Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Umschalter zwischen 3 Taktgeberquellen gesucht


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von Dieter S. (dsteinwe)


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Hallo,

ich habe 3 verschiedene Taktgeberquellen (2x Oszillator und 1x externe 
Quelle) im Frequenzbereich 22-25MHz, zwischen denen ich gerne umschalten 
möchte. Mein erster Gedanke dazu war, einen digitalen Multiplexer zu 
verwenden wie z.B. den SN74HC153 einzusetzen. Beim Studium des 
Datenblattes ist mir aufgefallen, dass nicht angegeben ist, bis zu 
welcher Frequenz ich den MUX-IC einsetzen kann. Der zweite Gedanke war 
dann, den Umschalter mit einem Logic-Gatter zu realisieren, wie z.B. der 
74LVC1G57. Aber auch hier fehlt eine Frequenzangabe. Das "Propagation 
delay" ist nicht für meine Schaltung relevant.

Bei analogen MUX-ICs wie z.B. 74HC4051PW,118 ist eine Bandbreite von 
180Mhz angegeben. Solch einen IC kann man laut Datenblatt auch für 
digitale Signale wiederverwenden. Allerdings habe ich bei einem "ON 
resistance" mit ca. 100R bei 4V5 das Bauchgefühl, dass das Clock-Signal 
unbrauchbar wird. Meine Schaltung benutzt übrigens nur 3V3, d.h. der 
Widerstand dürfte noch höher ausfallen.

Meine Fragen:
1. Warum fehlt die Frequenzangabe bei den oben genannten Bauteilen (im 
Gegensatz z.B. zu FlipFlops)?

2. Kennt jemand einen digitalen MUC-IC oder Logic-Gatter, der für meine 
Zwecke geeignet ist und sich dieses auch anhand des Datenblattes 
nachvollziehen lässt?

3. Oder muss ich einen analogen MUX-IC nehmen? Wenn ja, freue ich mich 
über einen Vorschlag mit einen geeigneten IC.

von Dieter S. (dsteinwe)


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Hallo,

ich habe 3 verschiedene Taktgeberquellen (2x Oszillator und 1x externe
Quelle) im Frequenzbereich 22-25MHz, zwischen denen ich gerne umschalten
möchte.

Mein erster Gedanke dazu war, einen digitalen Multiplexer zu
verwenden wie z.B. den SN74HC153 einzusetzen. Beim Studium des
Datenblattes ist mir aufgefallen, dass nicht angegeben ist, bis zu
welcher Frequenz ich den MUX-IC einsetzen kann. Das "Propagation delay" 
ist nicht für meine Schaltung relevant.

Der zweite Gedanke war dann, den Umschalter mit einem Logikgatter zu 
realisieren, wie z.B. der 74LVC1G57. Aber auch hier fehlt eine 
Frequenzangabe.

Bei analogen MUX-ICs wie z.B. 74HC4051PW,118 ist eine Bandbreite von
180Mhz angegeben. Solch einen IC kann man laut Datenblatt auch für
digitale Signale wiederverwenden. Allerdings habe ich bei einem "ON
resistance" mit ca. 100R bei 4V5 das Bauchgefühl, dass das Clock-Signal
unbrauchbar wird. Meine Schaltung benutzt übrigens nur 3V3, d.h. der
Widerstand dürfte noch höher ausfallen.

Meine Fragen:
1. Kennt jemand einen digitalen MUX-IC oder Logikgatter, der für meine
Zwecke geeignet ist und sich dieses auch anhand des Datenblattes
nachvollziehen lässt?

2. Oder muss ich einen analogen MUX-IC nehmen? Wenn ja, freue ich mich
über einen Vorschlag mit einem geeigneten IC.

3. Warum fehlt die Bandbreitenangabe bei digitalen MUX-ICs und 
Logikgattern?

von Atto Admin (Gast)


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Mach das

von Falk B. (falk)


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Dieter S. schrieb:
> ich habe 3 verschiedene Taktgeberquellen (2x Oszillator und 1x externe
> Quelle) im Frequenzbereich 22-25MHz, zwischen denen ich gerne umschalten
> möchte.

Naja. Wenn man einfach nur umschalten will und ann den Reset srückt, um 
mit dem neuen Takt das Programm neu zu starten, kann man nahezu jeden 
X-belibeigen MUX nehmen.
Wenn man aber im Programm dynamisch die Taktquelle wechseln will, wird 
es AUFWÄNDIG! Denn bei der Umschaltung darf am uC kein Glitch oder 
sonstiges Artefakt ankommen, auch keine unzulässig kleine Pulsbreite, 
egal ob HIGH oder LOW. Einen MUX, der das kann, ist AUFWÄNDIG! Ob es da 
schon was Fertiges gibt, weiß ich nicht.

Deine Fragen.

1.) Z-B. 74HC153.
2.) Nein.
3.) Weil das so in der Form selten benötigt wird. Man muss das aus den 
Verzögerungszeiten abschätzen und ggf. messen.

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


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Warum ein Tackt-quellen Umschalter und nicht direkt ein PLL nehmen?
Es gibt PLL die Sauber und ohne Artefakte ihre Tackt-Geschwindigkeit 
ändern lassen (zB. Für Spectrum-Analyzer).
Denke das ist weniger Aufwand und gibt dann auch keine Probleme.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Dieter S. schrieb:
> Allerdings habe ich bei einem "ON resistance" mit ca. 100R bei 4V5 das
> Bauchgefühl, dass das Clock-Signal unbrauchbar wird. Meine Schaltung
> benutzt übrigens nur 3V3, d.h. der Widerstand dürfte noch höher ausfallen.

Das Bauchgefühl ist eine evolutionäre Entwicklung, die es einem erlaubt, 
ohne genaue Analyse der Problemstellung eine halbwegs passende 
Entscheidung zu fällen. "halbwegs passend" heißt dabei, dass die 
Wahrscheinlichkeit einer letalen Fehlentscheidung durch eine ausreichend 
hohe Fertilitätsrate kompensiert wird und damit der Fortbestand der 
Menschheit insgesamt gesichert ist.

Bei der begrenzten Komplexität deines Problems sollte es doch möglich 
sein, die Fakten halbwegs genau abzuschätzen und eine fundierte 
Entscheidung zu treffen.

"100R" ist irgendwie ein seltsame Größenangabe. Die Einheit "R" taucht 
bei den SI-Einheiten gar nicht auf und kommt IMHO nur zusammen mit einem 
Gradzeichen bei zwei historischen Temperaturskala vor.
https://de.wikipedia.org/wiki/Internationales_Einheitensystem
https://de.wikipedia.org/wiki/Vorlage:Temperaturskalen
Ich vermute mal, dass du die Einheit Ohm (Ω) meinst. Alles andere macht 
in diesem Zusammenhang keinen Sinn.

Ob 100Ω bei 4.5V ein Signal unbrauchbar machen, hängt davon ab, welche 
Last du anhängst und welche Pegelanforderungen der Signalempfänger 
stellt. Ob ein Analogmultiplexer oder ein digitaler für dich geeignet 
ist, hängt von den spektralen Anforderungen ab. Hinter einem 
Analogmultiplexer kann es durchaus sinnvoll sein, einen Puffer zu 
hängen, der das Signal mit niedriger Quellimpedanz für die weitere 
Verarbeitung bereitstellt.
Falls da irgendetwas "live" umgeschaltet werden soll, würde ich mir auch 
noch Gedanken um die Stetigkeit der Phase machen.
Vielleicht schreibst du mal, was du vorhast?

von Trollarzt (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> "100R" ist irgendwie ein seltsame Größenangabe.

nöpp, ein freier Standard. Es gibt da kein Norm oder SI-Zwang.

von Dieter S. (dsteinwe)


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>Wenn man aber im Programm dynamisch die Taktquelle wechseln will, wird
>es AUFWÄNDIG! Denn bei der Umschaltung darf am uC kein Glitch oder
>sonstiges Artefakt ankommen, auch keine unzulässig kleine Pulsbreite,
>egal ob HIGH oder LOW. Einen MUX, der das kann, ist AUFWÄNDIG! Ob es da
>schon was Fertiges gibt, weiß ich nicht.

Das Taktsignal wird nicht für einen uC sondern u.a. für ein I2S Signal 
benötigt (I2S bitte nicht mit I2C verwechseln). Der uC schaltet nur die 
Quelle um, ist aber nicht mit dem Taktgeber verbunden.

>Warum ein Tackt-quellen Umschalter und nicht direkt ein PLL nehmen?
>Es gibt PLL die Sauber und ohne Artefakte ihre Tackt-Geschwindigkeit
>ändern lassen (zB. Für Spectrum-Analyzer).
>Denke das ist weniger Aufwand und gibt dann auch keine Probleme.

Die ursprüngliche Schaltung benutzt sogar einen PLL (SI5351C). Das 
Problem ist, dass dieser PLL sehr lange Lieferzeiten hat und ich daher 
eine Ersatzschaltung mit Bauteilen aufbauen will, die momentan 
erhältlich sind.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Dieter S. schrieb:
> Die ursprüngliche Schaltung benutzt sogar einen PLL (SI5351C). Das
> Problem ist, dass dieser PLL sehr lange Lieferzeiten hat

Welche Stückzahlen brauchst du denn?
Mouser könnte dir in 14 Tagen 85 Stück SI5351C-B03122-GM liefern.

von Falk B. (falk)


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Dieter S. schrieb:
> Das Taktsignal wird nicht für einen uC sondern u.a. für ein I2S Signal
> benötigt (I2S bitte nicht mit I2C verwechseln).

Schon klar, I2S ist digitales Audio.

> Der uC schaltet nur die
> Quelle um, ist aber nicht mit dem Taktgeber verbunden.

Dann ist es unkritisch, denn das fängt sich wieder, schlimmstenfalls 
gibt es eine kurze Tonstörung.

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


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Warum machst du den Takt dann nicht direkt mit dem µC?

Könntest doch ein Timer verwenden und die Frequenzen(Tackt) so direkt 
generieren anstelle von Umschalten?

von Jobst M. (jobstens-de)


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Wird auf der Platine, die gerade vor mir liegt, von HC4051 erledigt.

Gruß
Jobst

von uff basse (Gast)


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Jobst M. schrieb:
> Wird auf der Platine, die gerade vor mir liegt, von HC4051 erledigt.

Und was willst du damit zeigen? Dass du die perfekte funktions-
fähige Lösung der Problemstellung des TO vorweisen kannst?

von Dieter S. (dsteinwe)


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>Warum machst du den Takt dann nicht direkt mit dem µC?
>
>Könntest doch ein Timer verwenden und die Frequenzen(Tackt) so direkt
>generieren anstelle von Umschalten?

Leider sind alle Pins des uC schon belegt, daher kann ich diesen Weg 
nicht gehen.

>Wird auf der Platine, die gerade vor mir liegt, von HC4051 erledigt.

In der Tat fehlt ein bisschen der Kontext, was der analoge MUX genau 
haltet. Aus dem PCM1796 auf dem Foto schließe ich, dass es sich 
wahrscheinlich um eine Soundkarte o.ä. handelt. Schaltet der MUX I2S bis 
ca. 25MHz?


Falk schrieb weiter oben, dass man den 74HC153 als digitalen MUX 
benutzen kann. Prinzipiell bin ich dem ja sehr zu getan, allerdings 
möchte schon anhand des Datenblattes verstehen können, dass MUX das 
Taktsignal sauber durchschaltet und wirklich geeignet ist. Oder anders 
gefragt: Läßt sich irgendwie anhand des Datenblattes die max. Bandbreite 
dieses Bausteins bestimmen?

: Bearbeitet durch User
von uff basse (Gast)


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Dieter S. schrieb:
> allerdings
> möchte schon anhand des Datenblattes verstehen können, dass MUX das
> Taktsignal sauber durchschaltet und wirklich geeignet ist. Oder anders
> gefragt: Läßt sich irgendwie anhand des Datenblattes die max. Bandbreite
> dieses Bausteins bestimmen?

Familiy Specs lesen und verstehen:

https://assets.nexperia.com/documents/user-manual/HCT_USER_GUIDE.pdf

von Jobst M. (jobstens-de)


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Dieter S. schrieb:
> In der Tat fehlt ein bisschen der Kontext, was der analoge MUX genau
> haltet. Aus dem PCM1796 auf dem Foto schließe ich, dass es sich
> wahrscheinlich um eine Soundkarte o.ä. handelt. Schaltet der MUX I2S bis
> ca. 25MHz?
>
> Falk schrieb weiter oben, dass man den 74HC153 als digitalen MUX
> benutzen kann.

Auf dem Board werden mit den HC4051 nur Taktquellen umgeschaltet. Also 
genau das, worum es in Deinem Eingangspost ging. Bis 25MHz. (512fs).

I²S schalte ich NICHT damit, würde aber natürlich auch gehen.

Allerdings werden die Signale durch die Widerstände, wie von Dir 
befürchtet, etwas verschliffen. Das ist aber weiter kein Problem.
Der HC153 sollte die Umschaltung natürlich auch hinbekommen. Die Signale 
dürften dabei etwas knackiger wieder heraus kommen, daher würde ich mich 
bei einem neuen Design vermutlich auch dafür entscheiden bzw. ihn 
ausprobieren. Die HC4051 habe ich aber in Mengen da.

Die Takte werden an einen SRC4392 und einen PCM4222 gereicht.
Der Takt für den DF1706 und die beiden PCM1796 kommt aus dem SRC4392.
Auf der S/P-DIF-Seite des SRC sitzen nochmal 4051er in einer 8x6 Matrix.

Gruß
Jobst

von Olaf (Gast)


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> Auf dem Board werden mit den HC4051 nur Taktquellen umgeschaltet. Also

Ihr wisst aber schon das sich sowohl Analog wie auch Maxim und 
vermutlich einige andere auch an diesen Bausteinen abgearbeitet hat und 
davon deutlich verbesserte Versionen herstellen?

olaf

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


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Dieter S. schrieb:
> Leider sind alle Pins des uC schon belegt, daher kann ich diesen Weg
> nicht gehen.

Mit welchen Pins willst du den Umschalten? für 3 Quellen brauchst du ja 
auch mindestens 2 Pins?

Stehe gerade etwas auf dem Schlauch, oder fehlen da noch Salamischeiben?

von Dieter S. (dsteinwe)


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>Familiy Specs lesen und verstehen:
>
>https://assets.nexperia.com/documents/user-manual/HCT_USER_GUIDE.pdf

In dem PDF sind stehen zu den entsprechenden Familien die maximalen 
Bandbreiten dabei -- genau das, was ich gesucht habe. Danke dafür!

@Jobst: Herzlichen Dank für den ausführlichen und interessanten 
Nachtrag. Ich stimme Dir bzgl. der Gedanken zum digitalen MUX zu und 
werde mich daher für einen digitalen MUX entscheiden.

>Ihr wisst aber schon das sich sowohl Analog wie auch Maxim und
>vermutlich einige andere auch an diesen Bausteinen abgearbeitet hat und
>davon deutlich verbesserte Versionen herstellen?

Analoge MUX ICs habe ich von Analog gefunden, aber auf die Schnelle 
keine digitalen MUX. Falls vielleicht hast Du ja ein Produkt im Kopf und 
kannst uns dieses nennen.

>Mit welchen Pins willst du den Umschalten? für 3 Quellen brauchst du ja
>auch mindestens 2 Pins?

Genau, ich brauche noch genau 2 Pins für das Umschalten. Allerdings 
benutze ich keinen ARM, PIC o.ä. uC sondern einen XMOS XCORE200. Bei 
diesem uC wird zwischen 1Pin-Ports, 4Pin-Ports etc. unterschieden. Nur 
ein 1Pin-Port kann man sinnvoll für die Taktausgabe nutzen, allerdings 
habe ich schon alle 1Pin-Ports belegt und habe nur noch 4Pin-Ports über. 
Einen 4Pin-Port kann ich aber z.B. hervorragend dazu benutzen, um einen 
MUX anzusteuern.

von Dieter S. (dsteinwe)


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Für alle, die es interessiert: Die SN74HC von TI haben eine andere 
Bandbreite als die von NXP. Die Bandbreiten der TI Familien sind hier 
auf Seite 5 dokumentiert:

https://www.ti.com/lit/an/scla007a/scla007a.pdf?ts=1643457595303

von Olaf (Gast)


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> Analoge MUX ICs habe ich von Analog gefunden, aber auf die Schnelle
> keine digitalen MUX.

Ich glaube sowas verkauft man ueblicherweise als AND-Gatter. :-)

Olaf

von Olaf (Gast)


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Schau mal hier. Damit schalte ich seit 1990 die Taktfrequenz an
meinem HP48SX um. Das geht auch im laufenden Betrieb ohne das
es Probleme mit dem Clock gibt. Der ist bisher noch nicht abgestuerzt. 
:-)

Du musst das nur noch fuer drei Eingaenge erweitern.

Olaf

von Äxl (Gast)


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Olaf schrieb:
> Schau mal hier. Damit schalte ich seit 1990 die Taktfrequenz an
> meinem HP48SX um. Das geht auch im laufenden Betrieb ohne das
> es Probleme mit dem Clock gibt. Der ist bisher noch nicht abgestuerzt.
> :-)
> Du musst das nur noch fuer drei Eingaenge erweitern.
> Olaf
So macht man das ja auch, also früher(tm). Spricht nix dagegen, das 
heute genauso zu machen.

Und R5 hat dann 100R ;)

von Äxl (Gast)


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uff basse schrieb:
> Jobst M. schrieb:
>
>> Wird auf der Platine, die gerade vor mir liegt, von HC4051 erledigt.
>
> Und was willst du damit zeigen? Dass du die perfekte funktions-
> fähige Lösung der Problemstellung des TO vorweisen kannst?

Auf jeden Fall gefällt mir das Foto. Kann man ja mal n Artikel 
schreiben, wie man sowas hinbekommt. So als Anleitung für viele hier, 
die lieber ihre Tischplatte zeigen oder einfach draufhalten, ungeachtet 
der fokalen Ebene.
Im Ernst: sieht sehr gut aus!

von Dieter S. (dsteinwe)


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@Olaf: Tatsächlich hatte ich vorhin auch die Idee, im Bereich 
Logikgatter zu suchen und bin auf das konfigurierbare 
Multifunktionsgatter SN74AUP1G98 gestoßen, der günstig zu erwerben ist. 
Das Gatter kann man z.B. als 2:1 Multiplexer konfigurieren. Wenn man 
zwei Gatter hintereinander schaltet, dann kann man auch ein 3:1 MUX 
realisieren. "Figure 2" im Datenblatt zeigt, dass das Gate hervorragend 
25MHz-Signale verarbeitet.

Momentan bin ich noch unentschieden, ob ich einen NXP 74HC151PW,118 oder 
2x TI SN74AUP1G98 benutze. Mal gucken ...

von Jobst M. (jobstens-de)


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Olaf schrieb:
> Ihr wisst aber schon das sich sowohl Analog wie auch Maxim und
> vermutlich einige andere auch an diesen Bausteinen abgearbeitet hat und
> davon deutlich verbesserte Versionen herstellen?

Natürlich. Die ADGxxx von Analog setze ich auch ein. Aber bei 
Messtechnik. Für einfachste Umschaltaufgaben sind mir die zu teuer.

Quarzoszillatoren mit Enable können direkt an den Ausgängen parallel 
geschaltet werden.
Man könnte mit 3-state Treibern weitere Takte parallel schalten.

Umschaltung aller Kandidaten z.B. mit einem 4017, dafür benötigt man 
dann auch nur einen Pin. Aber man muss sicherstellen, dass auf beiden 
Seiten sauber gezählt wird.
Oder mit langem Takt einen Reset erzeugen - oder so ...


Dieter S. schrieb:
> Momentan bin ich noch unentschieden, ob ich einen NXP 74HC151PW,118 oder
> 2x TI SN74AUP1G98 benutze. Mal gucken ...

Bestell Dir beide und probier es aus! ;-)


Gruß
Jobst

von Dieter S. (dsteinwe)


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>Quarzoszillatoren mit Enable können direkt an den Ausgängen parallel
>geschaltet werden.

Die Oszillatoren haben einen Enable-Pin. Ich hatte auch schon darüber 
nachgedacht, die Ausgänge direkt miteinander zu verbinden, um ein Gatter 
einzusparen. Ich bin mir da noch unsicher, ob dadurch die Signalqualität 
der Oszillatoren leidet oder nicht (z.B. wegen Leitungsreflexion).

von Jobst M. (jobstens-de)


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Dieter S. schrieb:
> Ich bin mir da noch unsicher, ob dadurch die Signalqualität
> der Oszillatoren leidet oder nicht (z.B. wegen Leitungsreflexion).

Setz sie einfach dicht beieinander.
Es funktioniert auf jeden Fall, habe ich auf einem anderen Board schon 
so gemacht.

Gruß
Jobst

von Dieter S. (dsteinwe)


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Danke für die Info, Jobst.

Gruß
Dieter

von Jobst M. (jobstens-de)


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Machen 'die Großen' auch so ... ;-)

Gruß
Jobst

von Dieter S. (dsteinwe)


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Ich hätte es nicht erwartet, solch eine Schaltung auf einem 
Referenzboard zu finden. Ich finde das spannend. Nun sind die letzten 
Zweifel ausgeräumt, und ich werde es definitiv genauso umsetzen. Vielen 
Dank für Deine Unterstützung Jobst! Ich wünsche Dir ein schönes 
Wochenende!

Gruß
Dieter

von Jobst M. (jobstens-de)


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Äxl schrieb:
> Auf jeden Fall gefällt mir das Foto. Kann man ja mal n Artikel
> schreiben, wie man sowas hinbekommt. So als Anleitung für viele hier,
> die lieber ihre Tischplatte zeigen oder einfach draufhalten, ungeachtet
> der fokalen Ebene.
> Im Ernst: sieht sehr gut aus!

Oh, das sehe ich jetzt erst.
Großflächig helles Licht ist der 'Trick'. Dann zieht die Blende mehr zu 
und dadurch wird der Schärfebereich größer. Außerdem gibt es weniger 
Schatten. Licht aus einer Punktquelle erzeugt harte Schatten. (vgl. 
Schatten bei Sonne mit Schatten bei Bewölkung)
Scharf gestellt sein sollte dennoch. Vielleicht ist der 2. Trick, darauf 
zu achten.
Das Foto beeindruckt aber vermutlich vor allem wegen seiner Farbarmut.
Bis auf die Flachbandleitung ist ja fast alles Farblos.
Schwarzer Lötstoplack, schwarze ICs, schwarze Wannenstecker, schwarze 
Elkos, dazu weißer Aufdruck und reflektierende, also weiße, Lötstellen.
Nur die Kerkos sind etwas farbig, aber so dass es kaum auffällt.
Dann braucht man eine Optik, die nah genug scharf stellen kann und 
weitwinklig genug ist. Dadurch entsteht mehr 'Dramatik' (mir fällt 
gerade kein besseres Wort ein)
Der selbe Bildausschnitt mit einem Tele aus entsprechender Entfernung 
wirkt erheblich 'platter'. Der Vollständigkeit halber: Ein sogenanntes 
'Normalobjektiv' bildet etwa so ab wie das Auge. Bei Kleinbild sind das 
50mm.
Hinzu kommt, dass ich mich auch semiprofessionell mit Fotografie 
beschäftige und daher automatisch Dinge wie Schnitt und Bildaufteilung 
beachte.
Ich könnte das vermutlich gar nicht als 'Anleitung zu einem guten Foto' 
aufschreiben, auch weil ich selber Dinge erstmal ausprobieren, anfassen, 
'be-greifen' muss um zu sehen, wie sie wirken.

Das Bild wurde mit einer Lumix DMC-SZ8 aufgenommen. Diese verfügt über 
ein 24mm (equivalent) Weitwinkel. Das Bild wurde nachträglich mit Gimp 
ausgeschnitten und verkleinert. Beleuchtung waren zwei Leuchten auf 
einer Fläche von ~20x20cm in 15cm Abstand.


Dieter S. schrieb:
> Vielen
> Dank für Deine Unterstützung Jobst! Ich wünsche Dir ein schönes
> Wochenende!

Sehr gerne, Dir auch!

Gruß
Jobst

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