Hallo! Im Datenblatt eines GPS-Chips las ich, man solle bei längeren Leiterbahnen einen Serienwiderstand von ca 33 Ohm einfügen, um den Chip vor EMV-Einflüssen zu schützen. Ist das etwas, was man generell machen sollte? Bei jedem Chip-Eingang Serienwiderstände? Nur bei I2C, SPI, etc. oder auch bei GPIOs? Müssen diese an beiden Enden der Leiterbahn angebracht werden? (Also z.B. bei einer I2C-Leitung von Chip 1 zu Chip 2 direkt bei den Pins BEIDER Chips?) Wie handhabt ihr das? Danke im Voraus!
Es geht dabei um Reflexionen an den Enden langer Leitungen. Meistens ist diese Maßnahme nicht nötig, deswegen wird es auch nur in wenigen speziellen Fällen gemacht.
uC schrieb: > Ist das etwas, was man generell machen sollte Na ja, wenn IC-Eingänge nach aussen geführt werden muss man sich Gedanken machen, wie die EMV Tests überleben. Der Pin alleine reicht nicht. Ein Vorwiderstand hilft viel. Extra Schutzdioden sind stärker als eingebaute. Ein Kondensator nach Masse blockt Spannungsspitzen ab. Spulen in Reihe begrenzen die Stromanstiegsgeschwindigkeit. Aber je schneller die Signale zum Pin sind, um so weniger darf man bremsen. USB etc. sind also anspruchsvoll. Ein 33R begrenzt auch die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit an einem Ausgang und dämpft klingeln..
Stefan ⛄ F. schrieb: > Es geht dabei um Reflexionen an den Enden langer Leitungen. Meistens ist > diese Maßnahme nicht nötig, deswegen wird es auch nur in wenigen > speziellen Fällen gemacht. Um 1980 wurde von Herstellern von Halbleitern geraten, 33 Ohm Widerstände in Daten- und Steuerleitungen bei Systemen einzufügen, wenn am Datenbus mehr als 5 Bausteine angeschlossen waren und eine Leitungslänge von etwa 10 cm überschritten wurde. Damit wurden Reflexionen gemindert und die Laufzeiten wurden etwas symmetriert. Damals galten Bausteine mit einer Zugriffszeit von unter 100 ns übrigens als "schnell". Bei heutigen Systemen sorgen die Layoutprogramme für gleichmäßige Laufzeiten auf den Datenleitungen und nur geringe Impedanzänderungen, die zu Reflexionen führen.
Der Serienwiderstand macht vieles. Er begrenzt die Spannungsanstiegsgeschwindigket in Zusammenhang mit der Leitungskapazität, vermindert Reflexionen und begrenzt den Strom bei ESD. Dabei ist er mit um die 33R noch klein genug auf das Nutzsignal wenig Einfluss zu haben. Welchen Teil man nun braucht oder ob der eher schädlich ist, muss man aus Seiner Schaltungsfunktion ableiten. Ich verwende sie für alles was raus geht, was auf Kabel geht, abgestrahlt werden kann oder als rudimentären Pin Schutz.
Früher waren die parallelen Ports für Drucker oft mit Tiefpässen aus 100Ω und 220pF bis 1nF ausgestattet. Bei Anschlüssen für niedrige Frequenzen (Schalter, etc) nehme ich Widerstände im Bereich 1 - 10 kΩ. Damit sich die Versorgungsspannung nicht zu stark erhöhen kann, kommt eine ggf. Zenerdiode zwischen VCC und GND. Ich denke auch, dass man mit derart einfachen Maßnahmen zusammen mit den Chip-internen ESD Dioden bereits einen weitgehenden praxisnahen Schutz für das Umfeld Büro/Heim erreicht. Innerhalb von Platinen habe ich Serien-Widerstände noch nie gebraucht. Bei vielen Mikrocontrollern kann man die Flankensteilheit per Software konfigurieren. Bei I²C und UART Schnittstellen wirken meist integrierte analoge Filter (teils ebenfalls konfigurierbar).
Günni schrieb: > Bei heutigen Systemen sorgen die Layoutprogramme für > gleichmäßige Laufzeiten auf den Datenleitungen und nur geringe > Impedanzänderungen, die zu Reflexionen führen. Das ist zu schön um wahr zu sein, da muss der Entwickler schon selber was dafür tun, und das heisst auch er muss was von HF und HiSpeed-Technik verstehen. Richtig ist dass ein gutes CAD-System Werkzeuge dafür anbietet, aber eine KI die von selbst ein Layout EMV-gerecht bearbeitet ist in weiter Ferne. Was es bei sehr guten Systemen gibt sind Analyse-Programme die auf mögliche EMV-Probleme hinweisen. Die hier im Forum so beliebten Autorouter sind dafür nicht geeignet. Georg
Hallo, Phillips, der Entwickler von I2C, hatte seiner Zeit empfolen für längere Leitungen 330 Ohm in Reihe zu Clock und Data zu verwenden. Es werden Überschwinger vermindert und der Einfluß der Port-Eingangskapazität. Vor EMV dürfte auch etwas geschützt werden. mfg Klaus
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Was man "generell machen sollte" ist die Schaltflanken von digitalen Signalen so flach wie möglich bzw. nur so steil wie nötig zu halten. Das reduziert Welleneffekte auf der Leitung (Reflexionen), die Belastung des Versorgungssystems und die Störabstrahlung. Serienwiderstände direkt am Beginn einer Leitung sind eine Möglichkeit das zu erreichen. Der genaue Wert des Widerstands ist nur dann kritisch, wenn Welleneffekte immer noch eine Rolle spielen, obwohl man die Flanke schon so flach wie möglich gemacht hat. Also wenn man tatsächlich einen echten "Serienabschluss" haben will, bei dem Serienwiderstand und Ausgangsimpedanz des Treibers zum Wellenwiderstand der Leitung passen müssen. Aber bei SPI oder I²C wird man in vielen Fällen die Flanken so flach machen können, dass Welleneffekte keine Rolle mehr spielen. Daher nimmt man meist einfach Widerstände, die man sowieso schon in der BOM hat. Irgendwas im Bereich 33R bis 150R sollte für viele Fälle ausreichend sein.
uC schrieb: > ... um den Chip vor EMV-Einflüssen zu schützen. Vor elektromagnetischer Verträglichkeit muss niemand geschützt werden. EMV ist eine gute Sache und kein Grund für Schutzmaßnahmen.
uC schrieb: > Im Datenblatt eines GPS-Chips las ich, man solle bei längeren > Leiterbahnen einen Serienwiderstand von ca 33 Ohm einfügen, um den Chip > vor EMV-Einflüssen zu schützen. Du meinst die Verbesserung der EMV? [EMV=elektromagnetische Verträglichkeit ] Da haben kleine Serienwiderstände nur insofern einen Einfluss, dass sie die Signalqualität verbessern, was dann auch eine Reduzierung von Störeinflüssen zur Folge hat. > Ist das etwas, was man generell machen sollte? Bei jedem Chip-Eingang > Serienwiderstände? > > Nur bei I2C, SPI, etc. oder auch bei GPIOs? Bei I2C eher weniger, bei den anderen Signalen kann man sich auf Taktleitungen bzw. auf Signale, deren Flanken wesentlich sind, beschränken. > Müssen diese an beiden Enden der Leiterbahn angebracht werden? (Also > z.B. bei einer I2C-Leitung von Chip 1 zu Chip 2 direkt bei den Pins > BEIDER Chips?) Normalerweise sitzen die möglichst nahe an der Quelle. Heißt: bei bidirektionalen Signalen dann auf beiden Seiten. Prokrastinator schrieb: > Der Serienwiderstand macht vieles. > Er begrenzt die Spannungsanstiegsgeschwindigket in Zusammenhang mit der > Leitungskapazität, Nein, genau das tut er nicht! Der Serienwiderstand ist eine quellseitige Anpassung auf den Wellenwiderstand der Leitung und der ist reell. Wenn du tatsächlich die Slewrate reduzieren willst, dann musst du das mit einem RC-Glied machen. Das funktioniert jedoch nur korrekt am Ende der Leitung. Stefan ⛄ F. schrieb: > Innerhalb von Platinen habe ich Serien-Widerstände noch nie gebraucht. Eine Frage der Größe der Platine und der Steilheit der Signalflanken. Ich habe sie bei Taktsignalen (bzw. generell bei flankensensitiven Signalen) immer verwendet. > Bei vielen Mikrocontrollern kann man die Flankensteilheit per Software > konfigurieren. Ja, gibt es. Nach einem erheblichen Reinfall beim Vertrauen auf diese Variante (i.MX6) habe ich dann im Redesign Serienwiderstände auf die Platine gebracht. Das heißt: ich warne davor, diese Funktionen als Allheilmittel zu verwenden. Auch bei anderen Bausteinen (Xilinx FPGA) ist mir dessen Wirkung negativ aufgefallen - es geht nichts über ohmsche Serienwiderstände ...
uC schrieb: > Im Datenblatt eines GPS-Chips las ich, man solle bei längeren > Leiterbahnen einen Serienwiderstand von ca 33 Ohm einfügen, um den Chip > vor EMV-Einflüssen zu schützen. > > Ist das etwas, was man generell machen sollte? Bei jedem Chip-Eingang > Serienwiderstände? Hier geht es konkret darum, dass eventuelle Einstreuungen in die Leiterbahnen durch GPIOs und alle möglichen anderen Pins in das GPS Modul geführt werden können und dort zu Störungen führen können. Um das zu verhindern, muss der widerstand folglich nahe am GPS Modul sein, egal ob Ausgang oder Eingang, um zwischen GPS-Modul und Leiterbahn-"Antenne" zu liegen. Alternativ können auch noch kleine Kondensatoren (pF bereich) an die Pins gehängt werden, um noch besser zu filtern. Hierbei muss dann aber irgendwann darauf geachtet werden, dass man bei Ausgängen nicht die maximale Lastkapazität übersteigt und generell die Bandbreite des signals nicht zu stark limitiert, sodass selbst das Nutzsignal zu stark gedämpft wird. Generell ist das nicht überall notwendig, oder sinnvoll. Was hier einige noch gemeint haben, ist die übliche Serienterminierung, um Leitungsreflexionen anzupassen. Da MUSS aber der Widerstand an der Quelle platziert werden und hat einen komplett anderen Wirkmechanismus und dient für ganz andere Effekte. Das hat aber mit deiner Frage nichts zu tun.
M. H. schrieb: > Da MUSS aber der Widerstand an der > Quelle platziert werden Ganz korrekt: die Quelle muss den gleichen Innenwiderstand haben wie die Leitung, was man notfalls mit einem Serienwiderstand einstellen kann, wenn der Treiber zu niederohmig ist, und am anderen Ende muss die Leitung mit ihrer Impedanz abgeschlossen werden. Jedenfalls wenn die Frequenz hoch und die Leitung lang ist. Georg
Georg schrieb: > Jedenfalls wenn die Frequenz hoch und die Leitung lang ist. Da fehlt das Wort "relativ". Es kommt auf das Verhältnis von Leitungs- zu Signalwellenlänge an.
Georg schrieb: > und am anderen Ende muss die > Leitung mit ihrer Impedanz abgeschlossen werden. Jedenfalls wenn die > Frequenz hoch und die Leitung lang ist. Das ist zwar der Idealfall, aber hier geht es um digitale Signale und da kann man es selten realisieren. Eine quellseitige Serienterminierung ist annähernd so gut.
Georg schrieb: > Jedenfalls wenn die > Frequenz hoch und die Leitung lang ist. Wolfgang schrieb: > Es kommt auf das Verhältnis von Leitungs- zu Signalwellenlänge an. Jein. Bei digitalen Signalen muss man betrachten, wie das Verhältnis der Anstiegszeit zur Signallaufzeit (rise time / flight time) ist. Das ist der ausschlaggebende Faktor.
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