Hi zusammen, bei den Logikbausteinen ist nicht ganz klar, wie die Stromversorgung auf einer Platine auszusehen hat. Zum Nachdenken brachte mit ein Ausschnitt eines Skriptes (siehe Anhang). 46mA pro Port! Das wäre ja Wahnsinn. Mir geht es hauptsächlich um diesen IC hier: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74lvc8t245-q1.pdf Dieser hat 8 Ports, der Autor schreibt unabhängig von der Last am Ende spielt die Impedanz der Leiterbahn eine Rolle. Die ja normalerweise im Bereich von 50...100 Ohm liegt. Die Fragen sind: 1.) Es fließen wirklich pro Port, also 8x z.B. 46mA. Das kann ich mir ja kaum vorstellen. 2.) Woher genau nimmt das IC den Strom, aus Vccb wenn hier die Verbraucher dran hängen? Wie muss ich also die Versorgung auslegen? 3.) Es ist die Rede von Impulsstrom, also fließt ein hoher Strom eine recht kurze Dauer. Nehmen wir an, der Strom wird aus Vccb (=1,8V) entnommen beim IC, dann wären das theoretisch kurzzeitig über 8 Ports 400mA. Muss ich dann tatsächlich die 1,8V-Versorgungsseite auf 400mA auslegen oder übernimmt das ein Stützkap der an Vcca dran hängt? 4.) Im Datenblatt des ICs stehen ja IOH und IOL, die sind bei 1,8V +/-4mA. Wie passt das dann also mit der Aussage aus dem Skript zusammen? Gruß, Marten p.s. unter der Annahme, dass die HF-Eigenschaften der Leitung an den Ports schon eine Rolle spielt weil im Bereich der kritischen Länge. Ich nehme an, dass die Aussage aus dem Skript bei kurzen Leitungsstücken nicht relevant ist und somit die Leitungsimpedanz unerheblich ist. Dann kommt wirklich nur die Eingangsimpedanz des ICs zum Tragen, der hinter dem hier angegebenen IC dran hängt, also der DC-Strom der kontinuierlich fließt.
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Impulsstrom.PNG
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Marten M. schrieb: > 1.) Es fließen wirklich pro Port, also 8x z.B. 46mA. Das kann ich mir ja > kaum vorstellen. Warum nicht? Schließ doch einfach mal einen Port von Potenzial "high" mit einem Strommesser (kurzzeitig) gegen Masse kurz. Dann kennst du die Stromergiebigkeit der Ausgangstreiber. > 2.) Woher genau nimmt das IC den Strom, aus Vccb wenn hier die > Verbraucher dran hängen? Aus de{m,n} Stützkondensator(en). Daher sind diese ja bei CMOS auch so extrem wichtig. Im Falle deines Ausgangs musst du nur einige 10 pF damit aufladen, was auch erklärt, warum die üblichen Kondensatoren von 100 nF das problemlos stemmen können. > 4.) Im Datenblatt des ICs stehen ja IOH und IOL, die sind bei 1,8V > +/-4mA. Wie passt das dann also mit der Aussage aus dem Skript zusammen? Das sind die Stromergiebigkeiten, für die am Ausgang die Einhaltung der entsprechenden Logikpegel garantiert werden. Erstens sind diese in der Praxis natürlich sowieso schon mal höher als die Garantiewerte, zweitens ist im Umschalt-Fall kurzzeitig eben noch lange nicht der andere Logikpegel erreicht, mithin der Pegelunterschied über dem treibenden Transistor sehr viel höher.
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Marten M. schrieb: > 2.) Woher genau nimmt das IC den Strom, aus Vccb wenn hier die > Verbraucher dran hängen? Das IC gibt ein "High"-Signal aus, indem es den Pin mit Vccb verbindet. Der Strom muss also daher kommen. > Nehmen wir an, der Strom wird aus Vccb (=1,8V) entnommen beim IC, dann > wären das theoretisch kurzzeitig über 8 Ports 400mA. Bei 1,8 V ist der Strom kleiner als bei 3,3 V, und der Ausgangstransistor des Pins hat auch noch eine eigene Impedanz (bei 1,8 V garantiert nicht mehr als VOL/IOL = 112 Ω, aber bei größeren Strömen auch mehr).
Marten M. schrieb: > 4.) Im Datenblatt des ICs stehen ja IOH und IOL, die sind bei 1,8V > +/-4mA. Wie passt das dann also mit der Aussage aus dem Skript zusammen? Das sind die Dauerströme, die der IC an seinen Ausgängen liefern kann, während er dabei trotzdem noch die geforderten Logikpegel einhält. Im Umschaltmoment muß er natürlich zwangsläufig beim Wechsel von z.B. L nach H durch den Zwischenbereich, hält dann also für eine gewisse Zeit die Pegelbedingungen nicht ein. Diese Zeit hängt bei gegebenem IC von der Lastkapazität ab; genau deswegen gibt es auch ein Limit für die Lastkapazität. Im Umschaltmoment ist der Ausgangsstrom deutlich höher. Und wie Jörg schon sagt, kommt der Strom hauptsächlich aus dem Abblockkondensator. Dieser muß wegen der hohen Stromspitzen auch möglichst nahe am IC sitzen und ein Typ mit niedrigem ESR sein (normalerweise Keramik). PS: die Rechnung mit der HF-Impedanz der Leiterbahnen ist zwar ganz nett, für Logikschaltungen aber in der Praxis nur von geringer Relevanz. Wie oben gesagt, gibt es immer eine Umschaltzeit und eine typische Forderung ist, daß die Umschaltzeit klein sein muß gegenüber der Zykluszeit. Sonst funktioniert die Schaltung nämlich schlicht nicht. In der Praxis gibt es also immer nennenswerte Zeiträume, in denen die Pegel stabil bleiben und keine (Umlade)ströme fließen. Ein Zahlenbeispiel: ein Signal mit 10MHz Taktfrequenz hat 100ns Zykluszeit. Wenn es symmetrisch ist, immer 50ns H und 50ns L. Bei z.B. 10ns Umschaltzeit büßt es schon 20% der H- bzw. L-Zeiten ein. Bei einer Umschaltzeit von 50ns bliebe nichts mehr vom Signal übrig. Aktuelle CPU rennnen aber mit Taktfrequenzen im GHz Bereich ...
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Jörg W. schrieb: > Im Falle deines Ausgangs musst du nur einige 10 pF damit aufladen, was > auch erklärt, warum die üblichen Kondensatoren von 100 nF das problemlos > stemmen können. Woher weißt du das? Ist das nicht abhängig von der Länge der Leitung hinten dran?
Stefan B. schrieb: > Jörg W. schrieb: >> Im Falle deines Ausgangs musst du nur einige 10 pF damit aufladen, was >> auch erklärt, warum die üblichen Kondensatoren von 100 nF das problemlos >> stemmen können. > > Woher weißt du das? Ist das nicht abhängig von der Länge der Leitung > hinten dran? Im Prinzip schon, das ist erstmal 'ne Hausnummer. Andererseits, wenn deine Leitung wirklich lang ist, dann wirkt sie halt auch irgendwann immer mehr als Leitung, d.h. die verteilte Induktivität der Leitung bewirkt, dass die entfernteren Kapazitätsbeläge die Ladung erst später bekommen als die, die direkt am Ausgang sind. Gerade für heutige Boards mit vielen SMD-Bauteilen sind aber die Leitungen innerhalb eines Boards eher elektrisch kurz, es muss also dann vor allem die Kapazität der angeschlossenen Last umgeladen werden. 100 nF Kapazität würdest du übrigens auch mit einer längeren Leitung nicht so schnell zusammen bekommen. Zum Vergleich: das entspricht dem Kapazitätsbelag von 1 km RG-58-Kabel. ;-)
Hallo Jörg, Hallo Stefan, berechtigte Frage die genau ins Schwarze trifft. Deswegen habe ich dazu geschrieben, dass die Annahme ist dass es sich um eine lange Leitung (Leiterbahn auf Platine) handelt. Wo dann auch ab der kritischen Länge die Welleneigenschaften zum tragen kommen. Aber der Autor des Skripts schreibt ja, dass der Stromimpuls sich aus Quotient von Ausgangsspannung zu Leitungsimpedanz ergibt. Kann man das echt so betrachten, dass sich durch diese Rechnung die Ladeströme ergeben? War da nicht was bei zumindest einem Koaxkabel von Z=(L/C)^0,5?
Marten M. schrieb: > Deswegen habe ich dazu geschrieben, dass die Annahme ist dass es sich um > eine lange Leitung (Leiterbahn auf Platine) handelt. Wie ich schon schrieb: wenn du nicht gerade etwas in der Größenordnung eines PC-Mainboards baust, sind die meisten Leiterzüge auf heutigen Platinen eher elektrisch kurz. Da schlägt dann die Lastkapazität des anderen Endes deutlich auf den Anfang durch, da sie im Vergleich zur Kapazität der Leitung (und damit auch deren Induktivität) relativ groß ist. Wenn du bspw. 3 cm Leitung hast, hat diese in seinem Beispiel 3 pF Kapazitätsbelag, der IC am anderen Ende jedoch vielleicht 5 pF. Für eine tatsächlich lange Leitung ist der Wellenwiderstand das, auf das sich der Strom dann einpegelt, bis die Umladung vollzogen ist. OK, Leitungstreiber benutzt man natürlich vor allem dort, wo man nicht so kurze Verbindungen hat. Insofern passt das, was da im Skript steht. Zu Z80-Zeiten hatte oftmals jede Platine ihre eigenen Leitungstreiber (dazumals in Schottky-TTL, gute Heizöfen :), sowas findest du ja heute eher selten.
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