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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik WS2811 passive Bauelemente für Platinendesign


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Autor: Christian G. (christian1984)
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Hallo zusammen.
Ich bin neu hier im Forum und hoffe man kann mir helfen.

Ich werde eine Platine layouten, auf der RGB LEDs einzelnd angesteuert 
werden müssen.
Dies wird mit Hilfe der WS2811 Treiber Chips bewerkstelligt.

Unklar ist mir bei der ganzen Sache, ob ich wirklich 2 Widerstände mit 
je 33 Ohm (R3 und R2) benötige. In der angehängten Zeichnung, entnommen 
aus dem Datenblatt des WS2811, ist dies so eingezeichnet.
Im Text darunter wird von einem gesprochen.

Hat jemand damit Erfahrung?

Wenn ja, dann stellt sich mir direkt die Frage, welche Leistung der/die 
Widerstände vertragen müssen. In der Regel sind sie sehr dezend in der 
Wattage.

C1 wird ein 0.1µF Keramikkondensator. 6,3V ist die Arbeitsspannung des 
Kondensators. Sollte auch passen, oder?
R1 soll ein 100Ohm Widerstand sein. auch hier stelle ich mir die Frage, 
welche Last dieser vertragen muss?

Wie Ihr seht bin ich bei den Komponenten und der Verschaltung ziemlich 
aufgeworfen.
Kann mir jemnad wertvolle Tipps geben?
Ich würde mich sehr freuen.

VG Christian

Autor: 123 (Gast)
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Christian G. schrieb:
> Unklar ist mir bei der ganzen Sache, ob ich wirklich 2 Widerstände mit
> je 33 Ohm (R3 und R2) benötige.

Diese Serienwiderstände sind primär da um die Steilheit der Schaltflanke 
zu limitieren. Wenn die Flanken zu steil sind, werden nicht nur starke 
EMV-Störungen verursacht sondern es kommt auch noch zu Reflexionen auf 
längeren Leiterbahnen. Die können dann die Kommunikation 
beeinträchtigen. Außerdem begrenzen sie im Fehlerfall oder ESD-Einschlag 
den Strom zumindest ein klein wenig. Ob du sie wirklich brauchst hängt 
von vielen Faktoren ab (Länge der LED-Kette, Qualität deiner 
Stromversorgung und Zuleitung). Es schadet nicht sie vorzusehen (falls 
du Kommunikationsprobleme hast).

Christian G. schrieb:
> Wenn ja, dann stellt sich mir direkt die Frage, welche Leistung der/die
> Widerstände vertragen müssen. In der Regel sind sie sehr dezend in der
> Wattage.

Eigentlich egal. Wir verbauen 0402, wenn du händisch löten möchtest 
würde ich 0603 nehmen. Hatten noch nie Probleme damit.

Christian G. schrieb:
> C1 wird ein 0.1µF Keramikkondensator. 6,3V ist die Arbeitsspannung des
> Kondensators. Sollte auch passen, oder?

Düngt mir wenig. Ich würde mindestens 16V Typen nehmen. Gerade 
Keramikkondensaotren (insbesondere die kleinen Packages) haben eine 
starke Abhängigkeit der Kapazität von der Betriebsspannung (!). Bei 
100nF eigentlich nicht kritisch aber wieso nimmst du nicht die 50V 100nF 
Standard-Typen?

Autor: Christian G. (christian1984)
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123 schrieb:
> Christian G. schrieb:
>> Unklar ist mir bei der ganzen Sache, ob ich wirklich 2 Widerstände mit
>> je 33 Ohm (R3 und R2) benötige.
>
> Diese Serienwiderstände sind primär da um die Steilheit der Schaltflanke
> zu limitieren. Wenn die Flanken zu steil sind, werden nicht nur starke
> EMV-Störungen verursacht sondern es kommt auch noch zu Reflexionen auf
> längeren Leiterbahnen. Die können dann die Kommunikation
> beeinträchtigen. Außerdem begrenzen sie im Fehlerfall oder ESD-Einschlag
> den Strom zumindest ein klein wenig. Ob du sie wirklich brauchst hängt
> von vielen Faktoren ab (Länge der LED-Kette, Qualität deiner
> Stromversorgung und Zuleitung). Es schadet nicht sie vorzusehen (falls
> du Kommunikationsprobleme hast).
Hallo. Leider komme ich erst heute dazu auf deinen Support zu Antworten.
Es wird eine ca 1,5m Lange Platine mit 150LEDs. Kommunikationsprobleme 
werde ich erst nach Fertigstellung merken können. die Platine wird smd 
bestückt.
Die Zuleitung wird extern realisiert. Ich gehe von einem kurzen 
Leitungsweg aus. Am Ende soll der Streifen per DMX angesteuert werden. 
Kundenspec. Es wird zur Kommunikation ein Offboardübersetzer verwendet.
Also sollte ich besser, um böse Überraschungen zu vermeiden, an jedem DI 
und DO einen Widerstand vorsehen. Beide mit 33 Ohm?
>
> Christian G. schrieb:
>> Wenn ja, dann stellt sich mir direkt die Frage, welche Leistung der/die
>> Widerstände vertragen müssen. In der Regel sind sie sehr dezend in der
>> Wattage.
>
> Eigentlich egal. Wir verbauen 0402, wenn du händisch löten möchtest
> würde ich 0603 nehmen. Hatten noch nie Probleme damit.
Ich würde ebenfalls 0402 verwenden. Danke.
>
> Christian G. schrieb:
>> C1 wird ein 0.1µF Keramikkondensator. 6,3V ist die Arbeitsspannung des
>> Kondensators. Sollte auch passen, oder?
>
> Düngt mir wenig. Ich würde mindestens 16V Typen nehmen. Gerade
> Keramikkondensaotren (insbesondere die kleinen Packages) haben eine
> starke Abhängigkeit der Kapazität von der Betriebsspannung (!). Bei
> 100nF eigentlich nicht kritisch aber wieso nimmst du nicht die 50V 100nF
> Standard-Typen?
Okey. der Kondensator wird sich ja eh nur auf die Arbeitsspannung 
aufladen? Sprich beim entladen kann keine Überspannung generiert werden. 
Wenn ich richtig liege, dann soll der Kondensator den Einschaltstrom 
(PWM) puffern? Dann kann ich auch 50V Arbeitsspannung @100nF vorsehen.
Wo liegt der Vorteil bei einer höheren Arbeistspannung der 
Kondensatoren?

Gibt es noch mehr Erfahrungstipps? Ich bin für alles dankbar.

Autor: Falk B. (falk)
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@Christian Gille (christian1984)

>Ich werde eine Platine layouten, auf der RGB LEDs einzelnd angesteuert
>werden müssen.
>Dies wird mit Hilfe der WS2811 Treiber Chips bewerkstelligt.

Das ist nicht schwer.

>Unklar ist mir bei der ganzen Sache, ob ich wirklich 2 Widerstände mit
>je 33 Ohm (R3 und R2) benötige.

Nein, sie sind überflüssig bis unsinnig.

>Hat jemand damit Erfahrung?

Ja. Sogar gemessen.

https://www.mikrocontroller.net/articles/WS2812_Ansteuerung

Beitrag "Re: Differnz-Signal für WS2812B"

>C1 wird ein 0.1µF Keramikkondensator. 6,3V ist die Arbeitsspannung des
>Kondensators. Sollte auch passen, oder?

Man muss es nicht übertreiben. Jeder einfache, 100nF/25V Kondensator 
reicht hier.

>R1 soll ein 100Ohm Widerstand sein. auch hier stelle ich mir die Frage,
>welche Last dieser vertragen muss?

Laß diese Widerstände weg, sie sind Unsinn bis kontraproduktiv.

>Wie Ihr seht bin ich bei den Komponenten und der Verschaltung ziemlich
>aufgeworfen.

Wirklich? Wo man so gut wie keine Bauteile hat?

Autor: Falk B. (falk)
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@123 (Gast)

>> Unklar ist mir bei der ganzen Sache, ob ich wirklich 2 Widerstände mit
>> je 33 Ohm (R3 und R2) benötige.

>Diese Serienwiderstände sind primär da um die Steilheit der Schaltflanke
>zu limitieren.

Nö. Sie sollen wohl einen Serienterminierung darstellen. Die ist aber 
überflüssig, denn die steckt schon in den ICs. Siehe mein anderer 
Beitrag.

>>beeinträchtigen. Außerdem begrenzen sie im Fehlerfall oder ESD-Einschlag
>den Strom zumindest ein klein wenig.

Nicht wirklich.

Autor: Falk B. (falk)
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@Christian Gille (christian1984)

>Hallo. Leider komme ich erst heute dazu auf deinen Support zu Antworten.
>Es wird eine ca 1,5m Lange Platine mit 150LEDs.

Warum nimmst du nicht einfach einen fertigen LED-Streifen?

>Kundenspec. Es wird zur Kommunikation ein Offboardübersetzer verwendet.
>Also sollte ich besser, um böse Überraschungen zu vermeiden, an jedem DI
>und DO einen Widerstand vorsehen. Beide mit 33 Ohm?

UNSINN!

>Ich würde ebenfalls 0402 verwenden. Danke.

Ebenfalls UNSINN! Warum so einen winzigen Widerstand nutzen, wenn die 
anderen Bauteile DEUTLICH größer sind?

>Okey. der Kondensator wird sich ja eh nur auf die Arbeitsspannung
>aufladen?

Sicher.

>Wenn ich richtig liege, dann soll der Kondensator den Einschaltstrom
>(PWM) puffern?

Nicht ganz, es ist ein Entkoppelkondensator für den IC.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator

> Dann kann ich auch 50V Arbeitsspannung @100nF vorsehen.
>Wo liegt der Vorteil bei einer höheren Arbeistspannung der
>Kondensatoren?

Es sind leicht verfügbare Standardbauteile und du hast Reserven.

Autor: Kopfschüttel (Gast)
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123 schrieb:
> EMV-Störungen

Elektromagnetische Verträglichkeit-Störungen - was für eine Unfug

Warum sollte Verträglichkeit zu Störungen führen?

Autor: Kopfschüttel (Gast)
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Christian G. schrieb:
> ... in der Wattage ...

So schlimm?

Wenn du Wortfindungsschwierigkeiten hast:
https://de.wikipedia.org/wiki/Verlustleistung

Autor: Christian G. (christian1984)
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So.
Da ist ja wieder ordentlich was zusammengekommen.

Ich versuche das nochmal zusammenzufassen.

Einen Standardstreifen kann ich nicht verwenden, da zum einen der Pitch 
vorgegeben und nicht immer gleichbleibend ist. Die Geometrie der Platine 
(FR4 Pflicht) ist nicht gerade. Ich muss zusätzlich Löcher in die 
Platine einbringen um eine Verschraubung zu gewährleisten etc. Die 
Specs. sagen nein zum Standard...

Die Widerstände an den DiDos sind wohl nicht ganz so wichtig und können 
gegebenfalls auch ganz weggelassen werden. Wenn ich doch einen verwenden 
würden, so hätte dies allerdings keine negativen Einflüsse. 
Wirtschaftliche Gründe vernachlässige ich an dieser Stelle. Somit halte 
ich mir die Entscheidung noch offen, weder aber wahrscheinlich einen 
verwenden. Somit kann ich mich jederzeit auch auf das Datenblatt 
beziehen, in dem dies so vorgegeben ist.
Der angesprochene WS2812 Chip sitzt mit im LED Gehäuse? Können dort 
nicht auch intergriert bereits Widerstände sitzen? Ich habe keine Ahnung 
und möchte nichts falsch machen.

Der Entkoppelkondensator C1 ist definitiv wichtig für den IC und ist mit 
100nF richtig bemessen. Ich werde einen mit 25V wählen. Bei 150 
Kondensatoren, die im Einschaltmoment geladen werden kurzzeitig wie ein 
Kurzschluss), sollte ich den Ladestrom begrenzen.
Ist das eine Funktion des R1 Widerstandes oder leige ich komplett falsch 
und der Widerstand hat nichts mit dem Kondensator zu tun? R1 soll 100 
Ohm betragen. Welche Leistung muss er vertragen? Sind 100mW ausreichend?


Die Packages können größer gewählt werden, da LED und IC im Vergleich 
recht groß sind. Ich  nehme an, dass diese dann kostengünstiger sind. 
Andere Vorteile sind mir nicht bekannt.

Vielen Dank euch allen!
Ich bin kein Elektroniker. Deswegen habe ich so meien Schwierigkeiten.

Autor: Falk B. (falk)
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@Christian Gille (christian1984)

>Die Widerstände an den DiDos sind wohl nicht ganz so wichtig und können
>gegebenfalls auch ganz weggelassen werden.

Ja.

>Wenn ich doch einen verwenden
>würden, so hätte dies allerdings keine negativen Einflüsse.

Kommt drauf an. Die interne Serienterminierung ist ziemlich gut und 
genau an 100 Ohm Wellenwiderstand angepaßt. Wenn man jetzt 33 Ohm 
extern in Reihe schaltet, wir die Widerstandsanpassung eher schlechter.

>ich mir die Entscheidung noch offen, weder aber wahrscheinlich einen
>verwenden. Somit kann ich mich jederzeit auch auf das Datenblatt
>beziehen, in dem dies so vorgegeben ist.

Super, dann hast du dich an das "Gesetz" gehalten, es geht aber ggf. 
trotzdem nicht, oder zumindest schlechter. OMG!

>Der angesprochene WS2812 Chip sitzt mit im LED Gehäuse?

Ja.

> Können dort
>nicht auch intergriert bereits Widerstände sitzen?

Möglich, aber unwahrscheinlich.

>Kondensatoren, die im Einschaltmoment geladen werden kurzzeitig wie ein
>Kurzschluss), sollte ich den Ladestrom begrenzen.

Nö, das verkraften die meisten Spannungsregler oder Netzteile schon und 
machen das selber.

>Ist das eine Funktion des R1 Widerstandes oder leige ich komplett falsch
>und der Widerstand hat nichts mit dem Kondensator zu tun? R1 soll 100
>Ohm betragen. Welche Leistung muss er vertragen? Sind 100mW ausreichend?

Vergiss ihn!

>Ich bin kein Elektroniker. Deswegen habe ich so meien Schwierigkeiten.

Warum machst du dann das Projekt? Es ist ja anscheinend kein reines 
Hobby sondern zumindest eine Auftragsarbeit für jemand anderen.

Autor: Joachim B. (jar)
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Christian G. schrieb:
> C1 wird ein 0.1µF Keramikkondensator. 6,3V

derating beachtet?
Beitrag "Re: Keramikkondensator Überspannung"

ich würde keinen Kerko mit 6,3V bei 5V wählen, allenfalls eine 2-10x 
größeren

oder sollen am WS2811 Power LEDs ran?

Christian G. schrieb:
> Einen Standardstreifen kann ich nicht verwenden, da zum einen der Pitch
> vorgegeben und nicht immer gleichbleibend ist.

warum überhaupt WS2811 tuts nicht WS2812b?
gibt es auch als bedrahtete oder SMD LED in verschiedensten Größen

oder sollen am WS2811 Power LEDs ran?

Christian G. schrieb:
> Der Entkoppelkondensator C1 ist definitiv wichtig für den IC
logisch!

Christian G. schrieb:
> Die Widerstände an den DiDos sind wohl nicht ganz so wichtig und können
> gegebenfalls auch ganz weggelassen werden.

nicht unbedingt am ersten Din nach längeren Leitungen!

Christian G. schrieb:
> Bei 150
> Kondensatoren, die im Einschaltmoment geladen werden kurzzeitig wie ein
> Kurzschluss), sollte ich den Ladestrom begrenzen.

das wären gigantische 150x 0,1µ also 15µF wie hoch wird der Strom wohl 
sein kA, MA? bei 15µ würde ich keinen Gedanken an Einschaltstrom 
verschwenden!

Gesamtstrom von 150 x 0,06A = 9,6A für typische RGB LEDs ist eine andere 
Hausnummer

Falk B. schrieb:
> Die interne Serienterminierung ist ziemlich gut und
> genau an 100 Ohm Wellenwiderstand angepaßt. Wenn man jetzt 33 Ohm
> extern in Reihe schaltet, wir die Widerstandsanpassung eher schlechter

und es gibt Geisterbilder auf der Glotze, oder 2x rot statt 1x rot? an 
der LED.....
haha

er darf nur kein 600 Ohmkabel verwenden dann wirds echt übel

: Bearbeitet durch User
Autor: Markus M. (adrock)
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Hi,

@Falk:

Die Betrachtung der Signale ist interessant und trifft auf die WS2812(B) 
wohl zu. Allerdings spricht der TO von einem WS2811. Für diesen 
empfiehlt der Hersteller lt. Datenblatt durchaus besagte 
Serienwiderstände.

Bei den WS2812b sind diese im Datenblatt nicht enthalten. Das würde sich 
ja mit Deinen Messergebnissen decken, aber auch bedeuten, dass für den 
WS2811 die Widerstände durchaus sinnvoll sein könnten.


Ansonsten würde auch ich die fertigen LEDs anstelle der Kombi aus IC/LED 
bevorzugen. Die WS2812B bzw. Klone (APA....) gibt es auch bedrahtet, als 
5mm, 8mm, mit/ohne Streukopf, Klar/Matt...

Einziger Grund für den WS2811 wäre, dass man entweder High-Power LEDs 
oder mehrere LEDs in Reihe verwenden möchte (12V).

: Bearbeitet durch User
Autor: Christian G. (christian1984)
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Markus M. schrieb:
> Hi,
>
> @Falk:
>
> Die Betrachtung der Signale ist interessant und trifft auf die WS2812(B)
> wohl zu. Allerdings spricht der TO von einem WS2811. Für diesen
> empfiehlt der Hersteller lt. Datenblatt durchaus besagte
> Serienwiderstände.
>
> Bei den WS2812b sind diese im Datenblatt nicht enthalten. Das würde sich
> ja mit Deinen Messergebnissen decken, aber auch bedeuten, dass für den
> WS2811 die Widerstände durchaus sinnvoll sein könnten.
>
Ich habe gehofft dass das Thema einfacher ist:-)
Aber mich freut die rege Diskussion.
>
> Ansonsten würde auch ich die fertigen LEDs anstelle der Kombi aus IC/LED
> bevorzugen. Die WS2812B bzw. Klone (APA....) gibt es auch bedrahtet, als
> 5mm, 8mm, mit/ohne Streukopf, Klar/Matt...
>
> Einziger Grund für den WS2811 wäre, dass man entweder High-Power LEDs
> oder mehrere LEDs in Reihe verwenden möchte (12V).

Guten Morgen.
Ich kann leider keine TopView LEDs verwenden. Es müssen sideview LEDs 
sein. Keine Reihenschaltung der LEDs An 12V. Jede einzeln und somit an 
5V.
Ja. Ich komme auf knapp 10A. Das ist heftig, aber ich habe ordentlich 
Platinenmaterial um richtig große Leiterbahnen zu verwenden.

Auch die LED selber ist klar spezifiziert.
@Falk. Was meinst du zum Input von Markus M?

Autor: Falk B. (falk)
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@Christian Gille (christian1984)

>Ja. Ich komme auf knapp 10A. Das ist heftig, aber ich habe ordentlich
>Platinenmaterial um richtig große Leiterbahnen zu verwenden.

Wenn das mal nicht schief geht, vor allem als Nichtelektroniker.

Beitrag "Re: Frage zu IR-Remote+LED-Strips an AVR"

Selbst wenn man 50um Kupferdicke annimmt (35um Grundschicht + ~20um 
Galvanik) kommt man selbst mit 10mm breiten Bahnen nur auc 0,5mm^2 
Querschnitt.

>@Falk. Was meinst du zum Input von Markus M?

Er hat recht. Möglicherweise sind die ICs unterschiedlich. Mach die 
Widerstände an die DO Ausgänge und miß. Im Zweifelsfall kannst du die 
auch mit 0 Ohm bestücken, wenn sie nicht gebraucht werden. Anders herum 
ist es DEUTLICH schwieriger, wenn du 150 Leiterbahnen auftrennen mußt, 
um dort Widerstände einzufügen. Den Widerstand für die 
Spannungsversorgung (R1) brauchst du aber nicht.

Autor: Markus M. (adrock)
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Evtl. kannst Du die Leiterbahnen mit aufgelötetem Draht verstärken, ist 
natürlich nicht unbedingt "professionell". Verzinnen würde natürlich 
auch schon etwas bringen.

Ansonsten wenn die PCBs sowieso gefertigt werden, kannst Du natürlich 
auf 4 Lagen gehen und dann 2 Lagen für GND und Vdd verwenden. Der 
Unterschied in den Kosten zwischen 2 und 4 lagigen Platinen ist nicht 
immens.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joachim B. (jar)
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Markus M. schrieb:
> Ansonsten wenn die PCBs sowieso gefertigt werden, kannst Du natürlich
> auf 4 Lagen gehen und dann 2 Lagen für GND und Vdd verwenden. Der
> Unterschied in den Kosten zwischen 2 und 4 lagigen Platinen ist nicht
> immens.

besser

Christian G. schrieb:
> Ich kann leider keine TopView LEDs verwenden. Es müssen sideview LEDs
> sein.

sind 90° abgewinkelte bedrahtete (WS2812B) LEDs auch

Christian G. schrieb:
> Ja. Ich komme auf knapp 10A. Das ist heftig, aber ich habe ordentlich
> Platinenmaterial um richtig große Leiterbahnen zu verwenden.

wenns doch nicht reicht! nachrechnen

dann zumindest mehrere Einspeisepunkte 5V vorsehen notfalls mit DC/DC 
stepdown, dann wird die Hauptstrecke mit 24V statt 5V entlastet, der 
Strom auf einer 24V Leitung ist nur ca. 1/5 damit wird nicht so wenig CU 
Widerstand nötig und auch Spannungsabfall auf der 24V Line ist 
unkritischer weil die DC/DC stepdown ja einen weiten Eingangsbereich 
haben, mehr jedenfalls als die WSxxx

: Bearbeitet durch User

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