Hallo zusammen,
folgende Situation: mein 3.3V PWM-Signal meines µC soll durch eine
gestörte Umgebung über eine halbwegs weite Strecke einen Treiber für
einen MOSFET ansteuern.
Meine Idee: das Single-Ended 3V3-PWM-Singal per zusätzlichen IC als
differentielles Signal zum Treiber weiterleiten und kurz davor per
Komparator in ein Single-Ended zurück wandeln.
Mein Baustein der Wahl für das Wandeln in ein differentielles Signal mit
5V Amplitude: AD8476-877860 (Datenblatt ist mit angehängt).
Meine Beschaltung:
+IN = PWM-Singal
-IN = GND
=> Single-Ended-Input
+Vs = 5V
-Vs = GND
=> Common Mode Voltage = 2.5V, um welche mein diff. Signal dann
wechselt
Mein Problem:
Ist mein PWM-Signal HIGH, bekomme ich eine Spannungsdifferenz von 5V
zwischen den beiden Ausgängen meines Differenzierer-ICs. Das ist gut.
Ist mein PWM-Signal LOW, bekomme ich eine Differenzspannung von fast
Null und beide Outputs liegen auf der CommonMode Spannung von 2.5V. Der
Störabstand ist daher wieder zu gering, sodass ich nichts gewonnen habe.
Ich hätte gehofft, dass mein +Out dann auf 0V und mein -Out auf 5V
springen würde; Entgegengesetzt zum PWM-HIGH-Verhalten.
so sieht es aus:
5V .......... ...........
: :
2.5V ._._._._._._._.
| |
0V ________| |___________
so soll es aussehen:
5V .........._____________...........
: :
2.5V : :
| |
0V ________|.............|___________
Laut Simulation kann ich dieses Problem beheben, wenn ich in -IN nicht
GND, sondern ein invertiertes PWM-Signal (also 180° phasenverschoben zum
+IN) anlege. Aber wenn ich das so einfach könnte, hätte ich ja schon ein
differentielle Signal und bräuchten den Diff-IC nicht mehr. Oder
verstehe ich da was falsch?
Meine Fage:
Kennt einer einen IC, der mir aus einem einfache Single-Ended-Signal ein
differentielles Signal erzeugt, welches 2.5V CommonMode-Spannung hat;
mit +5V betrieben wird und beide Ausgänge gegensätzlich zwischen +5V und
GND hin und her schaltet? Oder hat einer eine andere Idee, wie dies zu
realisieren wäre?
LVDS ist mir eine zu kleine Spannung. Der Rauschabstand sollte schon
Richtung 4V bis 5V gehen.
Danke für eure Hilfe,
Peter
Wie wäre es mit einem RS485 Treiber?
Das entspricht nicht ganz deiner Anforderung, aber ist schon nahe dran.
Außerdem erlauben die Eingänge dieser IC's bis zu 7V Offset.
@ Peter (Gast)
>folgende Situation: mein 3.3V PWM-Signal meines µC soll durch eine>gestörte Umgebung
Wie gestört? Was stört da?
> über eine halbwegs weite Strecke einen Treiber für>einen MOSFET ansteuern.
Wie weit?
>Meine Idee: das Single-Ended 3V3-PWM-Singal per zusätzlichen IC als>differentielles Signal zum Treiber weiterleiten und kurz davor per>Komparator in ein Single-Ended zurück wandeln.
Kann man machen, ist aber wahrscheinlich Overkill. Nimm Koaxkabel und
gut.
Möglicherweise reicht auch einfach verdrilltes Kabel, ggf. mit Schirm
ala CAT3 oder CAT5 Netzwerkkabel.
>Mein Baustein der Wahl für das Wandeln in ein differentielles Sigal mit>5V Amplitude: AD8476-877860 (Datenblatt ist mit angehängt).
Falscher IC. Nimm einen RS485 Treiber ala MAX485.
>LVDS ist mir eine zu kleine Spannung. Der Rauschabstand sollte schon>Richtung 4V bis 5V gehen.
Warum? Auch Rs485 Empfänger haben nur ca. +/-200mV Schaltschwellen und
funktionieren auch in gestörten Umgebungen meistens sehr gut.
lange Leitung ist ein großer Begriff.
Ich würde niemals das PWM Signal auf eine Lange Leitung geben, übertrage
doch lieber per CAN Tranceiver den Wert und setze es vor Ort in eine PWM
um. Das Protokoll muss ja nichts großes sein.
bei der Schalterei und besonders einigen Sonderlocken muss man immer
berücksichtigen, welche Schaltzeiten man braucht. Manchmal tut es ein
pullup, manchmal ein schneller FET.
bei "langen" Leitungen ist etwas Bandbegrenzung durchaus nützlich ...
Hallo alle zusammen,
danke für die Anregungen.
Joe F. schrieb:> Wie wäre es mit einem einfachen Inverter? Der macht dir aus deinem> 3.3V/0V PWM-Signal das 2. passende 0V/3.3V Signal für deinen Treiber.
Daran habe ich auch schon gedacht. Nur leider würde das wieder ein Delay
erzeugen (mind. ein paar ns), was mir dann ein "dreiwertiges
Steuerverfahren" mit einer extra Stufe beschert. Das wäre nicht so gut.
Falk B. schrieb:>>folgende Situation: mein 3.3V PWM-Signal meines µC soll durch eine>>gestörte Umgebung>> Wie gestört? Was stört da?
Schalte GaN-650V-FETs. Sehr schnelle Flanken und unvermeidbare
Stromoszillationen im Kommutierungskreis.
>> über eine halbwegs weite Strecke einen Treiber für>>einen MOSFET ansteuern.>> Wie weit?
Habe eine Europlatine für die PWM-Generierung und leite die Signale dann
über ein ca. 30cm langes geschirmtes RJ45-Kabel weiter.
@Peter (Gast)
>> Wie gestört? Was stört da?>Schalte GaN-650V-FETs. Sehr schnelle Flanken und unvermeidbare>Stromoszillationen im Kommutierungskreis.
Spochtlich!
>> Wie weit?>Habe eine Europlatine für die PWM-Generierung und leite die Signale dann>über ein ca. 30cm langes geschirmtes RJ45-Kabel weiter.
Dann machst du doch schon fast alles richtig! Das reicht! Ich hoffe du
hast das PWM-Signal mit der zugehörigen Masse an ein verdrillte Paar
angeschlossen und auch den Schirm beidseitig und HF-tauglich auf GND
gelegt.
Peter schrieb:> Joe F. schrieb:>> Wie wäre es mit einem einfachen Inverter? Der macht dir aus deinem>> 3.3V/0V PWM-Signal das 2. passende 0V/3.3V Signal für deinen Treiber.> Daran habe ich auch schon gedacht. Nur leider würde das wieder ein Delay> erzeugen (mind. ein paar ns), was mir dann ein "dreiwertiges> Steuerverfahren" mit einer extra Stufe beschert. Das wäre nicht so gut.
Du brauchst ein Bauteil, was gleichzeitig das invertierte und
nichtinvertierte Signal mit identischer Durchlaufzeit generiert.
Mit zwei XOR-Gates kann man das machen!
Zweiter Eingang einmal auf Gnd, einmal auf Vcc.
Gibt bei "0" non-inv., bei "1" den Inverter, z.B. mit 74LVC86A.
Da beide Gates im selben IC ist deren Durchlaufzeit praktisch identisch.
Gruss
Falk B. schrieb:> Auch Rs485 Empfänger haben nur ca. +/-200mV Schaltschwellen und> funktionieren auch in gestörten Umgebungen meistens sehr gut.
Die Schaltschwellen des Empfängers sind ja nicht entscheidend - die
Störfestigkeit ist so gut, weil die Sender mit 3 bis 5 V Signalpegeln
arbeiten. Googeln nach Störabstand hilft da vielleicht weiter.
Differenzsignale mit 200 mV Amplitude an einen RS485-Empfänger zu senden
ist ganz sicher keine gute Idee.
Georg
Hallo,
> Peter schrieb:> Mein Problem:> Ist mein PWM-Signal HIGH, bekomme ich eine Spannungsdifferenz von 5V> zwischen den beiden Ausgängen meines Differenzierer-ICs. Das ist gut.> Ist mein PWM-Signal LOW, bekomme ich eine Differenzspannung von fast> Null und beide Outputs liegen auf der CommonMode Spannung von 2.5V. Der> Störabstand ist daher wieder zu gering, sodass ich nichts gewonnen habe.
deine Betrachtung geht zwar vom Prinzip her in die richtige Richtung,
aber ist doch ein Holzweg.
Bei Störbeeinflussungen auf Signalleitungen ist nicht die Spannung
alleine entscheidend, sondern die Leistung.
https://de.wikipedia.org/wiki/Signal-Rausch-Verh%C3%A4ltnis
Eine hochohmige Spannungsüberttragung mit 100V Spannungshub und 1nA
Strom (Signalleistung 0,1uW) ist also um einige Größenordnungen weniger
störfest als eine Übertragung mit 1V und 10mA (10mW) -> Faktor 100000!
Zusätzlich kommen weitere Aspekte hinzu:
Frage nach Störempfindlichkeit der Leitung und Art der Störungen.
-> symetrisch, umsymetrisch
-> Schirmung
-> Verdrillung
Bei Treibern mit hoher Flankensteilheit bekommst du auch noch
HF-technische Effekte (wegen Oberwellen im Bereich von zig MHz), wenn
die Leitung nicht Impedanzmäßig korrekt abgeschlossen wird.
https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand#Der_Leitungsabschluss_bei_Spannungspulsen
Da kann es sein, dass der Transistor bei jeder Schaltflanke mehrfach
geschaltet wird und das ganze System "spinnt".
Dieser Abschluss (Terminierung) hat dann nebenbei auch noch den netten
Effekt, dass die die Signalübertragung mit Anpassung läuft, was das SNR
per Definition schon mal optimiert.
https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsanpassung
Du siehst, das ganze Thema ist weitaus komplexer, als deine einfache
Spannungsbetrachtung.
Ob du nun tatsächlich ein differentielles Signal brauchst, kann niemand
sagen, denn Aussagen wie:
"eine gestörte Umgebung" und "eine halbwegs weite Strecke" sind so
unspezifisch, dass man da nix zu raten kann.
Auf alle Fälle ist die Angabe einer max.Rauschspannung und die
Verwendung eine analogen Verstärkers eher techn. Nonsense.
Aber zumindest hast du dein eigentliches Problem ganz gut beschrieben.
Deshalb mein Rat:
1) Prüfe, ob der Zusatzaufwand gerechtfertigt ist
Mit einer Signalleitung, über die nicht nur Spannung, sondern auch ein
def. Strom übertragen wird, verbessert sich das Problem erheblich.
Vor den Empfänger sollte man also einen vernünftigen Lastwiderstand
setzen. Zusätzliches Tiefpassverhalten am Eingang (RC-Glied) verhindert
dass Spikes durch kommen.
2) Fall es doch sinnvoll erscheint, eine diff. Übertr. zu machen, dann
mache es dir einfach und nimm die schon angesprochenen RS485-Treiber.
Dazu paarig verdrillte Signalleitung mit Schirm z.B. LiyCy(TP) und eine
korrekte Terminierung.
3) Weil Störungen auch über Masseverbindungen und Betriebsspannungen
eingeschleppt und übertragen werden, evtl. auch das ganze gleich galv.
getrennt. Auch ordentlichem Überspannungsschutz nicht vergessen.
Aber beachte auch: Um Probleme zu vermeiden, Treiber nur so schnell wie
nötig wählen. Statt der Standardtreiber für 5...15 MBit also besser
einen Bandbreitenbegrenzten Treiber für max. ca. 250...500 KHz.
http://www.analog.com/en/products/interface-isolation/rs-232-rs-422-rs-485/interface-rs-485-rs-422/adm483e.html
Mit galv. Trennung z.B. einen ADM2481 oder ISO3082
http://www.analog.com/en/products/interface-isolation/rs-232-rs-422-rs-485/isolated-rs-485.htmlhttp://www.ti.com/lsds/ti_de/isolation/isolated-rs-485-products.page
Gruß Öletronika
Übertrage das nichtinvertierte und das invertierte Signal. Im Empfänger
machst Du aus beiden wieder 1 Signal. In meiner Firma wurden auf diese
Art TTL-Zählsignale eines Laserinterferrometers über ca. 8m übertragen.
Das Ganze hat sehr zuverlässig funktioniert.
U. M. schrieb:> 1) Prüfe, ob der Zusatzaufwand gerechtfertigt ist> Mit einer Signalleitung, über die nicht nur Spannung, sondern auch ein> def. Strom übertragen wird, verbessert sich das Problem erheblich.> Vor den Empfänger sollte man also einen vernünftigen Lastwiderstand> setzen. Zusätzliches Tiefpassverhalten am Eingang (RC-Glied) verhindert> dass Spikes durch kommen.
Früher, bevor es UDMA gab, hat man mit Bustreibern aus 74xx24x Reihe
recht flott Festplattendaten über 30-40cm übertragen. Da hatte man noch
nicht mal eine Masse zwischen jedem Signaldraht, dafür aber rund 30 wild
klappernde Signale auf dem Kabel. Auch SCSI konnte ganz schön schnell
werden, bevor man differentiell werden musste. Als Terminierung hab ich
da 220/330Ω in Erinnerung.
MfG Klaus
