Hallo, anhand welches Parameters erkenne ich an einem IC-Datenblatt ob dieser eine möglichst lange Leitung /Leiterbahn (=Leitungskapazität) noch gut treiben kann? Beispiel eines Transceivers: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74lvc8t245-q1.pdf Hintergrund der Frage - es gibt viele (Transceiver, Driver, Shifter etc.) und habe eine recht lange Leitung wo ich CMOS 1,8 oder 5V treiben möchte. Daher möchte ich den besten IC nehmen, der mit möglichst viel Cap dran klar kommt. Gruß, Marten
@Marten M. (mcgonahy148) >anhand welches Parameters erkenne ich an einem IC-Datenblatt ob dieser >eine möglichst lange Leitung /Leiterbahn (=Leitungskapazität) noch gut >treiben kann? Der Ausgangsstrom. >möchte. Daher möchte ich den besten IC nehmen, der mit möglichst viel >Cap dran klar kommt. Man sollte aber aufpassen, daß man nicht einen unnötig schnellen und starken Treiber nimmt, der macht dann ggf. wieder neue Probleme, siehe Wellenwiderstand.
Bei langen Leitungen müssen reelle Impedanzen getrieben werden, die sich aus Kapazitätsbelag und Induktivitätsbelag ergeben. Damit es nicht zu Reflektionen kommt, können bzw. müssen die Leitungen abgeschlossen werden. Ein Leitungstreiber "sieht" keine Kapazität mehr, deswegen muss er nur schnell und niederohmig genug sein. Die zu treibenden Impedanzen liegen bei größenordnungsmäßig 100 bis 200 Ohm.
Marten M. schrieb: > Hintergrund der Frage - es gibt viele (Transceiver, Driver, Shifter > etc.) und habe eine recht lange Leitung wo ich CMOS 1,8 oder 5V treiben > möchte. Daher möchte ich den besten IC nehmen, der mit möglichst viel > Cap dran klar kommt. ?!? Du weisst nicht mal ansatzweise, wie eine Leitung funktioniert. Relevant sind die hohen Geschwindigkeiten, weil für hohe Geschwindigkeiten auch hohe Flankensteilheit nötig ist und die erzeugen Reflektionen (Waveforms). So funktioniert ein Kabel: http://www.ti.com/lit/an/sdya010/sdya010.pdf Und wenn man keinen Ärger will, nimmt man immer den Treiber, der eine möglichst geringe Flankensteilheit produziert und trotzdem noch schnell genug für die Übertragung ist.
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Uwe B. schrieb: > Bei langen Leitungen müssen reelle Impedanzen getrieben werden, die sich > aus Kapazitätsbelag und Induktivitätsbelag ergeben. Damit es nicht zu > Reflektionen kommt, können bzw. müssen die Leitungen abgeschlossen > werden. Ein Leitungstreiber "sieht" keine Kapazität mehr, deswegen muss > er nur schnell und niederohmig genug sein. Die zu treibenden Impedanzen > liegen bei größenordnungsmäßig 100 bis 200 Ohm. Hi Uwe, ok, ja das kenne ich aus der Leitungstheorie. Das Ersatzschaltbild aus RLC. Leider bin ich nun nicht mehr in der 50 Ohm Welt, wo mir das meist etwas klarer ist. Da fehlt mir manchmal die Brücke rüber zur Digitaltechnik. Die einen reden aber von möglichst viel Strom am IO, die anderen mehr von der HF-Thematik "Reflektionen". Die Leitungskapazitäten wollen geladen werden. Leitung/Quelle/Verbraucher haben unterschiedliche Impedanzen, gibt Reflektionen. Alles richtig. Aber auf was schaue ich nun primär bei der Auswahl eines Leitungstreibers? Iout oder dass seine Impedanz = Leitungsimpedanz? Oder oder? :-) Gruß, M
Michael B. schrieb: > Marten M. schrieb: >> Hintergrund der Frage - es gibt viele (Transceiver, Driver, Shifter >> etc.) und habe eine recht lange Leitung wo ich CMOS 1,8 oder 5V treiben >> möchte. Daher möchte ich den besten IC nehmen, der mit möglichst viel >> Cap dran klar kommt. > > ?!? > > Du weisst nicht mal ansatzweise, wie eine Leitung funktioniert. > > Relevant sind die hohen Geschwindigkeiten, > > weil für hohe Geschwindigkeiten auch hohe Flankensteilheit nötig ist > > und die erzeugen Reflektionen (Waveforms). > > So funktioniert ein Kabel: > > http://www.ti.com/lit/an/sdya010/sdya010.pdf > > Und wenn man keinen Ärger will, nimmt man immer den Treiber, der eine > möglichst geringe Flankensteilheit produziert und trotzdem noch schnell > genug für die Übertragung ist. Hallo Michael, vielen Dank für deinen wertvollen Beitrag! Du konntest natürlich nicht wissen, dass in meinem Falle die Taktfrequenz weniger eine Rolle spielt (kann auch im niedrigen kHz-Bereich oder geringer sein). Was Flankensteilheiten sind und Reflektionen, ist mir bekannt. Danke. Auch die Leitungstheorie ist mir schon mal unter gekommen. Zu deinem tollen Beispiel hunderter Messungen - schön dass man hier sieht, was die Theorie sich so einfallen hat lassen. Die Reflektionen gefallen mir. In wie fern mich das nun weiter bringt, kann ich mir nicht erklären. Vielleicht hast du nochmal einen schlauen Input. Mich würde natürlich interessieren, ob ein Treiber-IC dessen Ausgang keine Leistung bringt (= Strom), dessen Ausgangsimpedanz aber zur Leitung und zum Verbraucher passt, in der Realität noch verwendbar ist. Kurzum - auf welchen Parameter schaust du im Datenblatt, damit du das Signal von A nach B bekommst, wenn es sich um keine koaxiale Übertragung handelt?
Marten M. schrieb: > auf welchen Parameter schaust du im Datenblatt, damit du das > Signal von A nach B bekommst, wenn es sich um keine koaxiale Übertragung > handelt? 2000V ESD Robustheit. Kurzschlussfester Ausgang der bei Kurzschluss nicht gleich die Versorgungsspannung der Schaltung runterzieht würe nützlich. Ein 100 Ohm Widerstand in Seire kann also nicht schaden, gleich passend zur Leitungsimpedanz. Ob Eingangsimpedanz zu Ausgangsimpedanz passt, ist bei gelegentlichem Schalten aber egal. Auch eine begrenzte slew rate damit keine unerwünschten Störabstrahlungen und Reflektionen auftreten ist bei gelegentlichem Schalten egal.
Marten M. schrieb: > Uwe B. schrieb: >> Ein Leitungstreiber "sieht" keine Kapazität mehr, deswegen muss >> er nur schnell und niederohmig genug sein. Die zu treibenden Impedanzen >> liegen bei größenordnungsmäßig 100 bis 200 Ohm. > ok, ja das kenne ich aus der Leitungstheorie. Das Ersatzschaltbild aus > RLC. Leider bin ich nun nicht mehr in der 50 Ohm Welt, wo mir das meist > etwas klarer ist. Da fehlt mir manchmal die Brücke rüber zur > Digitaltechnik. Das ist genau das gleiche. Hast du denn nun endlich mal den Artikel Wellenwiderstand im hiesigen Wiki gelesen? Wie Falk weiter oben empfohlen hatte? Da steht das alles drin. > Aber auf was schaue ich nun primär bei der Auswahl eines > Leitungstreibers? Für dein "SPI über 1 Meter fünfzig bei wenigen Kilohertz"? Vollkommen Pillepalle. Ein CMOS-Ausgang HC oder HCT reicht völlig. Verdrillte Leitungen (Signal und GND oder bedarfsweise auch Signal und Vcc). Und dazu einen Widerstand auf der Treiberseite zur Serienterminierung. Twisted pair Kabel hat ca. 100R Impedanz. Ein CMOS-Ausgang etwa 50R. Bleiben noch 50R Serienwiderstand. Fertig. Optional auf der Empfangsseite noch einige Dutzend pF nach GND (gegen HF-Einstreuungen) und einen Empfänger mit Schmitt-Trigger Charakteristik. Für die Übertragung solltest du 5V Pegel nehmen. Die Wandlung auf/von 1.8V dann am anderen Ende der Leitung machen.
Marten M. schrieb: > Daher möchte ich den besten IC nehmen, der mit möglichst viel > Cap dran klar kommt. Den gibt es leider nicht. (Sonst gäbe es nur einen einzigen). Deine Aufgabenstellung ist unklar: Willst du eine lange (verdrillte 2-Draht) Leitung (ein Treiber und ein Empfänger) treiben oder ein Bus-System auf der Leiterplatte mit vielen Steckverbindern und Empfängern daran. Mit differentiellen Treibern oder mit unipolaren? Ein elektrisch kurzes System oder elektrisch langes System. (Treiberanstiegszeit < 2 * Leitungslaufzeit oder darüber). Uwe B. schrieb: > Die zu treibenden Impedanzen > liegen bei größenordnungsmäßig 100 bis 200 Ohm. Ich halte 100 Ohm für die Obergrenze. 200 Ohm sind eine gute Sendeantenne (Faltdipol) aber keine gute Übertragungsstrecke. Bei Bus-Systemen (VME-Bus) sind es eher maximal 50 Ohm die im schlimmsten Fall in der Mitte getrieben werden müssen. Gruß Anja
Anja schrieb: > Marten M. schrieb: >> Daher möchte ich den besten IC nehmen, der mit möglichst viel >> Cap dran klar kommt. Sag doch nur wie lang die Leitung ist und wie hoch die Taktfrequenz ist. Wer ist denn der Receiver? mfg Klaus
Klaus R. schrieb: > Anja schrieb: >> Marten M. schrieb: >>> Daher möchte ich den besten IC nehmen, der mit möglichst viel >>> Cap dran klar kommt. > > Sag doch nur wie lang die Leitung ist und wie hoch die Taktfrequenz ist. > Wer ist denn der Receiver? > mfg Klaus 1-2m, SPI, niedriger kHz-Bereich
Anja schrieb: > Deine Aufgabenstellung ist unklar: Willst du eine lange (verdrillte > 2-Draht) Leitung (ein Treiber und ein Empfänger) treiben oder ein > Bus-System auf der Leiterplatte mit vielen Steckverbindern und > Empfängern daran. > Mit differentiellen Treibern oder mit unipolaren? > Ein elektrisch kurzes System oder elektrisch langes System. > (Treiberanstiegszeit < 2 * Leitungslaufzeit oder darüber). Ok, sorry :-) Es gibt eine MCU/uC der SPI generiert und auch empfängt. An diesem ein Kabel von ca. 1-2m. Am anderen Ende hängen mehrere Verbraucher in einer Bus-Struktur auf Platine. Bus halt für das MOSI, CLK Signal. CS und MISO sind einzeln geführt. uC spricht 5V CMOS, Verbraucher 1,8V CMOS. Also Leitung würde ich dann schon als elektrisch lange bezeichnen. Zwischen Verbrauchern und Master muss noch ein Levelshifter um die 5V-->1,8V bzw. 1,8V-->5V zu übersetzen.
Hallo, da hast Du dir aber einen ungünstigen Fall ausgesucht. Eine lange Übertragungsstrecke mit 100-120 Ohm und dann viele kapazitive Lasten (nicht gleichmäßig verteilt) am Ende. Wenn das zuverlässig funktionieren soll würde ich die Übertragungsstrecke von der Signalverteilung elektrisch trennen. -> Die Übertragungsstrecke hat dann genau einen Sender und einen Empfänger je Leitung. Alles andere befindet sich hinter den Leitungstreibern/Empfängern. Ich würde da ich sowieso eine Trennung brauche gleich noch mittels RS232 oder RS422/RS485 (oder CAN) die Anzahl der Leitungen reduzieren wollen. SPI ist nicht für lange Leitungen gedacht und macht außerhalb der Leiterplatte nur Ärger. Gruß Anja
Marten M. schrieb: > Also Leitung würde ich dann schon als elektrisch lange bezeichnen. Elektrisch lang ist solch eine Leitung wenn Wellenphänomene auftauchen. Marten M. schrieb: > 1-2m, SPI, niedriger kHz-Bereich Bei 1 MHz haben wir eine Wellenlänge von 200 m. Also in Deinem Fall benimmt sich der Strom noch wie Strom. Die Kapazität der Receiver, hier weniger der Leitung, spielt aber eine Rolle. Die Rechtecke werden verschliffen. Anja schrieb: > Wenn das zuverlässig funktionieren soll würde ich die > Übertragungsstrecke von der Signalverteilung elektrisch trennen. > -> Die Übertragungsstrecke hat dann genau einen Sender und einen > Empfänger je Leitung. Alles andere befindet sich hinter den > Leitungstreibern/Empfängern. Anja hat Dir schon eine vernüftige Lösung genannt. Mach es so. mfg Klaus
Anja schrieb: > da hast Du dir aber einen ungünstigen Fall ausgesucht. > Eine lange Übertragungsstrecke mit 100-120 Ohm und dann viele kapazitive > Lasten (nicht gleichmäßig verteilt) am Ende. Ähhm. > Wenn das zuverlässig funktionieren soll würde ich die > Übertragungsstrecke von der Signalverteilung elektrisch trennen. Ja, natürlich würde man das so machen. Schon wegen der Pegelwandlung. Die "lange" Strecke mit 1.8V oder gar gemischt 1.8V und 5V Pegel zu fahren ist unsinnig. Man wird schön den höheren Störabstand für 5V mitnehmen. Und dann auf der fernen Seite nach der Signalregenerierung den Pegel wandeln und die gebufferten 1.8V Signale lokal verteilen. Man müßte halt noch ein bißchen was über die "Leitung" wissen. Die Impedanz sollte schon halbwegs bekannt und vor allem über die Länge konstant sein.
Klaus R. schrieb: > Marten M. schrieb: >> Also Leitung würde ich dann schon als elektrisch >> lange bezeichnen. > > Elektrisch lang ist solch eine Leitung wenn > Wellenphänomene auftauchen. > > Marten M. schrieb: >> 1-2m, SPI, niedriger kHz-Bereich > > Bei 1 MHz haben wir eine Wellenlänge von 200 m. Das stimmt -- spielt aber keine Rolle, denn das gilt für Sinus. Wenn die Flankensteilheit bei 10ns liegt, landen wir grob geschätzt schon bei 50MHz, also 4m Wellen- länge.
Anja schrieb: > Uwe B. schrieb: >> Die zu treibenden Impedanzen >> liegen bei größenordnungsmäßig 100 bis 200 Ohm. > Ich halte 100 Ohm für die Obergrenze. Hmmm... Eine 0,2 mm breite MicroStrip mit 0,2 mm Dielektrikum (FR4) hat ca. 63 Ohm. Eine Stripline sogar nur 40 Ohm. Das ist so ungefähr das eine Extrem. Andererseits kommt eine 0,2 mm breite MicroStrip auf einer 2-seitigen LP, also 1,6 mm Dielektrikum, auf ca. 140 Ohm. Das sind die, mit denen ich oft zu tun habe. Viel mehr wird es dann aber tatsächlich nicht mehr. (Bei Flachkabeln mit einer Signalader zwischen 2 Masseleitungen kommt man auch auf ca. 100 Ohm.) Prinzipiell zu Ausgangsfrage: Wenn am Ende einer langen Leitung viele Teilnehmer über eine kurze Distanz die Leitung kapazitiv belasten, kann man das so betrachten, dass - vorausgesetzt, an der Quelle gibt es zur Verhinderung von Effekten durch Reflektionen einen Serienwiderstand mit Leitungsimpedanz - an dem "kurzen" Ende eine ohmsche Quelle mit einer Kapazität belastet wird. Dass das Ganze also ein klassischer RC-Tiefpass ist. Wichtig: Lang heißt: Erheblich viel länger als die zur Flankensteilheit gehörende Strecke. Kurz heißt genau das Gegenteil. Bei gleichmäßig verteilten kapazitiven Lasten in nicht zu großen Abständen (-> Bus) lässt sich das auch noch ganz gut beherrschen, weil die Leitungsimpedanz einfach nur geringer wird. Mit eine "besseren" Leitungstreiber kann man da gar nichts verbessern.
Marten M. schrieb: > 1-2m, SPI, niedriger kHz-Bereich Dann reicht als Sender ein normaler CMOS-Ausgang mit 50..100Ω in Reihe. Kritisch ist allerdings, daß die Empfänger Reflexionen noch nicht als Nutzsignal erkennen dürfen, also entsprechend langsam sind. Als Filter auf der Empfängerseite nehme ich daher gerne langsame Schmitt-Trigger, z.B. CD4093, CD40106. Es müssen richtige Schmitt-Trigger sein mit hoher Hysterese.
Axel S. schrieb: > Ja, natürlich würde man das so machen. Schon wegen der Pegelwandlung. > Die "lange" Strecke mit 1.8V oder gar gemischt 1.8V und 5V Pegel zu > fahren ist unsinnig. Man wird schön den höheren Störabstand für 5V > mitnehmen. Und dann auf der fernen Seite nach der Signalregenerierung > den Pegel wandeln und die gebufferten 1.8V Signale lokal verteilen. > > Man müßte halt noch ein bißchen was über die "Leitung" wissen. Die > Impedanz sollte schon halbwegs bekannt und vor allem über die Länge > konstant sein. Der Plan war ja auch die 5V CMOS Ausgänge des Arduinos zu verwenden und zu übertragen. Erst dort dann auf 1,8V Wandeln. Die Leitung ist entweder ein Flachbandkabel oder Twisted Pairs.
Egon D. schrieb: > Wenn die Flankensteilheit bei 10ns liegt, landen > wir grob geschätzt schon bei 50MHz, also 4m Wellen- > länge. Immer noch weit von meinen 1,5m entfernt.
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