Common Anode RGB LED - Signalabgriff und Digitalisierung

[Franz M. (whotheheck)]

Hallo miteinander,

ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen und jemand hat vielleicht eine 
einfachere Lösung parat als mein momentaner Lösungsweg.

Ich möchte in einer vorhandenen Platine von einer Common Anode RGB LED 
die Einschaltungen der einzelnen LEDs mit einem AVR erfassen.

Dazu nutze ich den Spannungsabgriff an der Anode und jeweils nach den 
Vorwiderständen der Kathoden.
Die Spannung an der Anode beträgt U_A=4,1V, an den Kathoden blau und 
grün jeweils U_Kgb=1,8V und an rot U_Kr=1,4V. Die Ansteuerung erfolgt 
mit einer 4kHz PWM. Wird die LED angesteuert liegen alle Spannungen auf 
high. Soll eine der LEDs leuchten wird die jeweilige Kathoden auf low 
gezogen.
Messe ich also U_A=4,1V und U_Kgb=1,8V bzw. U_Kr=1,4V ist die jeweilige 
LED aus, messe ich U_A=4,1V und U_K=0V leuchtet die LED.
Hinzu kommt, dass ich für die Schaltung nur wenige cm² Platz habe und es 
sich um eine batteriebetriebene 3V Anwendung handelt.

Mein Ansatz der Digitalisierung sieht nun wie folgt aus:
1. Glättung des PWM Signals
2. nichtinvertierender OPV für Verstärkung von U_Kgb=1,4V bzw. U_Kr=1,8V 
auf U_K=3V
3. Spannungsteiler um Anodenspannung U_A=4,1V auf U_A=3V zu bringen
4. Differenzverstärker, der high (>1,6V) liefert, wenn U_A high, U_K low 
ist, andernfalls low (<1,2V) ausgibt.

Anforderung:
- möglichst wenig Komponenten
- möglichst geringer Energieverbrauch

Gibt es eine Möglichkeit mein Vorhaben einfacher zu realisieren?
Gibt es Einsparpotenzial beim Energieverbrauch? ...die OPVs könnten ggf. 
mittels high side logic level FET nur eingeschalten werden, wenn U_A 
high ist.

Bin für alle Anregungen dankbar. Diese Schaltung beschäftigt mich schon 
so lange, dass ich glaube nur noch mit einen Tunnelblick auf die 
Lösungsmöglichkeit zu schauen.

Ich habe meine LTSpice Simulation angefügt. Wenn es Rückfragen gibt, 
immer raus damit.

[Dieter (Gast)]

Empfehle ein Bild einzustellen, denn nicht jeder hat LTSpice.

[Dieter (Gast)]

Mal ein Beispiel, ohne die Schaltung zu kennen.

[Franz M. (whotheheck)]

Hallo Dieter, guter Hinweis. Anbei die Screenshots. Aus deinem Vorschlag 
werde ich leider nicht ganz schlau.

[Wolfgang (Gast)]

Franz M. schrieb:
> ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen und jemand hat vielleicht eine
> einfachere Lösung parat als mein momentaner Lösungsweg.

Dann zeige einfach mal einen ganz normalen Schaltplan von deinem 
Problem, ganz ohne LTSpice Simulationsgetüdel - nicht deinen 
vermeintlichen Lösungsweg.

Was hat es mit dem PWM auf sich?
Willst du jeden einzelnen Einschaltvorgang durch PWM erfassen oder 
welche Zeitauflösung benötigst du?

[Franz M. (whotheheck)]

Hier zur Verdeutlichung der mir bekannte Bereich der bestehenden 
Schaltung.

Das PWM Signal will ich im Prinzip "herausfiltern". Das wird ja nur 
genutzt um die Intensität einzustellen. Mir reicht es aber zu wissen, 
dass die jeweilige LED gerade leuchtet. Ich möchte anhand der 4 rechten 
Spannungsabgriffe nach der Signalanpassung 3 digitale Inputs am AVR 
belegen, die mir signalisieren welche LED momentan leuchtet. Die 
Versorgungsspannung des AVR beträgt 3V.

Wichtig ist noch, dass die 4,1V nur anliegen, wenn eine der LEDs 
angesteuert wird. Andernfalls ist der komplette Bereich deaktiviert.

Die Auflösung kann im ms-Bereich liegen.

[Gerd E. (robberknight)]

Franz M. schrieb:
> Das PWM Signal will ich im Prinzip "herausfiltern". Das wird ja nur
> genutzt um die Intensität einzustellen. Mir reicht es aber zu wissen,
> dass die jeweilige LED gerade leuchtet. Ich möchte anhand der 4 rechten
> Spannungsabgriffe nach der Signalanpassung 3 digitale Inputs am AVR
> belegen, die mir signalisieren welche LED momentan leuchtet.

Warum nimmst Du nicht die PWM-Signale links von den Gates der FETs und 
gehst damit auf die digitalen Inputs des AVR?

Das PWM kannst Du in Software entfernen.

Alternativ könntest Du die PWM-Signale mit einem Logikgatter wie dem 
74HC14 puffern, mit einem RC-Glied das PWM filtern und damit dann auf 
Deinen AVR-Eingang gehen.

Das Abgreifen an den LED-Pins ist schwieriger als das Abgreifen an den 
Gates der FETs.

[Dieter (Gast)]

Die Idee ist dahinter, das bei dem Beispiel Transistoren, statt MOSFETs 
gezeichnet sind. Am Ausgang D würde jeweils im Auszustand fast die 
Versorgungsspannung (4,1V) gemessen werden und an Deinem 
Spannungsmeßpunkt ca. 3,5V.
Im Einzustand läge die Spannung bei ungefähr 0,7V.

Am Ausgang A/D läge der geglättete Mittelwert an. Je nach Taktverhältnis 
der PWM ein analoger Wert zuwischen 0,7...4,1V.

[Gerd E. (robberknight)]

Dieter schrieb:
> Die Idee ist dahinter, das bei dem Beispiel Transistoren, statt MOSFETs
> gezeichnet sind.

Äh, wie nun?

Dein Schaltplan oben stimmt nicht mit der Realität überein und es sind 
dort statt FETs bipolare Transistoren verbaut?

Bitte poste einen echten Schaltplan der das zeigt, was auch in Realität 
da ist.

Wenn bipolare Transistoren verwendet werden, haben die sicher an der 
Basis einen Vorwiderstand. Vor dem könntest Du das Signal mit vollem 
Logikpegel abgreifen.

[Wolfgang (Gast)]

Franz M. schrieb:
> Die Spannung an der Anode beträgt U_A=4,1V, an den Kathoden blau und
> grün jeweils U_Kgb=1,8V und an rot U_Kr=1,4V.

Falls du nicht die Steuersignale von den Gates der MOSFETs (mit 
unbekanntem Pegel) abgreifen kannst, gehe an die Drain-Anschlüsse. Mit 
einem Pull-Up an die 3V des AVR bekommst du schöne 3V, wenn der FET 
offen ist.

Ist das zu einfach?

[Wolfgang (Gast)]

p.s.

Wolfgang schrieb:
> Mit einem Pull-Up an die 3V des AVR bekommst du schöne 3V, wenn der FET
> offen ist.

... jedenfalls wenn "? ? ?" = "| | |" ist.

Franz M. schrieb:
> Die Spannung an der Anode beträgt U_A=4,1V, an den Kathoden blau und
> grün jeweils U_Kgb=1,8V und an rot U_Kr=1,4V.

Wie gemessen und bei welchem Tastverhältnis der PWM?
Mittelwerte, Momentanwerte ...

[Franz M. (whotheheck)]

Gerd E. schrieb:
> Warum nimmst Du nicht die PWM-Signale links von den Gates der FETs und
> gehst damit auf die digitalen Inputs des AVR?

Auf genau so einen Hinweis hatte ich gehofft! Vielen Dank! So mach ichs. 
Ich kann einen optimales Signal am Gate abgreifen.
Ich war ursprünglich von einer common cathode LED ausgegangen und hatte 
mich daher so aufs Messen an der LED eingeschossen. Daher der 
befürchtete und eingetretene Tunnelblick.

-----

Dieter schrieb:
> ... an Deinem Spannungsmeßpunkt ca. 3,5V.
> Im Einzustand läge die Spannung bei ungefähr 0,7V.

Ich verstehe. Dann ist das definitiv auch eine elegante Lösungsvariante. 
Ich werde mir diese Schaltung noch einmal in einer Simulation anschauen. 
Für meinen jetzigen Fall nehme ich die Gate-Variante.

-----

Gerd E. schrieb:
> Dieter schrieb:
>> Die Idee ist dahinter, das bei dem Beispiel Transistoren, statt MOSFETs
>> gezeichnet sind.
>
> Äh, wie nun?

Huch? Eine Verwechslung von Dieter und mir?

-----

Wolfgang schrieb:
> Falls du nicht die Steuersignale von den Gates der MOSFETs (mit
> unbekanntem Pegel) abgreifen kannst, gehe an die Drain-Anschlüsse. Mit
> einem Pull-Up an die 3V des AVR bekommst du schöne 3V, wenn der FET
> offen ist.

Auch eine schöne Idee!

-----

Wolfgang schrieb:
> Franz M. schrieb:
>> Die Spannung an der Anode beträgt U_A=4,1V, an den Kathoden blau und
>> grün jeweils U_Kgb=1,8V und an rot U_Kr=1,4V.
>
> Wie gemessen und bei welchem Tastverhältnis der PWM?
> Mittelwerte, Momentanwerte ...

Gemessen mittels USB-Oszi, Peak-Peak-Werte.

[Gerd E. (robberknight)]

Franz M. schrieb:
> Gerd E. schrieb:
>> Dieter schrieb:
>>> Die Idee ist dahinter, das bei dem Beispiel Transistoren, statt MOSFETs
>>> gezeichnet sind.
>>
>> Äh, wie nun?
>
> Huch? Eine Verwechslung von Dieter und mir?

stimmt, sorry.

[Joe F. (easylife)]

Ich würde einfach 10K parallel zu jeder LED (incl. Vorwiderstand) legen.
Dann hast du am Drain des Treibers ein schönes 5V/0V (bzw. VCC/0V) 
Signal.
Die PWM kann man ja in Software rausfiltern.