Schutzbeschaltung Analog-Eingänge / Durchsicht Schaltplan

[Sven L. (svenl)]

Hallo zusammen,

ich arbeite schon etwas länger an einer 100 W HF-PA für die 
Amateurfunkbänder 160m (1,8 MHz) bis 6m (52 MHz). Das ganze soll 
natürlich auch mit etwas Komfort zu bedienen sein und eigensicher 
funktionieren, weswegen sich eine dedizierte Steuerung anbietet.

Problematisch empfinde ich noch die Schutzbeschaltung der analogen 
Eingänge, mit denen ich mehrere Betriebsparameter erfasse:

- Spannung Netzteil
- Kollektorstrom PA
- Temperatur PA (LM35)
- Temperatur Netzteil (LM35)
- Vorlaufende Leistung (Diodendetektor)
- Rücklaufende Leistung (Diodendetektor)
- Bandspannung von extern (ADC_EXT)

Die Parameter werden zyklisch gemessen und auf einem 40x2 HD44780-LCD 
visualisiert. Ein paar Knöpfe und Schalter sind natürlich auch noch an 
der Kiste. :)

Zusätzlich kommen von außerhalb des Gerätes ein Signal (PTT_IN), 
typischerweise ein OpenCollector, welches nach Freigabe weitergegeben 
wird (PTT_OUT). VOX_IN kommt aus einem anderen Schaltungsteil und habe 
ich unter Kontrolle (ist ein OpenDrain).

Könnte sich jemand erbarmen und mal über die Seiten 5 und 6 schauen, ob 
das so erst einmal okay ist?

Ich bin auch nicht abgeneigt über die Schaltung zu diskutieren.

Viele Grüße!

Sven

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
nun gut, ich mache mir mal die Mühe und geben ein paar Ratschläge und 
Empfehlungen.
> Sven L. schrieb:
> mit etwas Komfort zu bedienen sein und eigensicher funktionieren,
Was ist bei dir "eigensicher"? Das kenne ich als Begriff aus dem 
Ex-Schutz, aber in der Art meintest du es sicher nicht, zumindest nicht 
so konsequent.

> Problematisch empfinde ich noch die Schutzbeschaltung der analogen
> Eingänge, mit denen ich mehrere Betriebsparameter erfasse:
> - Spannung Netzteil
> - Kollektorstrom PA
> - Temperatur PA (LM35)
> - Temperatur Netzteil (LM35)
> - Vorlaufende Leistung (Diodendetektor)
> - Rücklaufende Leistung (Diodendetektor)
> - Bandspannung von extern (ADC_EXT)
Ich meine, ein RC-Tiefpass und eine Beschaltung mit BAS40-04, wie du das 
mit dem Eingang AC-Volt gemacht hast ist robust und zuverlässig (R23 
kannst du dabei übrigens noch weglassen).

Da kann der Tiefpass mit der Grenzfrequenz auch noch ruhig etwas tiefer 
liegen (z.B. 1...10 Hz oder noch langsamer -> 4,7k/100n), denn du hast 
ja wohl keine schnellen Signale, oder? Wenn das schneller als in ca. 1s 
eingeschwungen ist, kann man es auf einer Anzeige eh nicht mehr richtig 
verfolgen, wenn das standig herum wabert.
Für den Fall, dass du mal hochohmige Quellen hast und auch noch hohe 
Betriebstemp. berücksichtigen mußt, empfehle ich statt der BAS40-04 eine 
BAV199.
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BAV199.pdf

So einen TP empfehle ich dir auch hinter den OPV. Sofern diese aber mit 
V_CC versorgt werden, ist ein Überspannungsschutz hinter den OPV aber 
natürlich nicht nötig.

Evtl. Problematisch ist das Umschalten des Signals mit dem Relais K1. 
Das schaltet quasi nackt gegen den ADC ohne eine merkliche Last.
Da das kein Reedrelais ist, könnte es Kontaktprobleme geben. Klassische 
mechanische Kontakte brauchen je nach Konstruktion eine minimale 
Spannung und einen Mindesstrom um sicher zu schalten.
Entweder du setzt noch eine formale Last dahinter oder nimmst besser 
einen Analogschalter statt Relais.

Ansonsten sind die 2982 OC-Treiber. Da wirst du alle Lasten gegen 
+Spannung schalten müssen nund nicht gegen gnd. Relais und Lüfter wird 
so nicht funktionieren. Auch das Signal Tx_12V kommt da nicht zustande.

> Zusätzlich kommen von außerhalb des Gerätes ein Signal (PTT_IN),
> typischerweise ein OpenCollector, welches nach Freigabe weitergegeben
> wird (PTT_OUT). VOX_IN kommt aus einem anderen Schaltungsteil und habe
> ich unter Kontrolle (ist ein OpenDrain).
Sobald da eine etwas längere Leitung dran ist, kannst du nicht mehr 
gewährleisten, dass keine Überspannungen auftreten.
ESD ist noch kritischer, zumal die Leitung direkt ungeschützt auf den uC 
geht. Da würde ich auch in jedem Fall einen Schutz mit RC-Glied und 
BAS40-04 wie gehabt für den Überspannungsschutz vorsehen. Ein Treiber 
davor, den man möglichst leicht austauschen kann, macht bei 
Bastelschaltungen zwar etwas Aufwand, aber im Fehlerfall freunt man 
sich, wenn man nicht jedesmal den uC wechseln muß.

Die Drosseln L1 und L2 sind dann aber eher überflüssig.
HF-Mäßig ist z.B. 1k + 100nF als TP allemal genug.

Wenn du für Q8 einen Bipolartrans. nimmst, statt FET, dann kannst du die 
BAS40-04 evtl. auch sparen. Bipolartrans. sind am Eing. lange nicht so 
empfindlich wie FET. Einen begrenzten Strom leiten die beim Durchbruch 
einfach ab. Der FET ist dann aber immer kaputt.

Sonst noch paar Hinweise und Fragen:
- C1/C2: 20pF liegt nicht in E6/E12-Reihe. Besser z.B. 22pF oder 27pF

- Block-C 100nF: Einige durch 10nF oder 22nF ersetzen/Ergänzen.

- Quarz 18,432MHz? Warum so eine krumme Frequenz?

- UART -> RS232? Brauchst du die genau so? Wäre nicht evtl. ein Umsetzer 
auf USB to  RS232 (virtuelle Com-Ports) zeitgemäß?

- Schutzbeschaltung am Eingang IC3? Evtl. auch galv. Trennung? (welche 
Baudraten willst du nutzen?)

- I²C zu Display: Kabellänge? Evtl. auch Längswiderstände 47...100 Ohm.

- 12V-Eingang IC2: Kann auch mit einem RC-TP versehen werden. Genug 
Spannung ist ja vorhanden.

- Reseteingang: RC-Glied? Resettaster?

- S1 bis S5: keine Pull-up? Ich meine, die sind doch zu empfehlen.

- Problem Tastenprellen. Hast du das rein softwaremäßig im Griff.

- Status-LED: Meinst du, dass du die mit 20mA powern mußt. Superhelle 
LED brennen dir das schon die Netzhaut weg ;-) Da kann man auch Strom 
sparen und die Kühlleistung vom Regler minimieren.
Ansonsten hast du bei 3 LED mit je 20mA schon über 400mW auf dem 5 
Regler zu verheizen.
Da die Leistungs aber eh verbraten wird, kannst du die LED auch gleich 
gegen 12V schalten und dafür ausreichend leistungsfähige Vorwiderstände 
vorsehen.

- Evtl. 5V-Regler gleich als StepDown oder fertig z.B. Recom R-7805

- Wozu 3 Elkos 100uF am Eingang 12V? Ein Elko 100uF...470uF/25V würde 
allemal reichen.
Statt dessen auch auf der 5V-Schiene noch ein paar mehr uF z.B. MLCC 
22uF/10V

- LED-Treiber Q4...Q7 eigentlich überflüssig. Das können die Open Drain 
des I²C-Treiber auch, oder brauchst du die zwingend als 
high-Side-Schalter?

- Was erwartest du von dem Quasi-differenziellen Pegelwandler 
Q9/Q10/Q11? Ist das so eine Trickschaltung?

- Reversdioden D11/D12 scheinen mir überflüssig.

- 12V-Eingang: Da würde ich noch einen Polyswitch dazu tun, wenn mögl. 
auch eine Verpolschutzdiode.

- Einiges an Umschaltung könntest du glatt einsparen, wenn du einen 
größeren uC mit paar mehr Ports  nimmst.

> Ich bin auch nicht abgeneigt über die Schaltung zu diskutieren.
Na denn.
Ich will die Schaltungen nicht schlecht machen. Vieles ist Ansichtssache 
und persönlicher Style. Paar Sachen solltest du aber überdenken.
Gruß Öletronika

[Sven L. (svenl)]

Hallo,

vielen Dank, dass Du Dir die Zeit genommen hast und Dir die Schaltung 
genau angesehen hast! :)

Ich möchte Dir auf Deine Bemerkungen und Fragen gern antworten:

> Was ist bei dir "eigensicher"? Das kenne ich als Begriff aus dem
> Ex-Schutz, aber in der Art meintest du es sicher nicht, zumindest nicht
> so konsequent.

Mit "eigensicher" meinte ich, dass das Gerät gegen die gröbsten 
Fehlbedienungen geschützt sein soll. Die Schaltung sollte auch immer 
einen stabilen Zustand haben, auch im Reset des µCs.

> Ich meine, ein RC-Tiefpass und eine Beschaltung mit BAS40-04, wie du das
> mit dem Eingang AC-Volt gemacht hast ist robust und zuverlässig (R23
> kannst du dabei übrigens noch weglassen).

Stimmt an dieser Stelle ist R23 quasi überflüssig, außer dass er einen 
weiteren Tiefpass formt. die 6k6 davor begrenzen den Strom schon 
zuverlässig.

> Da kann der Tiefpass mit der Grenzfrequenz auch noch ruhig etwas tiefer
> liegen (z.B. 1...10 Hz oder noch langsamer -> 4,7k/100n), denn du hast
> ja wohl keine schnellen Signale, oder? Wenn das schneller als in ca. 1s
> eingeschwungen ist, kann man es auf einer Anzeige eh nicht mehr richtig
> verfolgen, wenn das standig herum wabert.

Ich muss aber Hüllkurvendetektion eines SSB-Senders mit max. 3,5 kHz 
Bandbreite machen. Für die HF-Leistung sind die Diodendetektoren vor 
ADC_FWD und ADC_REV zuständig, für den Kollektorstrom ADC_CURR und für 
die Spannung ADC_VOLT.

Gemäß Shannon-Kotelnikov brauche ich dafür mind. die doppelte Bandbreite 
bei der Messung, weswegen die Grenzfrequenz der Tiefpässe auch so hoch 
liegt. Ich muss sicherstellen, dass die Hüllkurvenspitzenleistung nicht 
überschritten wird und auch der Kollektorstrom, damit die 
HF-Transistoren immer innerhalb ihres sicheren Betriebsbereiches 
bleiben, denn die sind als gematchtes Pärchen sehr teuer.

> Für den Fall, dass du mal hochohmige Quellen hast und auch noch hohe
> Betriebstemp. berücksichtigen mußt, empfehle ich statt der BAS40-04 eine
> BAV199.
> http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BAV199.pdf

Okay, die schaue ich mir mal an! :)

> So einen TP empfehle ich dir auch hinter den OPV. Sofern diese aber mit
> V_CC versorgt werden, ist ein Überspannungsschutz hinter den OPV aber
> natürlich nicht nötig.

Warum noch ein Tiefpass hinter den OPVs, wenn davor schon einer ist?

> Evtl. Problematisch ist das Umschalten des Signals mit dem Relais K1.
> Das schaltet quasi nackt gegen den ADC ohne eine merkliche Last.
> Da das kein Reedrelais ist, könnte es Kontaktprobleme geben. Klassische
> mechanische Kontakte brauchen je nach Konstruktion eine minimale
> Spannung und einen Mindesstrom um sicher zu schalten.
> Entweder du setzt noch eine formale Last dahinter oder nimmst besser
> einen Analogschalter statt Relais.

Ich habe das Omron G6K genommen, weil ich davon einige habe. Die sind im 
übrigen komplett gekapselt und haben Ag/Pd-Kontakte. Du hast aber recht, 
dass der Sample-Hold-Strom für den ADC sehr gering ist und nach einigen 
Jahren oder Schaltvorgängen das bestimmt nicht mehr sauber funktioniert.

Was für einen Analogschalter würdest Du mir empfehlen?

> Ansonsten sind die 2982 OC-Treiber. Da wirst du alle Lasten gegen
> +Spannung schalten müssen nund nicht gegen gnd. Relais und Lüfter wird
> so nicht funktionieren. Auch das Signal Tx_12V kommt da nicht zustande.

Du verwechselst das bestimmt gerade mit dem ULN2803? Der A2982 ist ein 
Darlington Source-Treiber.

>> Zusätzlich kommen von außerhalb des Gerätes ein Signal (PTT_IN),
>> typischerweise ein OpenCollector, welches nach Freigabe weitergegeben
>> wird (PTT_OUT). VOX_IN kommt aus einem anderen Schaltungsteil und habe
>> ich unter Kontrolle (ist ein OpenDrain).
> Sobald da eine etwas längere Leitung dran ist, kannst du nicht mehr
> gewährleisten, dass keine Überspannungen auftreten.
> ESD ist noch kritischer, zumal die Leitung direkt ungeschützt auf den uC
> geht. Da würde ich auch in jedem Fall einen Schutz mit RC-Glied und
> BAS40-04 wie gehabt für den Überspannungsschutz vorsehen.

Ok, VOX_IN bekommt noch ein RC-Glied plus BAS40-04. Die Leitung wäre ca. 
30 cm lang und geht ungeschirmt zum geschirmten Leistungsteil der PA.

> Die Drosseln L1 und L2 sind dann aber eher überflüssig.
> HF-Mäßig ist z.B. 1k + 100nF als TP allemal genug.

Beide Leitungen gehen zum Leistungsteil. Ich wollte leitungsgebundene HF 
den Weg in die Schaltung versperren. Evtl. tut es auch eine Kombination 
aus beidem? Also Serien-L und Parallel-C als Tiefpass?

> Wenn du für Q8 einen Bipolartrans. nimmst, statt FET, dann kannst du die
> BAS40-04 evtl. auch sparen. Bipolartrans. sind am Eing. lange nicht so
> empfindlich wie FET. Einen begrenzten Strom leiten die beim Durchbruch
> einfach ab. Der FET ist dann aber immer kaputt.

Ok, ein BC856 sollte das auch können. Die Schutzdioden möchte ich 
dennoch behalten.

> - C1/C2: 20pF liegt nicht in E6/E12-Reihe. Besser z.B. 22pF oder 27pF

Spielt keine große Rolle, die Teile werden bei Digikey bestellt, da 
macht das nichts aus, da sich die Mehrkosten auf vielleicht +2-3 Cent 
beschränken.

> - Block-C 100nF: Einige durch 10nF oder 22nF ersetzen/Ergänzen.

Mehrstufige Entkopplung ist sicherlich sinnvoll, an den schnellen HC595 
(obwohl die nicht oft schalten, also kein PWM). Wo siehst Du noch 
Bedarf?

> - Quarz 18,432MHz? Warum so eine krumme Frequenz?

Die krumme Frequenz brauche für den Baudratengenerator (siehe Datenblatt 
ATmega328p). Mit dieser Frequenz kann ich alle Baudraten ohne Fehler 
erzeugen.

> - UART -> RS232? Brauchst du die genau so? Wäre nicht evtl. ein Umsetzer
> auf USB to  RS232 (virtuelle Com-Ports) zeitgemäß?

Die beiden UARTs brauche ich genau so als RS-232.

> - Schutzbeschaltung am Eingang IC3? Evtl. auch galv. Trennung? (welche
> Baudraten willst du nutzen?)

Der MAX3110 ist bis +/-15kV ESD-sicher. Viele andere gängige 
Pegelwandler (MAX232 z.B.) ebenso. Über externe Schutzbeschaltung habe 
ich mir da noch keine Gedanken gemacht. Ein paar TVS-Dioden könnten da 
hilfreich sein.

> - I²C zu Display: Kabellänge? Evtl. auch Längswiderstände 47...100 Ohm.

Kabellänge < 10 cm.

> - 12V-Eingang IC2: Kann auch mit einem RC-TP versehen werden. Genug
> Spannung ist ja vorhanden.

Der LT6656 ist relativ anspruchslos und hat bereits einen PSRR um 120 
db. Den Tiefpass habe ich mal weggespart! ;)

> - Reseteingang: RC-Glied? Resettaster?

Kein Reseteingang. evtl. wäre ein externer Reset-IC zu empfehlen, da 
dann auch der MAX3110 einen definierten Zustand hat...und sei es der, 
dass die Registerinhalte undefiniert sind. :)

> - S1 bis S5: keine Pull-up? Ich meine, die sind doch zu empfehlen.

Die hat der PCF schon integriert, allerdings sind die mit 50k recht 
hochohmig. Es könnte für das EMV-Verhalten bzgl. Einstrahlung besser 
sein dort noch einmal 4k7 gegen Vcc anzubringen.

> - Problem Tastenprellen. Hast du das rein softwaremäßig im Griff.

Ja, löse ich in Software.

> - Status-LED: Meinst du, dass du die mit 20mA powern mußt. Superhelle
> LED brennen dir das schon die Netzhaut weg ;-) Da kann man auch Strom
> sparen und die Kühlleistung vom Regler minimieren.

Ok, habe ich noch nicht getestet, aber ich denke man kann bis auf 5 mA 
runter gehen. Teste ich dann gleich mal am Labornetzteil!

> Ansonsten hast du bei 3 LED mit je 20mA schon über 400mW auf dem 5
> Regler zu verheizen.
> Da die Leistungs aber eh verbraten wird, kannst du die LED auch gleich
> gegen 12V schalten und dafür ausreichend leistungsfähige Vorwiderstände
> vorsehen.

Guter Einwand! :) Vermutlich komme ich da aber mit 0805-Rs nicht mehr 
hin und es müssen 1206 werden.

> - Evtl. 5V-Regler gleich als StepDown oder fertig z.B. Recom R-7805

Bitte nicht! Normalerweise nehme ich für solche Schaltungen auch 
Schaltregler, aber im Empfangsbetrieb muss das Antennensignal auch durch 
die PA und dann brauche ich dort keinen Schaltregler, insbesondere wenn 
MW- und LW-Empfang möglich sein soll. - Kostet halt Verlustleistung, 
aber bei max. 250 W Stromaufnahme der HF-Transistoren im AB-Betrieb 
brauche ich mir um die paar mA oder etwas Verlustleistung am 
Linearregler keine Sorgen zu machen.

> - Wozu 3 Elkos 100uF am Eingang 12V? Ein Elko 100uF...470uF/25V würde
> allemal reichen.

Die Elkos hätte ich verteilt. Einer vor die beiden Längsregler und 
jeweils einer an Vs der A2982, da beim Umschalten der Relais recht hohe 
Impulsströme fließen.

> Statt dessen auch auf der 5V-Schiene noch ein paar mehr uF z.B. MLCC
> 22uF/10V

Wo, denkst Du, sollte ich die am besten platzieren?

> - LED-Treiber Q4...Q7 eigentlich überflüssig. Das können die Open Drain
> des I²C-Treiber auch, oder brauchst du die zwingend als
> high-Side-Schalter?

Ja, ich brauche die als High-Side, weil die LEDs Duo-LEDs mit 
gemeinsamer Kathode sind. Der Preisunterschied der Ausführung mit 
gemeinsamer Anode ist höher als der Preis des Hühnerfutters.

> - Was erwartest du von dem Quasi-differenziellen Pegelwandler
> Q9/Q10/Q11? Ist das so eine Trickschaltung?

Ich brauche das TX-Signal jeweils als +8V active-high, +12V active-high 
und 1x als OpenDrain. Über +8V wird die Vorspannung der beiden 
HF-Transistoren erzeugt (immerhin 600 mA), +12V schaltet 2 Relais, 
welche die PA in den HF-Weg schalten und der OpenDrain-Ausgang ist dann 
für die nächste PA (0,8-1 kW) angedacht, wenn ich mir das passende 
Grundstück dazu leisten kann! ;)

> - Reversdioden D11/D12 scheinen mir überflüssig.

Warum? Bei einem SEU durch zum Beispiel ESD kann es sonst einen Regler 
schießen, wenn die Spannung auf der geregelten Seite ansteigt?

> - 12V-Eingang: Da würde ich noch einen Polyswitch dazu tun, wenn mögl.
> auch eine Verpolschutzdiode.

Habe ich schon darüber nachgedacht. Polschutzdiode würde die TVS-Diode 
ad absurdum führen, denn die sorgt schon (in Durchlassrichtung) dafür, 
dass die Spannung revers bei max. der Vorwärtsspannung der Diode liegt. 
Das 350 W Schaltnetzteil davor sollte durch die 600 W TVS-Diode sicher 
in die Overcurrent-Abschaltung getrieben werden. Eine Shottky-Diode vor 
der TVS-Diode sollte allerdings funktionieren.

> - Einiges an Umschaltung könntest du glatt einsparen, wenn du einen
> größeren uC mit paar mehr Ports  nimmst.

Leider muss ich nur den einen ADC-Kanal umschalten. Der Rest nutzt doch 
den Controller gut aus. :) Auch hier leider wie immer: Kostenfrage.

>> Ich bin auch nicht abgeneigt über die Schaltung zu diskutieren.
> Na denn.
> Ich will die Schaltungen nicht schlecht machen. Vieles ist Ansichtssache
> und persönlicher Style. Paar Sachen solltest du aber überdenken.

Ich danke Dir für Deine Hinweise und würde mich freuen, wenn Du Dir 
meine Rückfragen noch einmal anschaust.

Vielen Dank und viele Grüße!

Sven

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Sven L. schrieb:
> Stimmt an dieser Stelle ist R23 quasi überflüssig, außer dass er einen
> weiteren Tiefpass formt. die 6k6 davor begrenzen den Strom schon
> zuverlässig.
Nö, ganz so ist das nicht.
Für das Frequenzverhalten mußt du sicher 3,3k || 6,6k rechnen.

> Warum noch ein Tiefpass hinter den OPVs, wenn davor schon einer ist?
Muss nicht sein, aber zumindest ein R hinter dem OPV kann evtl. 
Schwingneigung bei induktiven oder kapazitiven Lasten vermeiden.
Da reicht unter Umständen schon eine Leitung mit paar 10cm Länge um 
solche Effekte auszulösen. Ist natürlich immer auch vom OPV und der 
sonstigen Beschaltung abhängig.
Ich hatte kürzlich so einen Fall, das ein OPV-Ausgang bei solchen 
0815-OPV wie z.B. TL082 mit etwas längerer Leitung zum Schwingen neigen.
Jahrelang war das kein Problem, aber früher waren diese OPV auch viel 
lahmer als heute. Mit einem Reihenwiderstand kann man das vermeiden.

Außdem haben ADC in den uC in der Regel eine S&H-Schaltung mit einer 
kleinen Eingangskapazität. Da ist es oft sogar in den 
Applikationsbedingungen empfohlen, ein C am Eingang von mind. ca. 1nF zu 
haben, damit die Schaltung stabil sampeln kann. Ansonsten kann beim 
Aktivieren der S&H-Schaltung die Signalspannung etwas einbrechen. Prüfe 
das mal in den Datasheets für den uC.
Auch gegen evtl. Rauschen des OPV ist ein TP immer eine gute Idee.
Sofern möglich, sollte man seine Schaltungen in der Frequenz immer nach 
oben soweit begrenzen, wie das möglich ist.

> Was für einen Analogschalter würdest Du mir empfehlen?
Suche dir was für 0...5V. Ansonsten sehe ich keine speziellen 
Randbedingungen.
Bei Analogschaltern mußt du nur beachten, dass deren ON-Widerstand nicht 
unendlich klein ist und der OFF-Widerstand nicht unendlich groß.
Dementsprechend kann man die Impedanz der Quelle und der Last anpassen.
(Quelle nicht zu groß im Vergleich zum OFF-Widerstand und Last nicht zu 
klein im Vergleich zum ON-Widerstand).

> Der A2982 ist ein Darlington Source-Treiber.
OK, dann passt das schon.

> Ok, VOX_IN bekommt noch ein RC-Glied plus BAS40-04. Die Leitung wäre ca.
> 30 cm lang und geht ungeschirmt zum geschirmten Leistungsteil der PA.
Wenn du solche Anschlüsse irgend wie berühren kannst, dann kannst du sie 
auch mit ESD zerschiessen. Wenn du das ausschließen kannst, dann ok.

>> - Block-C 100nF: Einige durch 10nF oder 22nF ersetzen/Ergänzen.
> Mehrstufige Entkopplung ist sicherlich sinnvoll, an den schnellen HC595
> (obwohl die nicht oft schalten, also kein PWM). Wo siehst Du noch Bedarf?
Das ist nur eine Empfehlung, die darauf anziehlt, das jedes C auch 
irgendwo eine Resonanzfrequenz hat (für 100nF irgend wo bei paar hundert 
MHz).  Wenn man unterschiedliche Wertte verwendet, hat man dann kein 
"Loch" im Frequnzgang der Abblockung.

> Die beiden UARTs brauche ich genau so als RS-232.
Ok, dann sicher nicht mit sehr hohen Baudraten?
> Der MAX3110 ist bis +/-15kV ESD-sicher. Viele andere gängige
> Pegelwandler (MAX232 z.B.) ebenso. Über externe Schutzbeschaltung habe
> ich mir da noch keine Gedanken gemacht. Ein paar TVS-Dioden
> könnten da hilfreich sein.
Je nach Umfeld und dem Anspruch an die Störsicherheit kann man auf die 
rel. schwachen Schutzdioden im IC vertrauen oder eben extern noch was 
robusteres dran löten.
Bei eher moderaten Baudraten kann ein Reihenwiderstand und auch ein 
RC-Glied (z.B. 470R + 1nF) als zusätzliche Enstörung Sinn machen.
Auch die Störabstahlung von Datenleitungen sollte man immer im Auge 
haben
(-> Tx-Leitungen).

> evtl. wäre ein externer Reset-IC zu empfehlen, da
> dann auch der MAX3110 einen definierten Zustand hat.
Wenn der uC das nicht schon hat, ist ein Watchdog-IC immer sinnvoll. Bei 
U_b=5V z.B. mit Überwachungsspannung bei 4,65V.

> Die hat der PCF schon integriert, allerdings sind die mit 50k recht
> hochohmig. Es könnte für das EMV-Verhalten bzgl. Einstrahlung besser
> sein dort noch einmal 4k7 gegen Vcc anzubringen.
Eben, genau deswegen (4,7k ... 10k). Vor allem, wenn die Tasten bisschen 
längere ungeschirmte Leitung haben sollten.

> Ok, habe ich noch nicht getestet, aber ich denke man kann bis auf 5 mA
> runter gehen. Teste ich dann gleich mal am Labornetzteil!
Schau bei den grünen LED nach "blaugrün" um 520...535nm. Die klassischen 
grünen LED um 580...590nm sind vergleichsweise müde Funzeln.
https://www.ifkp.tu-berlin.de/fileadmin/i1/Kneissl/IS08_green-gap_JK.pdf
Solche sind auch mit 1mA oft schon sehr hell.

> Die Elkos hätte ich verteilt. Einer vor die beiden Längsregler und
> jeweils einer an Vs der A2982, da beim Umschalten der Relais recht hohe
> Impulsströme fließen.
Elkos sind eh lahme Kondensatoren mit Grenzfrequenzen im Bereich von 
paar 10kHz. Deshalb braucht man sich da um die Plazierung nicht so viel 
Gedanken machen. Bei den MLCC ist das natürlich komplett anders.
Im Zweifelsfall lieber noch paar 10uF als MLCC verteilt plazieren.

> Wo, denkst Du, sollte ich die am besten platzieren?
Bei einem EMV-mäßig guten Layout kommt man um Powerplanes eh nicht 
herum.
Dann ist es auch rel. egal, wo man die größeren MLCC plaziert.
In der Nähe des uC mit möglichst niederohmiger Anbindung an die 
Powerleitungen (gnd, +5V) ist zu empfehlen.

> - Reversdioden D11/D12 scheinen mir überflüssig.
> Warum? Bei einem SEU durch zum Beispiel ESD kann es sonst einen Regler
> schießen, wenn die Spannung auf der geregelten Seite ansteigt?
Wenn auf der geregelten Seite die Spannung den Bipolarregler zerschießt, 
dann ist das eh ein Totalschaden für die gesamte Schaltung. Dieser Fall 
darf nimmer auftreten, wie sollte er auch?
Die Reverse-Diode ist empfohlen, wenn die Regelspannung recht groß ist 
und
große Kapazitäten auf der Regelseite vorhanden sind. Trifft alles nicht 
auf seinen Fall zu.

> Polschutzdiode würde die TVS-Diode ad absurdum führen,
> denn die sorgt schon (in Durchlassrichtung) dafür,
> dass die Spannung revers bei max. der Vorwärtsspannung der Diode liegt.
Nein, die Verpolschutzdiode verhindert, dass bei Verpolung schon die 
volle Wucht der SV auf die arme SMBJ geht. Das können zig. Ampere (wenn 
nicht über hundert Ampere) sein, wenn da ein ausreichend großer Elko ist 
und die Leitung dick genug.
Für SV nehme ich eh die größeren SMCJ. da weiß man nie so genau, was von 
außen kommt.
Innerhalb von wenige 10ms ist die dann verbrannt (oder die lötet sich 
selber ab), vor allem wenn es keine Strombegrenzung gibt.
Und falls die Transzorb am Eingang mal aus igend einen Grund nicht mehr 
richtig funktioniert (was du normal nie merken wirst), hast du ganz 
schnell die neg. Spannung auf der ganzen Schaltung (Totalschaden). Das 
alles verhindert eine Verpolschutzdiode zuverlässig, denn versehentliche 
Verpolung der Betriebsspannung ist sicher einer der häufigsten Fehler 
beim Basteln, wenn nicht der häufigste Bedienfehler überhaupt.

Das 350 W Schaltnetzteil davor sollte durch die 600 W TVS-Diode sicher
in die Overcurrent-Abschaltung getrieben werden.
Da bist du sicher? Schau mal, welche Ausgangskap. das 350W-NT hat 
(2...5mF)?
Die 600W der SMBJ gelten auch nur für einen typ. Blitzschlag mit einer 
Impulsbealstung im Bereich einer ms. Recnhe mal die Energie ausm, die 
ein großes C in einer ms an die TSV abgeben kann.
Prüfe auch, ob das NT überhaupt ganz abschaltet und nicht nur in Fold 
Back Mode fällt, so das da evtl. einige A weiter fließen bei ca. 1V...2V 
Spannung. Leistungsmäßig merkt das BT sowas dann ja gar nicht mehr.

> Eine Shottky-Diode vor der TVS-Diode sollte allerdings funktionieren.
Schottkydioden haben eine eher schlechte Impulsfestigkeit.
Ich empfehle robuste Si-Diode als Verpolschutz. Der Betriebsstrom ist 
doch eh nicht hoch.
Gruß Öletronika

[Sven L. (svenl)]

Hallo,

ich nehme folgende Änderungen aus unserer Diskussion mit:

- Tiefpass + BAS40-04 an Leitung VOX_IN
- Längswiderstände an I²C zum Display (100 Ohm)
- RC-Kombination an Datenleitungen RS-232
- Austausch des Relais K1 gegen ADG819 Analog Switch
- "Strong" Pull-Up-Widerstände 4k7 an Tastern und Schaltern
- D11/D12 entfernen
- Zusätzliche Kondensatoren auf den Rails Vcc/GND
- Polschutzdiode vor TVS am Eingang +12V

Die Duo-LEDs habe ich getestet und die brauchen wirklich die 20 mA, 
damit die Helligkeit okay ist, denn die haben ein milchiges Gehäuse (5mm 
LED). Ich werde die Anbindung gegen +12 V machen, damit die Längsregler 
entlastet werden. Allerdings wird es da mit 1206 Widerständen auch schon 
knapp, da bei einer Uf von 2,2 V und 1,8 V dauernd bis zu 250 mW 
verbraten werden, also doch eher 1210.

Ich arbeite das in den Schaltplan ein und dann stelle ich es hier ein.

Ein 4-lagiges Layout wird es leider nicht werden. Ich pflichte Dir bei, 
dass dies aus EMV-Gesichtspunkten die beste Lösung ist, jedoch sind 
4-lagige Platinen deutlich teurer als 2-lagige aufgrund der Vias. Ich 
werde es 2-lagig probieren.

Vielen Dank und viele Grüße!

Sven

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
vergiss auch nicht einen Polyswitch in die 12V-Zuleitung zu setzen.
das ist ein rel. wirksamer Schutz gegen Kurzschlusströme aus dem fetten 
350W-NT.

Hast du mal geprüft, was als Beschaltung an den ADC-Eingängen empfohlen 
wird (von wegen S&H-Kapazität)?

> Ein 4-lagiges Layout wird es leider nicht werden.
> Ich werde es 2-lagig probieren.
Naja, wenn du eine ordentliche geschlossene Massefläche auf einer Seite 
hinbekommst, wird das auch gehen. Mußt ja damit nicht zur EMV-Prüfung.
Gruß Öletronika