu 6 von den Platinen 
hintereinander zu hängen, und somit liegen Clock- und alle anderen 
Signale parallel an den Chips an, die Leitungslänge würde ich mit den 
Flachbandkabeln zwischen den Platinen auf max. 75 cm schätzen. Maximale 
Frequenz ist das Clock-Signal, welches direkt mit 16 MHz aus dem ATMega 
kommt. Beim Flachbandkabel habe ich schon jeweils zwischen zwei Signale 
jeweils eine GND-Leitung gelegt, aber auf der Platine rückt doch alles 
recht eng zusammen. Schafft es der Mikrocontroller wohl direkt ein 
passendes Signal auszugegeben und kommt es wohl auch am letzten Chip 
noch verständlich an?

Die Alternative wäre hier dann das Signal hinter jedem (oder jedem 
x-ten) Chip wieder aufzufrischen, dann natürlich mit Version 1 der 
Platine. Auffrischen müsste ich wohl 6 Kanäle, wäre super, wenn ich 
dafür nur ein IC bräuchte. Habe da an etwas aus der 74HCT-Ecke gedacht, 
aber bis jetzt noch nicht das richtige gefunden, da ich mich mit so 
etwas auch noch nicht so auskenne. Nach was für einem Schlüsselwort muss 
ich da schauen. Super wäre ein Baustein in SO-14, bei dem auf der einen 
Seite alle Eingänge und auf der anderen Seite alle Ausgänge liegen. Bei 
den Chips die ich bis jetzt gefunden habe liegen Ein- und Ausgang 
jeweils nebeneinander, was für die Leiterbahnverlegung sehr ungünstig 
ist.

Ich hoffe, Ihr könnt mir bei dem Problem etwas weiterhelfen. Am liebsten 
wäre mir natürlich wenn es einfach so klappen würde, aber nachher mit 
den schönen Platinen da zu sitzen und dann zu merken dass es so nicht 
geht wäre echt das letzte, da würde ich doch lieber jetzt noch ein wenig 
umbauen.

Vielen Dank schonmal fürs lesen wenn Ihr bis hierher gekommen seid, über 
jegliche Antworten würde ich mich sehr freuen.

[MaWin (Gast)]

Fan-Out von 6 und 75cm sind schaffbar.
Ich würde die Variante mit 2 Pfostenleisten vorziehen.
Allerdings würde ich mehr Leitungen für GND und VCC verwenden,
und frage mich, warum es bei dir so viele Signalleitungen sind.

[Reinhard Kern (Gast)]

Johannes S. schrieb:
> Die Alternative wäre hier dann das Signal hinter jedem (oder jedem
> x-ten) Chip wieder aufzufrischen,

Hallo,

davon würde ich abraten, weil sich mit jedem Zwischenverstärker das 
Timing ändert, bis es irgendwann nicht mehr passt. Besonders gilt das 
für das Clk-Signal. Eher würde ich auf der Zentrale einen ordentlichen 
Treiber vorsehen und alles parallel verkabeln. Bei 75 cm kann man auch 
anfangen, über Abschlusswiderstände nachzudenken.

Gruss Reinhard

[Johannes S. (oberekel)]

@MaWin
Die Anzahl der Signalleitungen ist leider durch den Chip so vorgegeben, 
ich werde ihn wohl auch in Zukunft nicht mehr so häufig nutzen, habe 
hier aber noch welche liegen und will die erstmal verbrauchen. Für die 
Zukunft werde ich dann wohl eher auf den TI TLC5947 umschwenken, da der 
doch einfacher zu handhaben ist.

GND-Leitungen habe ich jetzt 8 Stück, sollte das nicht reichen? 
Maximaler Strom darüber ist 320 mA pro TLC-Chip, in meinem Fall also 
ungefähr 2 A. Der Kabelquerschnitt liegt bei jeweils 0,09 mm², somit 
zusammen für GND 0,72 mm². Sollte für die 2 Ampere Spitze doch gut 
ausreichen. VCC ist nur für die Versorgnung der TLCs gedacht, die 
Spannungsversorgung der LEDs ist seperat. Somit sollten es pro TLC unter 
25 mA sein, insgesamt 150 mA auf 0,09 mm², sollte auch gehen.

Die Variante mit den zwei Pfostenleisten ist sicherlich schöner, aber 
leider auch fast doppelt so groß und damit auch entsprechend teurer. 
Dafür muss man am Kabel rumspielen und hat wirklich schöne Einzelstücke. 
Werde ich mir nochmal überlegen, wobei ich die zwei Widerstände 
inzwischen auch auf SMD umgebaut habe und noch einen Kondensator 
hinzugefügt habe wie in Version2.

@Reinhard Kern
Wenn ich jetzt alle Signale nach jedem Chip verstärken würde, woher käme 
dann ein Timing-Problem? Natürlich hat so ein Verstärker eine gewisse 
Durchlaufzeit, ich würde sie jetzt mal so auf ca. 10 ns schätzen. Aber 
so lange ich alle Signale gleichmäßig verzögere (ich hoffe mal, der 
Verstärker würde für alle Signale auch ähnlich lange brauchen) sollte 
doch wohl kein Problem auftreten. Die Signale kommen am Ende der Kette 
zwar etwas verspätet an, sollten aber doch untereinander noch im Takt 
sein. Und solange ich nur eine Kommunikationsrichtung habe und das 
Signal nicht hinter dem letzten Chip wieder zurückgeführt werden soll 
sehe ich da erstmal keine Probleme.

Ist diese Denkweise so falsch und habe ich etwas dabei übersehen?

[Reinhard Kern (Gast)]

Johannes S. schrieb:
> ... Und solange ich nur eine Kommunikationsrichtung habe und das
> Signal nicht hinter dem letzten Chip wieder zurückgeführt werden soll
> sehe ich da erstmal keine Probleme.

Eben. Aber reinrassig unidirektionale Busse sind eher selten.

> Ist diese Denkweise so falsch und habe ich etwas dabei übersehen?

Nein, ich hoffe jedenfalls nicht. Wenn deine Signalfront sich im 
Unendlichen verliert ohne Rückwirkung auf den Prozessor, hasst du schon 
recht. Aber wenn man später mal eine Änderung durchführt, die eine 
Rückmeldung über den Bus bedingt, steht man im Abseits. Ich weiss nicht, 
ob das bei dir technisch möglich ist.

Ausserdem, wenn man es GANZ genau nimmt: dann addieren sich nicht die 
Laufzeiten, aber deren Unterschiede. Irgendwann gibt es immer einen 
Punkt, an dem eine der Timingbedingungen verletzt wird, er liegt dann 
nur 10 mal so weit entfernt. Um das zu umgehen, müsste man nicht nur 
verstärken, sondern rechtzeitig Takt und Daten resynchronisieren. Aber 
das liegt alles weit jenseits deiner 75 cm.

Gruss Reinhard