Forum: Platinen Digitaler Ersatz von Lötjumpern


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von Thomas I (Gast)


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Hallo zusammen,

Ich habe im Rahmen meiner Bachelorarbeit einen Motorumrichter 
entwickelt. Er wurde für den Einbau in ein 19" Rack konzipiert und 
besitzt deshalb einen 168 poligen Stecker, der den Umrichter mit der 
Backplane verbindet, auf der verschiedene Signale liegen. Da die 
Backplane von mehreren Geräten benutzt wird, müssen die Signale auf dem 
Stecker flexibel aufgelegt werden können. Zu diesem Zweck wird aktuell 
eine Lötjumpermatrix verwendet. Das Problem daran ist allerdings, dass 
diese (je nach dem wer die gerade Umlötet) nur eine begrenzte 
Lebensdauer haben.

Meine Frage ist also gibt es ein Bauteil, das ich anstelle der Lötjumper 
verwenden kann? Meine Vorstellung wäre ein Baustein der eine Art 
programmierbare Schaltermatrix darstellt. Am besten für Digital- und 
Analogsignale.

Gibt es so etwas und wenn ja, wie aufwändig gestaltet sich die 
Programmierung dieser Bausteine.

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen,
Thomas I.

von Martin S. (sirnails)


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Was wird denn da gejumpert?

Sind das reine Signalleitungen, sind das stromtragende Leiter? Sind das 
aktive und passive Leitungen?

Und wieviel muss umgeschaltet werden? (doch hoffentlich nicht 160 
Leitungen, oder)??

Wie sagte man damals bei Frontal so schön: FAKTEN! FAKTEN! FAKTEN!

von jemand (Gast)


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Ne Menge Analogschalter oder Analog Multiplexer?
Wird aber kaum so platz- und kostensparend wie eine Lötmatrix

von Martin S. (sirnails)


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Alternativ spricht ja dann auch nichts gegen richtige Jumper, oder?

von Thomas I (Gast)


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Gejumpert werden ausschließlich Signalleitungen.
Der Umrichter hat eine Leistung von 5kW und bekommt die 
Versorgungsspannung durch einen Stecker in der Frontplatte. Die drei 
Phasen des Ausgangs sind ebenfalls auf der Frontplatte herausgeführt.

Gejumpert werden müssen:
- 6x PWM für die Leistungsschalter max 16kHz
- 1x Enable Signal (TLL 5V)
- 2x Error Signal  (TLL 5V)
- 1x Reset Signal  (TLL 5V)

- 1x Zwischenkreisspannung Vorliegend als differnezielles 
Spannungssignal (0 - 5V)
- 3x Phasenstrom vorliegend als differnzielles Spannungssignal (0-5V)
- 1x Temperatur als Spannungssignal mit GND Bezug (0 - 5V)

Die 10 digitalen Signale müssen auf 60 I/Os aufgeteilt werden können,
die 9 analogen Siganle auf 20 Analogeingänge.

schönen Gruß,
Thomas I.

von Thomas I (Gast)


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Die Verwendung von "normalen" Jumpern fällt leider raus, da diese zu 
viel platz verbrauchen. Ich habe ein Bild vom Umrichter im Anhang 
mitgeschickt.
Rechts erkennt wo jetzt noch die vielen Kabel angelötet sind, wird der 
168 polige Stecker montiert. Darüber links etwas unscharf das Lötfeld 
für Analogsignale, rechts (weiß umrandet) die Digitalsignale.

von Thomas I (Gast)


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Das Bild war verdreht sry ...

von Theor (Gast)


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Das Grundproblem scheint mir folgendes zu sein:

> Das Problem daran ist allerdings, dass
> diese (je nach dem wer die gerade Umlötet) nur eine begrenzte
> Lebensdauer haben.

und das muss gelöst werden, in dem fachgerecht, sorgfältig und haltbar 
gelötet wird. Das sind ja keine Kunden, die das löten, sondern 
Fachleute.

Deren Mangel an Übung oder sogar Kompetenz durch eine Schaltung 
kompensieren zu wollen, ist, meiner Ansicht nach, der falsche Weg. 
Fähigkeiten sind gerade die Voraussetzung technische Geräte zuverlässig 
aufzubauen. Würde man Deinem Weg konsequent folgen, führt das zu einem 
Zirkelschluss, denn wenn ein Fachmann schon die handwerklichen Dinge 
nicht korrekt ausführt, stehen auch die konstruktiven Fähigkeiten - 
zumindest potentiell - in Frage. Man müsste also zusätzliche 
Schaltungsteile einbauen, die diese Mängel kompensieren. Und zusätzliche 
Schaltungsteile um die möglichen Mängel in der Schaltung zu 
kompensieren, welche die ursprünglichen Mängel kompensieren soll. Ein 
endloser Zirkel.

Also: Gleich richtig löten. :-)

Ich hoffe Du kannst diesem Gedankengang etwas für Dich wertvolles 
entnehmen und ich habe höflich und freundlich genug formuliert, dass Du 
ihn annehmen kannst. Ich meine es wirklich nicht böse oder überheblich.

Viel Erfolg.

von Joachim B. (jar)


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also entweder Lötbrücken (oder Mäuseklavier) oder analog Schaltermatrix 
mit µC sowie µC der die Schalterlogik und den µC überwacht der den µC 
überwacht-> Zirkelbezug!

von Martin S. (sirnails)


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> - 6x PWM für die Leistungsschalter max 16kHz
> - 1x Enable Signal (TLL 5V)
> - 2x Error Signal  (TLL 5V)
> - 1x Reset Signal  (TLL 5V)
>
> - 1x Zwischenkreisspannung Vorliegend als differnezielles
> Spannungssignal (0 - 5V)
> - 3x Phasenstrom vorliegend als differnzielles Spannungssignal (0-5V)
> - 1x Temperatur als Spannungssignal mit GND Bezug (0 - 5V)
>
> Die 10 digitalen Signale müssen auf 60 I/Os aufgeteilt werden können,
> die 9 analogen Siganle auf 20 Analogeingänge.

Wenn Du DAS ALLES (95 Leitungen!!) umschaltbar machen willst, dann 
bekommst Du die gleiche Leiterplatte nochmal oben drauf!

Ganz ehrlich: Ich habe das gefühl, dass an Deinem Design etwas nicht 
stimmt!

von Thomas I (Gast)


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Hi Theor,

Ich stimme dir voll und ganz zu.
Leider sind hier nicht nur Fachleute, sondern auch Studenten ohne 
Ausbildung am Werk. Der Umrichter wird in einem Motorprüfwagen 
eingesetzt und ist damit teil des Laborequipments. Deshalb möchte ich 
auf eine lange Lebensdauer wert legen. Es ist nun mal, als Handwerklich 
ungeübter Student, einfacher ein Programmierkabel anzuschießen und die 
Signale neu zu programmieren, als mit einem Lötkolben auf der Platine zu 
arbeiten.

von Martin S. (sirnails)


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von Hans (Gast)


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Das schreit nach einem kleinen CPLD oder FPGA...

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von Thomas I (Gast)


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Halo Martin Schwaikert,

mit meinem Design passt soweit alles. Es funktioniert ja.
Nur habe ich gedacht das es vll eine Möglichkeit gäbe die Lötjumper 
durch etwas einfacheres zu ersetzen. Wenn dem nicht so ist bleibt es bei 
den Jumpern.

von Thomas I (Gast)


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Hallo Hans,

gibt es FPGAs oder CPLD Bautseine denn auch mit analogen Siganleingängen
oder müsste man mit disen dann externe Analogschalter ansteuern ?

von hc (Gast)


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Cypress PSoC ?

von eagle user (Gast)


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Thomas I schrieb:

> Die 10 digitalen Signale müssen auf 60 I/Os aufgeteilt werden können,
> die 9 analogen Siganle auf 20 Analogeingänge.

Das bringt uns auf Stiftleisten mit insgesamt 80 Pins und 19 flexible 
Jumper-Kabel, einseitig eingelötet und am anderen Ende mit einer 
Crimp-Kupplung, im Prinzip so etwas:

https://www.reichelt.de/Experimentier-Steckboards/STECKBOARD-JSB/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7791&ARTICLE=127440&OFFSET=16&;

Selbst mit dem "normalen" Rastermaß 2.54mm könnte es passen. Zum 
Vergleich: die 80 Pins brauchen weniger als halb soviel Platz wie der 
168-polige Stecker. Bonus: die Litzen können dort eingelötet werden, wo 
das Signal gebraucht wird (praktisch ein zusätzlicher Platinen-Layer).

Wenn immer 2 oder mehr Signale zusammengehören, kann man mehrpolige 
Stecker verwenden, da ist die Auswahl größer und das Rastermaß ggf. 
kleiner:

https://www.digikey.de/products/de/connectors-interconnects/rectangular-connectors-housings/319?k=&pkeyword=&pv1989=0&FV=11400b9%2C1140168%2C11402ee%2C11402ef%2C1140363%2C114039e%2C1600002%2C1600043%2Cffe0013f%2C1640001%2C1640068%2C164006c%2C164006d%2C1640082%2C16400bb%2C1640119%2C164004a%2C1640057&mnonly=0&ColumnSort=0&page=1&quantity=0&ptm=0&fid=0&pageSize=25

Wenn es nur wenige sinnvolle Konfigurationen gibt, könnte man eine 
20-polige und eine 80-polige Stiftleiste einbauen und pro Konfiguration 
ein passendes Kabel crimpen (beidseitig steckbar). Dann muss der 
Benutzer nur noch lesen können...

von Vanilla (Gast)


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Ein solches Problem würde ich über die Auswahl eines geeigneten Steckers 
(z.B. DIN 41612) auf der Leiterplatte lösen.

Zwei 180° VG Leisten (96 + 64 Polig) auf die Platine.
Als Gegenstück ebenfalls 180° typen mit langen Anschlussstiften.
Dort können dann leicht die Drähte angelötet werden und zusätzlich mit 
Schrumpfschlauch gesichert werden.

Und wenn dann ein Grobmotoriger einen Stecker zerschlissen hat kann 
dieser für wenig Geld ersetzt werden...


Gruß

Vanilla

von Thomas I (Gast)


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Die Idee mit den beiden Steckern finde ich sehr gut, das werden ich mal 
im Layout prüfen. Auch die Idee mit den Jumperkabeln ist recht einfach 
umzusetzen. Da kann dann an günstigen Teilen gelötet werden. Danke für 
die Ideen. Muss halt doch nicht immer programmiert werden ;). Trotzdem 
schaue ich mir die CPLDs noch mal genauer an. Das scheint ein recht 
interessantes Themengebiet zu sein. (Im Studium wohl überhört ;))

Vielen Dank schon mal an alle Beteiligten

von Martin S. (sirnails)


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Eine andere Frage:

Ist denn tatsächlich JEDE Kombination möglich, oder lässt sich das 
eventuell drastisch reduzieren?

Und sind das immer anwendungsfallspezifische Brücken, oder gibt es da 
Standardmuster?

Eventuell wäre für diesen Fall eine kleine Aufsteckleiterplatte eine 
Lösung, die das Routing einfach auf PCB hat.

von Thomas I (Gast)


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Leider ist wirklich jede Kombi möglich, liegt immer daran welche 
Komponenten mit im Rack stecken. Einige kann man auch mit Lötjumpern 
anpassen andere nicht. Das bedeutet für einen bestimmten Aufbau müssen 
die Signale dann angepasst werden. Aber es gibt schon ein zwei 
Standardfälle, wo man die Beschaltung bereits kennt. Deine Idee ist ja 
der Steckerlösung sehr ähnlich und könnte auch mit den selben Steckern 
umgesetzt werden. Ich denke das es keine schlechte Idee ist, für die 
Standardaufbauten PCBs mit Steckern vorzusehen und für die Exoten dann 
Stecker zusammen zu löten. Hab den Platz schon mal abgeschätzt im Layout 
und das könnte gehen

Danke für die Anregung

von Jack (Gast)


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Thomas I schrieb:
> Hab den Platz schon mal abgeschätzt im Layout
> und das könnte gehen

Das muss man nicht abschätzen, dass kann man rechnen.

Thomas I schrieb:
> Die 10 digitalen Signale müssen auf 60 I/Os aufgeteilt werden können,
> die 9 analogen Siganle auf 20 Analogeingänge.

Angenommen es soll ein Patchfeld mit Stiften, Stiftleisten, 
Steckverbindern o.ä. im allseits beliebten Rastermaß 2,54mm werden.

Gebraucht werden 10+60+9+20 = 99 Anschlüsse. Hey, sagen wir 10 * 10 = 
100. Dann haben wir einen Bonuspin um z.B. falsches Einstecken zu 
verhindern.

Macht ein Patchfeld von 2,54 cm * 2,54 cm. Jetzt kannst du mir nicht 
erzählen, dass dein jetziges Lötfeld kleiner ist.

Wahrscheinlich ist noch etwas Platz um etwas für/gegen die Grobmotoriker 
zu tun. Man könnte die Pins auseinanderrücken (kreuzförmig angeordnet 4 
* 5*5 Felder). Das würde es erlauben dazwischen ein Werkzeug anzusetzen 
um Steckadapter "schonend" heraushebeln zu können.

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