STM32 UART Kommunikation -> Langsamer uC Tod

Schaltplan statt Prosa.

Arokh schrieb:
> niederohmigen Pfad zwischen GND und 5V,

Am uC (ohne Platine) selbst oder "irgendwo" auf der Platine?

Irgendwo auf der Platine i.e. es kann auch der Spannungsregler oder 
andere Teile auf dem Board kaputt sein.
Siehe 
https://cdn.instructables.com/F7T/5HAB/J654QWTM/F7T5HABJ654QWTM.LARGE.jpg

Momentan hab ich keinen Zugriff zu einem Layoutprogramm also muss was 
gezeichnetes reichen.
Siehe Anhang.

> Momentan hab ich keinen Zugriff zu einem Layoutprogramm
> also muss was gezeichnetes reichen.

Ist doch völlig OK. Ich verstehe gar nicht, warum sich so viele Leute 
für Hand-Zeichnungen schämen.

Kann es sein, dass aus den PWM Eingängen der LED Treiber Spannung 
herauskommt? Miss das mal mit einem Multimeter nach.

Schliesse niemals lange (>30cm) Leitungen direkt an Mikrochips an. Diese 
Leitungen wirken wie Antennen und Fangen Störungen ein, die durchaus 
gross genug sein können, dass etwas kaputt geht.

Bei den LED Treibern könnte noch dazu kommen, dass aus ihren PWM 
Eingängen Spannung heraus kommt - vielleicht auch nur einmal kurz beim 
Einschalten.

Auch die Serielle Schnittstelle mach Probleme, wenn der eine µC bereits 
einen HIGH Pegel sendet während der andere noch keine 
Versorgungsspannung hat. Die Netzteile starten womöglich unterschiedlich 
schnell.

Wenn du keinen besseren Plan hast, schütze alle Pins wo Kabel 
angeschlossen werden so:

1

                220Ω

2

IC Ausgang o----[===]---+-------o Leitung -->

3

                        |

4

                       === 220pF

5

                        |

6

                       GND

7

8

9

                    220Ω

10

IC Eingang o----+---[===]-------o Leitung  <--

11

                |

12

               === 220pF

13

                |

14

               GND

Damit blockst du hochfrequente Störungen sicher ab und begrenzt die 
Stromstärke falls doch noch etwas Überspannung durch kommt. Den Rest 
erledigen die ESD Schutzdioden im Mikrochip, falls vorhanden.

Die "oberen" ESD Schutzdioden leiten Überspannung an den VCC Pin ab. 
Wenn der Strom dabei gross genug ist, kann dies eine Überhöhung der 
Spannungsversorgung (über 3,6V) bewirken. Um dies zu verhindern klemme 
ich eine etwas dickere Zenerdiode mit 3,6V 1,3W direkt zwischen VCC und 
GND. Diese begrenzt die Versorgungsspannung auf etwa 3,6V und verheizt 
überschüssige Energie ggf.

Die ESD Schutzdioden von PA4, PA5, PC13, PC14 und PC15 darf man laut 
Datenblatt nicht belasten.

Bei den 5V toleranten Pins des STM32 sind Eingangsspannungen über 5,5V 
nicht zulässig. Ob es hier überhaupt eine "obere" ESD Schutzdiode gibt, 
lässt das Datenblatt offen. Man sollte beim Schaltungsdesign daher am 
besten so tun, als sei sie nicht da.

Die serielle Schnittstelle ist davon betroffen. Also musst du sie 
zusätzlich extern gegen Überspannung schützen, z.B. mit einer 
Zenerdiode.

1

                      Zener

2

          220Ω        3,6V

3

Kabel o---[===]---+----|<|----| GND

4

 -->              |

5

                  +----||-----|

6

                  |   220pF

7

                  |

8

                  o

9

                 µC RxD

10

11

12

                         Zener

13

              220Ω       3,6V

14

Kabel o---+---[===]---+---|<|----| GND

15

 <--      |           |

16

         === 220pF    |

17

          |           o

18

         GND          µC TxD

Alternativ bietet sich die Verwendung von RS485 Treibern an. Sie 
enthalten üblicherweise bereits Schutzschaltungen im IC und machen das 
Ganze auch weniger Störanfällig. Dann musst du das Programm aber etwas 
ändern, wegen der Richtungs-Umschaltung zur Half-Duplex Kommunikation.

Stefanus F. schrieb:
> Bei den LED Treibern könnte noch dazu kommen, dass aus ihren PWM
> Eingängen Spannung heraus kommt - vielleicht auch nur einmal kurz beim
> Einschalten.
Das werde ich morgen mir mal genauer ansehen.

> Auch die Serielle Schnittstelle mach Probleme, wenn der eine µC bereits
> einen HIGH Pegel sendet während der andere noch keine
> Versorgungsspannung hat. Die Netzteile starten womöglich unterschiedlich
> schnell.
Das war bei mir definitiv der Fall, da ich einen uC laufen hatte während 
er andere keine Spannung hatte.

> Die "oberen" ESD Schutzdioden leiten Überspannung an den VCC Pin ab.
> Wenn der Strom dabei gross genug ist, kann dies eine Überhöhung der
> Spannungsversorgung (über 3,6V) bewirken. Um dies zu verhindern klemme
> ich eine etwas dickere Zenerdiode mit 3,6V 1,3W direkt zwischen VCC und
> GND. Diese begrenzt die Versorgungsspannung auf etwa 3,6V und verheizt
> überschüssige Energie ggf.
Ok, das kann ich nachvollziehen und werde noch eine Zenerdiode 
hinzufügen.
Was meinst du mit "oberen" ESD Schutzdioden, die des uCs?

> Schliesse niemals lange (>30cm) Leitungen direkt an Mikrochips an. Diese
> Leitungen wirken wie Antennen und Fangen Störungen ein, die durchaus
> gross genug sein können, dass etwas kaputt geht.
>
> Die serielle Schnittstelle ist davon betroffen. Also musst du sie
> zusätzlich extern gegen Überspannung schützen, z.B. mit einer
> Zenerdiode.
> Alternativ bietet sich die Verwendung von RS485 Treibern an. Sie
> enthalten üblicherweise bereits Schutzschaltungen im IC und machen das
> Ganze auch weniger Störanfällig. Dann musst du das Programm aber etwas
> ändern, wegen der Richtungs-Umschaltung zur Half-Duplex Kommunikation.
Ok, da ich eh keine passenden Zenerdioden parat habe und bei Reichelt 
bestellen muss, werde ich wohl den RS485 Treiber Weg einschlagen.
Muss ich hier darauf achten das der IC explizit ESD schutz erwähnt?

Ich habe mir mal einige ICs bei Reichelt angesehen und konnte diese in 
etwa drei Kategorien was ESD angeht einteilen:
 - ESD wird nicht erwähnt: SN75176BD (0.33€)
 - ESD Schutz begrenzt vorhanden: ADM485JR (0.99€)
 - ESD Schutz (15kV): MAX485E CSA (1.99€)

Welcher IC würde ausreichen? Ich würde gerne direkt mehrere bestellen 
weswegen ich nicht unbedingt die teuerste Variante Bestellen möchte wenn 
es nicht nötig ist.

Ich werde morgen einen neuen Plan mit den RS485 IC und Zenerdiode 
erstellen.
Vielen Dank für Deine Hilfe


Wegen der Full Duplex Diskussion:
Bisher komme ich noch damit aus nur an den Decken uC zu senden ohne das 
dieser Antworten muss. Das könnte sich aber noch ändern.
Allerdings ist Half Duplex ausreichend da die Menge an Daten die 
ausgetauscht werden müssen nur sehr gering ist und der Decken uC wird 
keine spontanen Daten senden müssen.
Zudem wäre bei RS485 mit Full Duplex doch 4 Leitungen nötig oder?
Ich habe für die Kommunikation maximal 2 Leitungen zur Verfügung.

Stefanus F. schrieb:
> Ist doch völlig OK. Ich verstehe gar nicht, warum sich so viele Leute
> für Hand-Zeichnungen schämen.

Ist doch wieder voll im kommen.
Tagsüber zeichnet der Entwickler etwas unleserliches mit Bleistift auf 
Papier.
Über Nacht wird das in Indien o.ä. ins CAE gehackt.
usw.....

Arokh schrieb:
> Was meinst du mit "oberen" ESD Schutzdioden, die des uCs?

Die Schutzdioden im Mikrochip, die Überspannung an den Eingängen nach 
VCC ableitet. Die "untere" Diode leitet negative Eingangsspannungen nach 
GND ab.

Siehe https://hackadaycom.files.wordpress.com/2015/08/esd-diodes1.png

> Muss ich hier darauf achten das der IC explizit ESD schutz erwähnt?

Das würde ich tun. Was das Datenblatt nicht verspricht ist in der Regel 
auch nicht vorhanden. Vielleicht nennen sie es nicht ESD Schutz sondern 
anders, z.B. overvoltage protection oder so.

Der SN75176B hat laut Datenblatt keine CMOS Eingänge, sondern bipolare 
Transistoren. Die sind generell weniger empfindlich was Überspannungen 
angeht. Ausserdem enthalten die Eingänge laut Zeichnung Zenerdioden zum 
Schutz.

> Zudem wäre bei RS485 mit Full Duplex doch 4 Leitungen nötig oder?

Ja. Nim Half-Duplex, dann kommst du mit den 3 Leitungen aus. Passende 
Max485 Module mit Schraubklemmen bekommt man bei Aliexpress billiger, 
als die Chips einzeln kosten.

Ja, an den PWM Pins der LED Treiber liegt in der Tat 5V Spannung an.
Da habe ich die Specs des LED Treibers nicht genau genug gelesen, da ich 
die LED Treiber PWM Pins an max 3.3V Pins des uCs angeschlossen habe.

Ich bezweifle zwar das das der Grund war warum die uCs hinüber sind, 
korrigieren werde ich es natürlich trotzdem.
Soweit ich es gesehen habe sollten die 5V toleranten Pins ausreichen. 
Die Messungen mit dem Oszilloskop ist mir zumindest nichts aufgefallen 
was dagegen sprechen würde.


Stefanus F. schrieb:
> Die Schutzdioden im Mikrochip, die Überspannung an den Eingängen nach
> VCC ableitet. Die "untere" Diode leitet negative Eingangsspannungen nach
> GND ab.
Ah das macht Sinn, ich habe zuerst an oben und unten im Sinne einer 
Position gedacht.


> Der SN75176B hat laut Datenblatt keine CMOS Eingänge, sondern bipolare
> Transistoren. Die sind generell weniger empfindlich was Überspannungen
> angeht. Ausserdem enthalten die Eingänge laut Zeichnung Zenerdioden zum
> Schutz.
> Passende Max485 Module mit Schraubklemmen bekommt man bei Aliexpress billiger,
> als die Chips einzeln kosten.
Danke, ich habe mir einige Module mit ESD Schutz bestellt.
Dauert zwar eine recht lange Zeit bis es ankommt aber solange kann ich 
an meinen Testaufbau weiterbasteln.


>> Zudem wäre bei RS485 mit Full Duplex doch 4 Leitungen nötig oder?
>
> Ja. Nim Half-Duplex, dann kommst du mit den 3 Leitungen aus.
Ich nehme an du meinst 3 Leitungen für A, B und GND.
Ist die GND Leitung Notwendig oder kann ich mir anderweitig behelfen?
Soweit ich es verstanden habe kann es in bestimmten Situationen auch 
ohne funktionieren, kann aber auch schnell zu Problemen führen (EMI, 
GNDs driften zuweit voneinander weg, etc.). Da scheint es immer wieder 
Streit drüber zu geben.
Allerdings müsste ich dafür den gelb-grünen Draht zweckentfremden um 
darüber GND laufen zu lassen, was ich eigentlich vermeiden wollte.
(In diesem Fall würde ich diesen Draht natürlich von der Erde abklemmen, 
sodass nur die uC GNDs dran hängen.
Benötigt wird der Draht nicht, da die Gehäuse nicht leitend sind und 
keine der Bauteile geerdet werden muss.)

> Ich nehme an du meinst 3 Leitungen für A, B und GND.
> Ist die GND Leitung Notwendig

Ja, weil sie das Bezugspotential darstellt. Ohne GND Leitung kann sich 
zwischen den beiden Geräten eine Potentialdifferenz >7V einstellen und 
damit kommen die Chips dann nicht mehr klar.

> Soweit ich es verstanden habe kann es in bestimmten Situationen auch
> ohne funktionieren, kann aber auch schnell zu Problemen führen

Eben, also lass solche Experimente gleich bleiben. Sonst hast du nachher 
wieder kaputte Bauteile und fragst dann hier um Hilfe.

Die Datenblätter der Chips beantworten diese frage übrigens auch 
eindeutig. Nur weil es der ein oder andere mal ohne GND hinbekommen hat, 
muss es nicht bedeuten, dass es eine gute Idee sei.

Ich kenne auch Leute die den Sinn von Erdleitern missachten weil sie 
schon einmal an die Phase gefasst haben und trotzdem noch leben.

> Allerdings müsste ich dafür den gelb-grünen Draht zweckentfremden um
> darüber GND laufen zu lassen, was ich eigentlich vermeiden wollte.

Ich glaube das darf man gar nicht. Du darfst Kleinspannung und 
Netzspannung (auch wenn es nur Erde ist) nicht in einem Kabel 
kombinieren. Wie hast du denn vorher die serielle Kommunikation mit nur 
zwei Drähten gemacht? Etwa auch mit dem Erdleiter?

ich meine: Das ist zwar nicht ausdrücklich verboten, aber es 
widerspricht den Richtlinien des VDE. Wenn da mal was passiert, kann man 
daraus eine Schuld ableiten.

Es ist ein 5 Ader 2xSchwarz 1xBraun 1xBlau 1xGelbGrün.
Braun ist L, Blau ist N wie gewohnt und liefern die Spannung für das 48V 
und 5V Netzteil. Einen schwarzen Draht hatte ich für GND den anderen als 
Datenleitung verwendet, Netzleitungen sind bei Schwarzen Drähten nicht 
im Spiel weder L, N noch Erde. Der GelbGrüne ist nicht angeschlossen 
(bzw. nur einseitig in der Wanddose mit den anderen GelbGrünen).
Wenn ich den GelbGrünen jetzt noch für GND verwende, würde ich den 
GelbGrünen von den anderen abklemmen sodass nichts mehr an dem Draht 
hängt und dann halt die GNDs dran anschließen.

Wenn du allerdings jetzt sagst, das das ein absolutes no go ist, müsste 
ich nochmal ein Wörtchen mit meinem Elektriker reden.

Wenn VCC am uC fehlt, irgendwo im Stromkreis aber noch Spannung anliegt 
(anderes Netzteil), kann und wird es i.d.R. so sein, dass über die 
Schutzdioden parasitäre Einspeisung nach VCC des uC erfolgt.

Je nach Größe von U und I bedeutet das dann gar nichts, sporadische 
Fehlfunktionen oder aber den schleichenden Tod an irgendeiner, vorher 
nicht definierbaren Stelle.

Das ist aber nur eine "allgemeine Vermutung" unter Bezug auf deinen 
Hiweis auf "mehrere Netzteile"

Gerd E. schrieb:
> Das ist aus gutem Grund nicht erlaubt: stell Dir mal vor, jemand haut
> aus Versehen ein Nagel durch Dein Kabel und verbindet damit L und Deine
> Datenleitung. Jetzt liegt Deine Schaltung plötzlich auf 230V gegenüber
> Erde. Jede Berührung wäre lebensgefährlich.

Nur um schon mal zu beruhigen:
Wenn es so nicht in Ordnung ist, werde ich es auch nicht machen und mir 
eine alternative Lösung suchen.

Es geht also nur noch um die Theorie:
In deinem Beispiel hätte ich eigentlich erwartet das ein Kurzschluss 
(über die TVS Dioden) entsteht und die Sicherung raus fliegt.

II.

Wenn IC-Eingänge an längeren Leitungen (insb. CMOS) hängen, würde ich 
nicht auf Optokoppler Schmitt Trigger verzichten. An den 
Schleppleitungen hatten wir schon Peaks über 1000V gemessen, bei 
Nutzspannung von DC=24V. Der Eingangsschutz wird gerne stifmütterlich 
behandelt, ist aber extrem wichtig, wenn die Schaltung dauerhaft und 
sicher funktionieren soll.

https://www.alldatasheet.co.kr/datasheet-pdf/pdf_kor/87933/HP/HCNW2211.html

Gerd E. schrieb:
> Und damit laufen Kleinspannung und Netzspannung zusammen in einem Kabel.
>
> Das ist aus gutem Grund nicht erlaubt: stell Dir mal vor, jemand haut
> aus Versehen ein Nagel durch Dein Kabel und verbindet damit L und Deine
> Datenleitung. Jetzt liegt Deine Schaltung plötzlich auf 230V gegenüber
> Erde. Jede Berührung wäre lebensgefährlich.

Der Hinweis ist völlig korrekt, danke. Und damit werden induktiv auch 
parasitäre Spannungen nach DC, und damit in die IC-Eingänge, 
eingespeist. AC und DC muss getrennt werden. Bei 220V auf jeden Fall.

Gerd E. schrieb:
> Die Netzteile isolieren.

Heutige Netzteile sind zuweilen nicht mehr galvanisch vom Netz getrennt. 
Ich weiß, dass sich das fremdartig anhört, ist aber so. Wer darauf 
achtet, kann beim Einstecken eines USB-Kabels manchmal einen kleinen 
Funken sehen. Das ist nicht durch die 5V begründet, sondern wenn zwei 
Netzteile an 220V hängen, die nicht galvanisch getrennt sind. 
Potentialausgleich zwischen zwei 220V Adern, durch ein paar Widerstände, 
Kondensatoren und Dioden auf ein ungefährliches Niveau runtergeregelt. 
Aber immer noch Netzspannung, das darf nicht übersehen werden.

Jedi Knight schrieb:
> Je nach Größe von U und I bedeutet das dann gar nichts, sporadische
> Fehlfunktionen oder aber den schleichenden Tod an irgendeiner, vorher
> nicht definierbaren Stelle.
Die Pinne nach Stefanus F. Vorschlag zu schützen sollte das Problem 
vermeiden.

Gerd E. schrieb:
> Die Netzteile isolieren. Jetzt kannst Du eine Stelle an Deiner Schaltung
> auf ein beliebiges Potential (z.B. das von L) legen und es gibt erst mal
> keinen Kurzschluss. Erst wenn Du dann irgendwo in Deinem
> Kleinspannungsbereich noch eine Verbindung zu N oder PE herstellst
> knallt es.
Ok, das stimmt, das war zu kurz gedacht. Da hätte dann nur noch der FI 
gerettet. Ich werde es anders lösen.

Arokh schrieb:
> Jedi Knight schrieb:
>> Je nach Größe von U und I bedeutet das dann gar nichts, sporadische
>> Fehlfunktionen oder aber den schleichenden Tod an irgendeiner, vorher
>> nicht definierbaren Stelle.
> Die Pinne nach Stefanus F. Vorschlag zu schützen sollte das Problem
> vermeiden.

Keine Einwände. Stefanus F. gibt eigentlich immer gute Tipps. Meine 
Kommis sind eher allgemein und basieren auf ähnlichen "Effekten" wie die 
bei dir beschriebenen. Ich bin sicher, dass du das Problem finden und 
lösen wirst.

Steht das schon irgendwo? Sonst die Leitungen mal mit einem Oszi messen. 
Dann siehst du, ob Peaks drauf liegen.

> Da hätte dann nur noch der FI gerettet.
Da fehlt noch ein 'vielleicht'.

Arokh schrieb:
> Wenn du allerdings jetzt sagst, das das ein absolutes no go ist, müsste
> ich nochmal ein Wörtchen mit meinem Elektriker reden.

Ich möchte Dich nicht dazu verleiten, etwas zu tun, was Dich nachher in 
Schwierigkeiten bringen könnte. Deswegen ja, rede mit einem Elektriker - 
vorzugsweise einem Meister.

Jedi Knight schrieb:
> Heutige Netzteile sind zuweilen nicht mehr galvanisch vom Netz getrennt.
> Ich weiß, dass sich das fremdartig anhört, ist aber so. Wer darauf
> achtet, kann beim Einstecken eines USB-Kabels manchmal einen kleinen
> Funken sehen. Das ist nicht durch die 5V begründet, sondern wenn zwei
> Netzteile an 220V hängen, die nicht galvanisch getrennt sind.

Wie kommst du zu dieser Aussage?
Insbesondere bei SELV finde ich die Aussage dehr gewagt.
Das liegt eher an den Y-Kondensatoren und sonstigen kapazitiven 
Kopplungen.
Dadurch liegen die Massen nicht auf dem selben Potential. Beim 
Zusammenstecken wird ein Pozentialausgleich durchgeführt. Da die Ströme 
dehr klein sind, passiert dabei nichts.