Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Optokoppler für UART


von ck (Gast)


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Ich muss zwei Schaltungsteile galvanisch isolieren. Auf der einen Seite 
liegt das GND-Potential auf der Netzspannung.
Es sollten Problemlos 115,2kBaud möglich sein.

Hat jemand Erfahrung welche Optokoppler sich da gut eignen?

von minifloat (Gast)


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Der gute 6N137?
mfg mf

von Olaf (Gast)


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Optokoppler sind da langsam aus der Mode.
Heute nimmt man eher galvanische oder kapazitive Koppler.

Olaf

von Thosch (Gast)


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Olaf schrieb:
> Optokoppler sind da langsam aus der Mode.
> Heute nimmt man eher galvanische oder kapazitive Koppler.

Analog Devices hat da z.B. einiges. Habe gute Erfahrungen mit deren 
Isolatoren aus der ADUM-Serie gemacht. Gibts in verschiedenen 
Kanalzahlen und Konfigurationen, wahlweise auch mit integrierten 
Spannungswandlern (was hier wohl nicht nötig ist, da auf der zu 
trennenden Seite ja schon eine Versorgung  für den Controller vorhanden 
ist)

https://www.analog.com/en/parametricsearch/11037#/

von Frank K. (fchk)


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ck schrieb:
> Ich muss zwei Schaltungsteile galvanisch isolieren. Auf der einen Seite
> liegt das GND-Potential auf der Netzspannung.
> Es sollten Problemlos 115,2kBaud möglich sein.

Mein Vorschlag:

https://www.analog.com/en/products/adum221n.html

Du brauchst die Version ADuM221N1BRWZ mit Default-Zustand 1 
(UART-Ruhepegel) in SOIC16W (wegen der geforderten Kriechstrecke 
zwischen Netzspannung und Schutzkleinspannung). Und Du willst Du 5kV 
Isolationsspannung haben, um den hiesigen Vorschriften zu genügen. 
Keyword im Datenblatt: "VDE certificate of conformity DIN V VDE V 
0884-10 (VDE V 0884-10):2006-12 VIORM = 849 V peak"

fchk

von H. H. (Gast)


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Frank K. schrieb:
> (wegen der geforderten Kriechstrecke
> zwischen Netzspannung und Schutzkleinspannung)

Geht auch mit Schlitz in der Leiterplatte.

von Falk B. (falk)


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H. H. schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> (wegen der geforderten Kriechstrecke
>> zwischen Netzspannung und Schutzkleinspannung)
>
> Geht auch mit Schlitz in der Leiterplatte.

Der Schlitz in der Leiterplatte erhöht nur den Kriechweg auf selbiger, 
nicht aber auf dem Gehäuse des Optokopplers! Es hat schon seinen Sinn, 
warum es die für erhöhte Anforderungen mit extrabreiten Gehäusen gibt.

von H. H. (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Der Schlitz in der Leiterplatte erhöht nur den Kriechweg auf selbiger,
> nicht aber auf dem Gehäuse des Optokopplers! Es hat schon seinen Sinn,
> warum es die für erhöhte Anforderungen mit extrabreiten Gehäusen gibt.

Normal reichen die 5kV beim Standardgehäuse ja.

von ck (Gast)


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Danke für den Input

Ich werde es erstmal mit Optokoppler probieren.
Der 6N 137 sieht vielversprechend aus.

Je nachdem ob die geplante Baud-Rate nur bei maximal 57600 liegt, werde 
ich den EL 816 EVL nehmen.

von Stefan F. (Gast)


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Für einfache Optokoppler habe ich mal gelesen, das hohe 
Übertragungsfrequenzen einen niederohmigen Arbeitswiderstand am Ausgang 
erfordern. Dahinter wiederum braucht man dann einen Verstärker um auf 
gültige Logik-Pegel zu kommen.

Stimmt das?

von Falk B. (falk)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Für einfache Optokoppler habe ich mal gelesen, das hohe
> Übertragungsfrequenzen einen niederohmigen Arbeitswiderstand am Ausgang
> erfordern.

Ja, bei passiven mit Phototransistor oder Photodiode.

> Dahinter wiederum braucht man dann einen Verstärker um auf
> gültige Logik-Pegel zu kommen.

Eben den hat der 6N137 schon eingebaut.

von Georg (Gast)


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H. H. schrieb:
> Normal reichen die 5kV beim Standardgehäuse ja

Du hast überhaupt nicht verstanden worum es geht. Unverantwortlich, mit 
"GND Potential auf Netzspannung" macht man keine Scherze.

Georg

von Bauform B. (bauformb)


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Frank K. schrieb:
> https://www.analog.com/en/products/adum221n.html
>
> Du brauchst die Version ADuM221N1BRWZ mit Default-Zustand 1
> (UART-Ruhepegel) in SOIC16W (wegen der geforderten Kriechstrecke
> zwischen Netzspannung und Schutzkleinspannung).

Warum nicht den ADuM226N1? Der ist nur halb so groß, sieht aber 
ansonsten identisch aus - bis auf einen winzigen Unterschied, weswegen 
der 221 eigentlich nicht geeignet ist
221: Minimum External Tracking (Creepage): 7.8mm min
226: Minimum External Tracking (Creepage): 8.3mm min

> Und Du willst Du 5kV Isolationsspannung haben, um den hiesigen
> Vorschriften zu genügen.

Du willst den Stempel haben, dass der Koppler zertifiziert ist. Die 5kV 
ergeben sich dann von selbst. Wenn nur 5kV irgendwo im Werbetext steht, 
heißt das garnichts und dann kommt so ein Unfug dabei raus:
H. H. schrieb:
> Normal reichen die 5kV beim Standardgehäuse ja.
H. H. schrieb:
> Geht auch mit Schlitz in der Leiterplatte.


Für 115200 Baud sind die magnetischen und kapazitiven Koppler total 
überdimensioniert und produzieren deshalb unnötige Störungen, nicht nur 
mit der Trägerfrequenz. Die ADuM-Ausgänge schalten in 2.5ns, der 
ISO7721DWV übertreibt völlig mit 0.7ns.

Im Gegensatz dazu hat der Optokoppler ACPL-W61L-060E (oder -560E) auf 
10ns Slew Rate-begrenzte Ausgänge. Und er braucht nur halb soviel Strom 
wie der ADuM, die LED ist mit 2mA spezifiziert und der Empfänger braucht 
max. 1.3mA. Auch sonst hat er wenig Ähnlichkeit mit einem klassischen 
Optokoppler. Ach ja, die Isolation innen drin ist mehr als dreimal so 
dick wie bei den ADuMs und ISOs.

von m.n. (Gast)


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ck schrieb:
> Je nachdem ob die geplante Baud-Rate nur bei maximal 57600 liegt, werde
> ich den EL 816 EVL nehmen.

Der kann einen Tick zu langsam sein.
PC900 wäre ausreichend, ist aber wegen seines Alters schwer zu bekommen.

Mit dem 6N137 hatte ich schlechte Erfahrungen gemacht; die 
Gleichtaktunterdrückung war nicht gut. Der baugleiche HCPL2601 lief 
problemlos. Das mag am jeweiligen Hersteller gelegen haben - zu lange 
her.

von H. H. (Gast)


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Georg schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Normal reichen die 5kV beim Standardgehäuse ja
>
> Du hast überhaupt nicht verstanden worum es geht. Unverantwortlich, mit
> "GND Potential auf Netzspannung" macht man keine Scherze.

Du bist es, der nichts verstanden hat.

von H. H. (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Du willst den Stempel haben, dass der Koppler zertifiziert ist. Die 5kV
> ergeben sich dann von selbst. Wenn nur 5kV irgendwo im Werbetext steht,
> heißt das garnichts und dann kommt so ein Unfug dabei raus:
> H. H. schrieb:
>> Normal reichen die 5kV beim Standardgehäuse ja.
> H. H. schrieb:
>> Geht auch mit Schlitz in der Leiterplatte.

Dein Problem, wenn du nichts raffst.

von Clemens L. (c_l)


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m.n. schrieb:
> ck schrieb:
>> Je nachdem ob die geplante Baud-Rate nur bei maximal 57600 liegt, werde
>> ich den EL 816 EVL nehmen.
>
> Der kann einen Tick zu langsam sein.

Mit Digitalsignalen kann ein einfacher Fototransistor nur ungefähr 10 
kbps.

Mit diversen Tricks kommt man weiter, aber auch nicht bis 57.6 kbps:
Beitrag "Optokoppler Schaltzeiten beschleunigen (z.B. CNY17)"

> PC900 wäre ausreichend, ist aber wegen seines Alters schwer zu bekommen.

Wenn man seinen H11L1-Klon nicht "H11L1" nennt, dann kauft ihn keiner. 
Den H11L1 gibt es noch überall, und ist für diese UART-Anwendung ideal.

von Olaf (Gast)


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> Für einfache Optokoppler habe ich mal gelesen, das hohe
> Übertragungsfrequenzen einen niederohmigen Arbeitswiderstand am Ausgang

Ja, bisher war es so das Optokoppler bei hohen Datenuebertraungsraten
und wenn man auch viel Uebertragen hat den neuen Kopplern unterlegen
waren weil ein Optokoppler viel mehr Leistung braucht. Daher fuer alles
was mit Batterien arbeitet oder sonstwie wenig Leistung hat eher 
schlecht. Vor allem auch wenn man die Leistung auf der anderen Seite 
auch noch ueber einen DCDC Wandler bringen muss.

Dafuer waren die induktiv oder kapazitiv arbeitenden Koppler unterlegen 
wenn man nur selten mal ein paar Bytes uebertragen musste weil die immer 
Leistung gebraucht haben um den letzten Pegel zu halten.

Letzteres hat sich aber bei den neuesten Typen stark verbessert.

Und dann kommt noch hinzu das ein Optokoppler ein Schmerz im Arsch ist 
was Langzeitzuverlaessigkeit vor allem bei hohen Temperaturen angeht.

DAfuer koennen die anderen Koppler schonmal Stoerungen bei EMV machen 
oder in andere Schaltungsteile einstreuen.

Hat also alles seine Vor und Nachteile.

Olaf

von ElektroFH (Gast)


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Olaf hat gut zusammengefasst.

Apropo, Typen wie EL817 und ähnliches wäre hier kein passende Kaliber.
UART mit 115kbits wird zu schnell, besonders über Temperatur oder mit 
Verälterung des LEDs.
 6N137 wird auch unter LED Älterung leiden, wenn mit Glück nicht andere 
Efekte auftauchen.

Vorher erwähnte ADUM221N1, ADUM141, auch mit DC/DC integrierte 
ADUM6420/21/22 usw. könnten interessant sein.
https://www.analog.com/en/products/interface-isolation.html

von Falk B. (falk)


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ElektroFH schrieb:
> 6N137 wird auch unter LED Älterung leiden, wenn mit Glück nicht andere
> Efekte auftauchen.

Was für ein GEJAMMER!!! Es wurden und werden MILLIONEN von Optokopplern 
verbaut und bei gescheiter Dimensionierung, welche auch ein WENIG 
Alterung berücksichtigt, läuft das PROBLEMLOS! Es ist NICHT so, wie hier 
oft direkt oder unterschwellig dargestellt, daß Optokoppler wie die 
Fliegen sterben! Bei normalen Betriebsbedingungen rechnet man 
SCHLIMSTENFALLS (aka worst case) mit einer Abnahme der LED-Lichtleistung 
nach ca. 20 Jahren um 50%. Real eher weniger. Statistische Daten habe 
ich dazu allerdings nicht!

Also bitte mal die Kirche im Dorf lassen, erst recht bei einem pissigen 
UART mit 115kBaud!

von Bauform B. (bauformb)


Angehängte Dateien:

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Falk B. schrieb:
> Bei normalen Betriebsbedingungen rechnet man
> SCHLIMSTENFALLS (aka worst case) mit einer Abnahme der LED-Lichtleistung
> nach ca. 20 Jahren um 50%.

...wenn man die LED mit 20mA foltert. Avago hat eine Gebrauchsanleitung

https://docs.broadcom.com/doc/AV02-4387EN

von Falk B. (falk)


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Bauform B. schrieb:
> Bei normalen Betriebsbedingungen rechnet man
>> SCHLIMSTENFALLS (aka worst case) mit einer Abnahme der LED-Lichtleistung
>> nach ca. 20 Jahren um 50%.
>
> ...wenn man die LED mit 20mA foltert. Avago hat eine Gebrauchsanleitung
>
> https://docs.broadcom.com/doc/AV02-4387EN

Also noch weniger, wenn gleich hier "nur" mit 8mA mittlerem Strom 
getestet bzw. hochgerechnet wurde (den Test haben die nicht 35 Jahre 
laufen lassen).
Und welche Anwendung läuft 30 Jahre Nonstop bei 80°C? Sicher nicht eine 
Bastler-UART!

von Olaf (Gast)


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> Also noch weniger, wenn gleich hier "nur" mit 8mA mittlerem Strom

Nur? Prust....damit kann man sonst bergeweise Microcontroller
betreiben inklusive der Beleuchtung eines LCDs.
Kuck dir mal einen ISO7041 an.

Olaf

von Manfred (Gast)


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ElektroFH schrieb:
> Apropo, Typen wie EL817 und ähnliches wäre hier kein passende Kaliber.

Ich habe ein paar A*ProMini verbaut, die kein USB haben, sondern seriell 
programmiert werden müssen. Um das galvanisch zu trennen, hatte ich drei 
beliebige Optokopller genommen und es spielte nicht, zu langsam.

Die Lösung heißt ADUM-1201, gibt's vom Chinahöker für eins-fuffzich. Die 
Reset-Leitung ist unkritisch, da habe ich einen Optokoppler 
drangeschraubt. Siehe dort:

Beitrag "Re: Arduino ProMini galvanisch getrennt"

Es war alles schon 'mal da, ist leider unmöglich, es im µC-net 
wiederzufinden.

von Rainer V. (a_zip)


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Vor langer Zeit haben wir uns eine Alterung der Optokoppler im Backofen 
geleistet und haben anschließend die noch lebenden, aber "zu langsamen" 
Typen aussortiert. Das hat ca. 30 "Schlechte" auf 100 gegeben. Konnte 
man bei den 100ter-Preisen akzeptieren. Zumindest waren entsprechend 
"schnellere" Typen damals deutlich teurer und den Funktionstest hätten 
wir sowieso machen müssen. Der Backofen wurde natürlich nicht zum Backen 
verwendet...
Gruß Rainer

von m.n. (Gast)


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Manfred schrieb:
> Um das galvanisch zu trennen, hatte ich drei
> beliebige Optokopller genommen und es spielte nicht, zu langsam.

Deinen detaillierten Ausführungen zu Folge hast Du wohl 
Darlington-Koppler mit 0,1 mA betrieben ;-)
Die ADUM 12xx lösen leider nur ein Teilproblem, da eine weitere externe 
Spannung zur Verfügung stehen muß - ggf. mit separatem DC/DC-Wandler und 
passender galvanischer Trennung.

von Manfred (Gast)


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m.n. schrieb:
> Deinen detaillierten Ausführungen zu Folge hast Du wohl
> Darlington-Koppler mit 0,1 mA betrieben ;-)

Scherzbold. Ich sehe da Grün - Blau - Schwarz - Schwarz = 560 Ohm und 
Rot für 2% *), ergibt an 5 Volt um 6 mA. Der Typ ist auch benannt, es 
ist kein Darlington, hat einen Koppelfaktor von min. 50%.

*) https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109051.htm

> Die ADUM 12xx lösen leider nur ein Teilproblem, da eine weitere externe
> Spannung zur Verfügung stehen muß - ggf. mit separatem DC/DC-Wandler und
> passender galvanischer Trennung.

Ja und?
ck schrieb:
> Ich muss zwei Schaltungsteile galvanisch isolieren.

Die Worte " galvanisch isolieren " sagen Dir etwas? Es geht um genau 
diesen Sachverhalt, µC und PC haben eigene Verorgungsspannungen, die 
sogar unterschiedlich sein dürfen!

von m.n. (Gast)


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Manfred schrieb:
> Ich sehe da Grün - Blau - Schwarz - Schwarz

Da Du der Einzige bist, der solche Farben sieht, wäre ein Arztbesuch 
ggf. angeraten.
Ach so, "ggf." bedeutet gegebenenfalls - kann sein, muß aber nicht.
Wenn schon Versorgungsspannungen potenter Netzteile vorhanden sind, sind 
Optokoppler ja direkt verwendbar.

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