Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Eingangsspannung an MC ohne Versorgungsspannung.


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von haderlump (Gast)


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Hallo zusammen.
Ich möchte meine MC (ATMEGA48)abschalten. Muss ich die Ansteuerimpulse 
für die USART RX-Port auch abschalten oder vertragen die MC ein paar mA 
Eingangsstrom im ausgeschaltetet Zustand. Da gibt es doch Schutzdioden 
gegen Plus an den Eingängen.

Gruß Fritz

von holger (Gast)


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>Muss ich die Ansteuerimpuls
>für die USART RX-Port auch abschalten

Das wäre besser.

>oder vertragen die MC ein paar mA Eingangsstrom im ausgeschaltetet >Zustand. Da 
gibt es doch Schutzdioden
>gegen Plus an den Eingängen.

Diese paar mA können dafür sorgen das dein uC halbgar
mit Spannung versorgt wird und dieser gar nicht abgeschaltet ist!

Ausreichend grosse Widerstände in der Leitung können
das zumindest reduzieren. Also mal 10k in die Leitung legen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Du kannst das mit einer Diode entkoppeln.
1
Quelle    1N4148              2,2kΩ
2
Tx o-------|<|-------+-------[===]-----o Vcc
3
                     |
4
                     o
5
                    µC Rx Pin

von Jacko (Gast)


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Schaut man in's Datenblatt (Wirklich! Das ist erlaubt!!!)
gibt es auch Schutzdioden gegen Masse.

Leider wird nicht gezeigt, was die exakt vertragen.

Rechnen wir mal nach:
4,7 kOhm in die USART-Leitungen zum µC und Ansteuerung = 5V.
Strom ca. 1,1 mA

Der Widerstand wird mit < 5 mW belastet
und die Schutzdiode mit < 1mW.

Was soll da kaputt gehen?

Bleibt noch die Frage der Baudrate im Betrieb:
4,7 kOhm und Cin <= 100 pF ergeben eine F_grenz = 339 kHz
Also bist du bis 38 kBaud locker im grünen Bereich.

Bei deutlich kleineren Baudraten kannst du den Vorwiderstand
auch auf 10 kOhm erhöhen.

von M. K. (sylaina)


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Zusätzliche Widerstände kann man sich IMO auch schenken. Wie man auf die 
Idee kommt, dass die Schutzdioden greifen kann ich grad nicht so recht 
nachvollziehen oder schaltet hier tatsächlich jemand so ab, dass er z.B. 
die Vcc-Pins des AVRs niederohmig auf GND legt (bzw. die GND-Pins auf 
Vcc legt)? Nur dann hätte überhaupt eine Schutzdiode die Chance wirksam 
zu werden bei einem Signal auf der RX-Pin.
Kaputt wird da nix gehen. Was ich mir vorstellen könnte ist, dass sich 
der AVR über das Signal am RX-Pin selbst versorgt (der braucht ja idR 
nicht viel um zu laufen). Eine Idee zur Abschaltung aber könnte auch 
sein, den RX-Pin auf GND zu legen, hab ich aber bisher noch nie so 
gemacht. Alternativ kann man ja den AVR in den Power-Down schicken (so 
schalte idR ich den AVR ab), da hat man dann quasi keine Probleme mit 
Signalen an den IOs.

: Bearbeitet durch User
von Dietrich L. (dietrichl)


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M. K. schrieb:
> Wie man auf die
> Idee kommt, dass die Schutzdioden greifen kann ich grad nicht so recht
> nachvollziehen oder schaltet hier tatsächlich jemand so ab, dass er z.B.
> die Vcc-Pins des AVRs niederohmig auf GND legt

Du weist ja nicht, was bei "haderlump" noch alles an Vcc hängt.

Mindestens ist da aber noch ein Stütz-C. Das ist zwar nicht relevant 
beim Abschalten des µC, aber beim Einschalten der RX-Quelle und nicht 
versorgtem µC ist das nicht so gut.

von M. K. (sylaina)


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Dietrich L. schrieb:
> Mindestens ist da aber noch ein Stütz-C. Das ist zwar nicht relevant
> beim Abschalten des µC, aber beim Einschalten der RX-Quelle und nicht
> versorgtem µC ist das nicht so gut.

Warum denn das?

von Dietrich L. (dietrichl)


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M. K. schrieb:
> Dietrich L. schrieb:
>> Mindestens ist da aber noch ein Stütz-C. Das ist zwar nicht relevant
>> beim Abschalten des µC, aber beim Einschalten der RX-Quelle und nicht
>> versorgtem µC ist das nicht so gut.
>
> Warum denn das?

Beim Einschalten der RX-Quelle fließt zu beginn ihr Kurzschlussstrom 
über die Eingangsdiode in den Stützkondensator (falls RX=high ist). Und 
das kann zu viel sein.

Es muss ja nicht sein, dass der Eingang sofort zerstört wird, aber er 
kann auf die Dauer Schaden nehmen. Ein sauberes Design ist das 
jedenfalls nicht, höchsten eine Bastellösung, wo man Ausfälle toleriert.

Allerdings kennen wir die Quelle und ihre Daten nicht. Daher kann es 
sein, dass das Ergebnis von problemlos bis gefährlich zu bewerten ist.

von M. K. (sylaina)


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Da strickst du dir jetzt aber ganz schön viele Wenn und Aber zusammen.
Du setzt grade voraus, dass die RX-Leitung ordentlich Strom liefern 
kann, der Stützkondensator am µC ebenfalls ordentlich groß ist und die 
Pulsbelastbarkeit der Schutzdiode im µC hinreichend klein ist. Gehen wir 
mal von einem 100uF Kondensator als Stütze aus und nehmen mal 1 mA 
Stromfluss an dürfte es kaum eine halbe Sekunde dauern bis die Ladung in 
den Kondensator gepumpt ist bei einem 5 V Spannungspegel. Bis hierdurch 
wirklich mal ein Schaden zustande kommt muss man sicher ein bis zwei mal 
die Platine austauschen da die sonst schlicht verrotten würde.

von Manfred (Gast)


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M. K. schrieb:
> Was ich mir vorstellen könnte ist, dass sich
> der AVR über das Signal am RX-Pin selbst versorgt (der braucht ja idR
> nicht viel um zu laufen).
Genau das habe ich hier gerade: Am AT328 (A* Pro Mini) habe ich USB über 
CH340 dran, aber nur GND-RX-TX verbunden.

Nehme ich dem µC seine Versorgung weg, bleibt der erstmal leben. Wenn er 
dann etwas tut und mehr Strom braucht, bricht die Spannung ein, die ja 
nur aus RX über die Schutzdiode kommen kann, und es passiert Unfug.

Hier wird das keinen Ärger machen, weil der CH340 nur für Servicezwecke 
angestöpselt wird, in einer realen Schaltung mit permanenter 
Schnittstelle müsste man den Baustein abschalten.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Manfred schrieb:
> in einer realen Schaltung mit permanenter
> Schnittstelle müsste man den Baustein abschalten.

Nö. Du baust die Diode aus Stefans Beitrag ein:
Beitrag "Re: Eingangsspannung an MC ohne Versorgungsspannung."
Das geht deswegen, weil ein UART Signal low aktiv ist und high inaktiv.
Das ist übrigens auch ein preiswerter Pegelwandler von 5V TX auf 3,3V 
(oder weniger) RX. Meistens kann man sich auch den extra Pullup sparen.
stefanus, +1 von mir :-)

von haderlump (Gast)


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Da hab ich ja direkt eine Lawine losgetreten.
Sehr iteressante Aspekte dabei. Vielen Dank. Ich habe mich für die 
Lösung mit der Diode entschieden. minimaler Aufwand und auf der sicheren 
Seite.

Gruß Fritz

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Da strickst du dir jetzt aber ganz schön viele Wenn und Aber zusammen.

Das sehe ich anders. Mein alter Laptop lässt sich zum Beispiel weder 
richtig aus noch ein schalten, wenn ich am parallel-Port eine fremd 
gespeiste Schaltung anschließe. Da fließen pro Input Pin nur wenige 
Milliampere, aber die reichen, um die Störung auszulösen.

(Ich halte das für eine Fehlkonstruktion, doch sollten wir jetzt nicht 
dikutieren, ob das Normal ist oder wer hier einen fehler gemacht hat. 
Denn es geht nicht um meinen Laptop.)

Gewöhnliche Logik-IC's der 74HC Familie liefern im Kurzschlussfall weit 
über 20mA. Atmel empfiehlt in einer Appnote jedoch, die ESD Dioden nicht 
über 1mA zu belasten - auch nicht kurzzeitig.

Der Punkt ist: Diese ESD Dioden gehen zwar auch bei 10mA nicht gleich 
kaputt. Aber sie erfüllen ihre Schutzwirkung nicht mehr. Die ESD Dioden 
erfüllen jedoch ihre Schutzwirkung nur dann, wenn die Spannung an ihnen 
geringer ist, als die Schwellenspannung der nachfolgenden internen 
Bauteile. Und das setzt eben einen geringen Strom voraus. Aus diesem 
Grund macht es unter Umständen auch Sinn, parallel zu den internen ESD 
Dioden größere externe Dioden zu schalten - es erlaubt höhere Ströme.

: Bearbeitet durch User
von M. K. (sylaina)


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Manfred schrieb:
> Genau das habe ich hier gerade: Am AT328 (A* Pro Mini) habe ich USB über
> CH340 dran, aber nur GND-RX-TX verbunden.
>
> Nehme ich dem µC seine Versorgung weg, bleibt der erstmal leben. Wenn er
> dann etwas tut und mehr Strom braucht, bricht die Spannung ein, die ja
> nur aus RX über die Schutzdiode kommen kann, und es passiert Unfug.

Das hab ich ja oben auch schon geschrieben gehabt, dass sich der uC 
dadurch möglicherweise selbst versorgt. Wie aber schon gesagt bin ich 
mir hier ziemlich sicher, dass das den uC nicht schaden wird in diesem 
Falle.

Stefan U. schrieb:
> Gewöhnliche Logik-IC's der 74HC Familie liefern im Kurzschlussfall weit
> über 20mA.

Worüber reden wir denn jetzt? Wird sind doch noch beim USART und ner 
seriellen Schnittstelle, oder?

Stefan U. schrieb:
> Das sehe ich anders. Mein alter Laptop lässt sich zum Beispiel weder
> richtig aus noch ein schalten, wenn ich am parallel-Port eine fremd
> gespeiste Schaltung anschließe. Da fließen pro Input Pin nur wenige
> Milliampere, aber die reichen, um die Störung auszulösen.

Und hier sieht man: Auch in "professionellen" Geräten...ach, lassen wir 
das. Ist einer der IOs des Books dadurch kaputt gegangen? ;)

Wenn es jetzt generell darum geht wie stark man die Schutzdioden einen 
AVRs belasten darf, also da bin ich raus. Bei der USART-Serial-Treiber 
ist meine Einstellung dazu: Kein Problem, AVR kann problemlos 
abgeschaltet werden ohne dass er durch den Serial-Treiber Schaden nimmt.

von Achim S. (Gast)


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M. K. schrieb:
> Wie aber schon gesagt bin ich
> mir hier ziemlich sicher, dass das den uC nicht schaden wird in diesem
> Falle.

Mag sein, dass es dem µC nicht unmittelbar schaden wird in dem Sinn, 
dass er nicht von diesem Strom am IO abraucht. Aber der µC kann mit 
reduziertem Vcc unzuverlässig und undefiniert anlaufen und dabei 
beliebigen Unsinn mit dem Rest der Schaltung anfangen. Lass diesen µC 
z.B. direkt einen Logik-Pegel FET treiben. Im Normalbetrieb läuft alles 
problemlos, mit der parasitären Versorgung über RX kann der FET im 
Linearbetrieb abrauchen.

Ist dieses Szenario für dich wieder "zu viel Wenn und Aber"?

Wenn du alle solche Fälle in der Schaltung sicher ausschließen kannst, 
dann betreib gerne den µC mit ausgeschaltetem VCC über RX. Wenn du nicht 
sicher alle solche Fälle ausschließen kannst, dann würde ich diesen 
undefinierten Betrieb nicht zulassen wollen. Und jenseits von 
Bastelaufbauten würde ich einen solchen undefinierten Betreib eh nie 
zulassen - die Kosten wenn du doch einen "Wenn und Aber" Fall übersehen 
hast und beim Kunden Folgeschäden verursachst, können nämlich unangenehm 
sein. (Aber jeder, wie er mag.)

von Dietrich L. (dietrichl)


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M. K. schrieb:
> Da strickst du dir jetzt aber ganz schön viele Wenn und Aber zusammen.

Ja!
Ich bin (war) halt gewöhnt professionell für Industrie-Anwendungen zu 
entwickeln, und da gilt Worst-Case. Das Einsparen von ein paar Cent ist 
da ohne Bedeutung.
Die dann immer noch vorhandenen, da nicht erkannten Problemfälle reichen 
aus, um Ärger zu machen - u.U. mit hohen Folgekosten.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Ist einer der IOs des Books dadurch kaputt gegangen?

Nein, es kam nur zu diesen lästigen Fehlfunktionen beim ein/aus 
Schalten.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Jacko schrieb:
> Schaut man in's Datenblatt (Wirklich! Das ist erlaubt!!!) gibt es auch
> Schutzdioden gegen Masse.
> Leider wird nicht gezeigt, was die exakt vertragen.
> Rechnen wir mal nach:
> 4,7 kOhm in die USART-Leitungen zum µC und Ansteuerung = 5V.
Dann leitet die "Schutzdiode nach Masse" sicher nicht. Weil die nämlich 
nur für negative Spannungen wirken kann (wenn man ins Datenblatt schaut 
und nachdenkt... ;-)

Ergo wird bei 5V über 4,7 kOhm die "Schutzdiode nach Vcc" greifen. Und 
damit kann man sogar einen uC versorgen. Siehe den 
Beitrag "Re: Bosch E-Bike Antrieb Geschwindigkeitssensor"

von Manfred (Gast)


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M. K. schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Nehme ich dem µC seine Versorgung weg, bleibt der erstmal leben. Wenn er
>> dann etwas tut und mehr Strom braucht, bricht die Spannung ein, die ja
>> nur aus RX über die Schutzdiode kommen kann, und es passiert Unfug.
>
> Das hab ich ja oben auch schon geschrieben gehabt, dass sich der uC
> dadurch möglicherweise selbst versorgt. Wie aber schon gesagt bin ich
> mir hier ziemlich sicher, dass das den uC nicht schaden wird in diesem
> Falle.
"dass das deM uC nicht schaden wird", ist eine Sache. Weitaus relevanter 
ist, was ich schrieb: Es passiert Unfug !

Mein Professor läuft scheinbar , da seine Versorgung aber nicht stabil 
ist, erzeugt er ungewollte Zustände in der umgebenden Schaltung.

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