Spannungsteiler bei Schaltungen mit 3.3V-Gerät und z.B. AVR (5V) schlecht?

Der Haken ist, dass du nicht nur Widerstände hast. Allein durch den 
realen Schaltungsaufbau hast du auch noch versteckte Induktivitäten und 
Kapazitäten in deiner Schaltung. Im Gleichstromfall (also wenn sich 
nichts zeitlich ändert) spielen diese keine Rolle, aber sobald sich 
etwas tut, stimmt die Spannungsteilerformel nicht mehr.

Das als sehr verkürzte Erklärung.

Klingt logisch ^^
Ab welchen Frequenzen spielt das dann ne Rolle?

Bei Pegelwechsel der Signalleitungen müssen immer Kapazitäten umgeladen 
werden. Je schneller dies erfolgen muss, umso höher die notwendigen 
Ströme. Mit Widerständen in der Leitung bekommst du verschliffene 
Signalflanken bis eben irgendwann keine sauberen Logikpegel mehr 
erreicht werden.
Wo die Grenzen liegen, kannst du mit den Datenblattangaben recht gut 
abschätzen (Eingangskapazitäten, max. Treiberstärke, minimale 
Anstiegszeiten, Thresholdspannungen,...)

Passende Levelshifter oder gleiche IO-Spannung der beteiligten 
Baugruppen können dir das Leben auf jeden Fall erleichtern. Man kommt 
aber auch mit simplen Logikgattern und Spannungsteilern recht weit...

5V war gestern. Anstatt da etwas ran zu fummeln, sollte man was 
zeitgemäßes nehmen: einen 3.3V µC oder besser noch 1.8V.

... schrieb:
> Wo die Grenzen liegen, kannst du mit den Datenblattangaben recht gut
> abschätzen (Eingangskapazitäten, max. Treiberstärke, minimale
> Anstiegszeiten, Thresholdspannungen,...)

Und wie muss ich das dann rechnen? Kannst du ein Beispiel machen, dann 
wärs mir sicher sofort klar?


nur mal so schrieb:
> 5V war gestern. Anstatt da etwas ran zu fummeln, sollte man was
> zeitgemäßes nehmen: einen 3.3V µC oder besser noch 1.8V.

5V und 3.3V waren ja nur Beispiele :)

Fchk schrieb:
> Allein durch den
> realen Schaltungsaufbau hast du auch noch versteckte Induktivitäten und
> Kapazitäten in deiner Schaltung.

Also ich habe Spannungteiler mit bedrahteten 1/4W Widerständen auf 30 
MHz in SPI laufen. Kein Anzeichen von Problemen.

Jonathan K. schrieb:
> 5V und 3.3V waren ja nur Beispiele :)

Schon klar, aber so ein Problem stellt sich heutzutage eigentlich nicht. 
;->>>

nur mal so schrieb:
> Jonathan K. schrieb:
>> 5V und 3.3V waren ja nur Beispiele :)
>
> Schon klar, aber so ein Problem stellt sich heutzutage eigentlich nicht.
> ;->>>

Hmm wenn ich nen AVR mit z.b. 20MHz betreiben will/muss schon. Aber das 
hat mit dem Thema jetzt nicht mehr so viel zu tun ;)

Da bleibt jetzt nur noch die Frage wegen dem Berechnen.. 30Mhz scheint 
ja schonmal nicht unmöglich.

Jonathan K. schrieb:
> Hmm wenn ich nen AVR mit z.b. 20MHz betreiben will/muss schon.

Es muss ja kein AVR sein. ;->>>

nur mal so schrieb:
> Jonathan K. schrieb:
> Hmm wenn ich nen AVR mit z.b. 20MHz betreiben will/muss schon.
>
> Es muss ja kein AVR sein. ;->>>
¡Full ACK!

1

                            D

2

                       +---|>|---o +3,3V   

3

                2,2k   |

4

5V Ausgang o---[===]---+-------o 3,3V Eingang

5

                       |

6

                      === C

7

                       |

8

                      GND

Ich benutze öfters diese Schaltung. Wenn der Ausgang auf High geht, 
begrenzt die (Shottky) Diode die Spannung auf knapp über 3,3V.

Achtung: Dabei fließt ein Strom von etwas weniger als 1mA durch die 
Diode in die 3,3V Spannungsversorgung. Die Stromaufnahme der 3,3V Seite 
mus höher sein, sonst erhöht sich wegen diesem Strom die 
Spannungsversorgung auf mehr als 3,3V. Man kann sie notfalls mit einer 
Zenerdiode auf z.B. 3,6V begrenzen begrenzen.

Die Diode D ist in den allermeisten Fällen bereits im IC auf rechten 
Seite enthalten.

Der Kondensator C ist immer im IC auf der rechten Seite enthalten. 
Seinen Wert findest du im Datenblatt in der Regel unter "Input 
capacitance". Bei den meisten CMOS IC's (CD40xxB, 74HCxx, 74HCTxx, AVR 
Mikrocontroller) sind es 5-10pF.

Der 2,2k Ohm Widerstand bildet zusammen mit dem Kondensator einen 
Spannungsteiler, der die Signalflanken abflacht. Wenige IC's brauchen 
eine gewisse Steilheit bei Taktsignalen, um korrekt zu funktionieren. Da 
musst du ins Datenblatt schauen und ausrechnen, wie groß der Widerstand 
maximal sein darf, um die Bedingung einzuhalten. Beim System-Takt 
Eingang des ATTiny13A soll die "Rise Time" und "Fall Time" unter 0,5µS 
sein.

Falls das IC keine konkrete Anforderung an die Steilheit der Flanken 
stellt, kommt es auf die Frequenz an. He höher die Frequenz, umso 
geringer ist der Widerstand des Kondensator, umso geringer ist dann auch 
die Spannung des Signal. Wenn sie zu gering ist, wird der High Pegel 
nicht mehr als solcher erkannt.

Je kleiner der Widerstand ist, umso besser für die Signale, aber du 
kannst ihn nicht beliebig klein machen, weil dann der Strom (für den 
treibenden IC oder die Diode) zu hoch wird. Die Internen Dioden sollte 
man mit maximal 1mA belasten bei mehr Strom können Fehlfunktionen 
auftreten.

Rc = 1/(2*pi*F*C)

Ein Eingang mit 10pF hat bei 1Mhz etwa 15k Ohm - geht also.

Man sollte dazu noch bedenken, dass außerdem jeder Ausgang eine gewisse 
nicht ideale Flankensteilheit hat, und jede Leitung hat eine gewisse 
Kapazität. Dadurch kann die kritische Frequenz je nach Schaltung 
durchaus weit unter 10Mhz liegen.

Bei 2,2k Ohm funktioniert es bis 100kHz mit hoher Warscheinlichkeit. Bei 
höheren Frequenzen sollte man genau nachrechnen (oder simulieren).

Stefan Us schrieb:
> He höher die Frequenz, umso
> geringer ist der Widerstand des Kondensator, umso geringer ist dann auch
> die Spannung des Signal. Wenn sie zu gering ist, wird der High Pegel
> nicht mehr als solcher erkannt.

Und warum baut man dann überhaupt nen Kondensator dort ein?

>> Der Kondensator C ist immer im IC auf der rechten Seite enthalten.

> Und warum baut man dann überhaupt nen Kondensator dort ein?


Den baut niemand freiwillig ein. Jede Leitungs und jedes Bauteil enthält 
parasitäre Kapazitäten. Die würde man gerne wegoptimieren - aber man 
kann nicht alles haben. Die Welt ist nicht ideal.

Wobei ein Chip ohne parasitäre Kapazitäten ganz andere neue Probleme 
hätte.