ich möchte mit einem Teensy 3.5 oder 4.1 Spannungen an 0-5V Kfz Sensoren messen und das Sensorsignal dabei sowenig wie möglich belasten.
Zusätzlich sollen die Eingänge gegen Überspannung und ESD
geschützt werden.
Die Teensy Eingänge vertragen nur 3.3V (+/-0.3V GND / VSS).
Beim Teensy 3.5 liegt die Quellimpedanz laut Datenblatt für AnalogIn max bei 5K (2-5K).
Beim Teensy 4.1 ist die Quellimpedanz wähbar-,der wäre auch die bessere Wahl (k.A wie die Impedanz da eingestellt werden kann)...:
5-7k
12.5 - 15k
25k - 30k
Zu den DigitalPins konnte ich bei beiden Teensys keine getrennten Infos finden - möglicherweise sind die Werte dieselben...
Beim Teensy 3.5 liegt die Quellimpedanz laut Datenblatt für AnalogIn max
bei 5K (2-5K).
Der statische Eingangswiderstand (wg. Leckströmen usw) ist bei deutlich über 10M. Der niedrige Wert für die Quellimpedanz kommt also nicht von diesem Eingangswiderstand. Die Forderung nach der niedrigen Quellimpedanz kommt vom Aufbau des ADC als Ladungsteiler: zu Beginn der Wandlung wird aus der Quelle für kurze Zeit ein Samplekondensator geladen, und diese Ladung wird dann weiterverarbeitet. Der Samplekondensator muss also aus der Quelle in kurzer Zeit weit genug aufgeladen oder entladen werden und zwar auf den Bruchteil eines LSB an die Quellspannung. Und wenn z.B. die Sampledauer 1us ist und der Sample-C 20pF hat und eine Ladezeit von 7tau für die erlaubte Abweichung nötig ist, dann darf der Quellwiderstand höchstens
1us = 7tau = 7 * R * 20pF
R = 1us / 140pF = 7,1kOhm
sein.
Also muss die Eingangsbeschaltung wegen dieser Abtastung irgendwie unnötig niederohmig sein angesichts des ohmschen Eingangswiderstands mit einigen MOhm.
Wenn man jetzt aber mitgedacht hat, dann kommt einem evtl. die Sache mit der Ladungsverteilung bei der Parallelschaltung von Kondensatoren in den Sinn. Fazit: wenn der Sample-C 10pF und 0V hat, dann reicht reicht es bei einem 12-Bit Wandler (4096 Incremente) für eine Abweichung von kleiner 1/2 LSB aus, wenn dem Sample-C ein externer Kondensator mit 10000x höherem Wert parallel geschaltet wird. Also reicht hier für 1 genaue Messung ein auf die Messspannung geladener externer 100nF Kondensator aus.
Es ist aber völlig unnötig, den Spannungsteiler niederohmig zu machen und einen externen Kondensator anzubringen.
(k.A wie die Impedanz da eingestellt werden kann)...
Man ändert einfach die Sampledauer, bis der Eingangs-C des ADC auf 1/2 LSB geladen ist. Und weil dann bei tau=R*C mit konstantem C sich R in Abhängigkeit von tau ändert, gibt es diese unterschiedlichen Werte.
Allerdings ist eine von...bis Bereichsangabe für einen Maximalwert irgendwie Blödsinn.
Dort im Beitrag "Attiny85 ADC Eingangswiderstand - wie hoch" haben wir das mal in allen Varianten durchgekaspert. Das, was dort steht, gilt grundlegend für alle uC. Wenn du das verstanden hast, kannst du die passenden Werte im Datenblatt suchen und die Sache selber berechnen und musst nicht irgendwelchen windigen Angaben glauben.
Eine andere Variante wäre ein hochohmiger Spannungsteiler (also mit Werten von z.B. 100k bis 1M) um das Sensorsignal wenig zu beeinflussen und dann ein Opamp als Puffer dahinter. Dann vom Opamp-Ausgang in den ADC.
Vorteil ist dass Du keinen Kondensator hinterm Spannungsteiler brauchst. Der ergibt mit dem Spannungsteiler zusammen nämlich einen kräftigen Tiefpassfilter.
Viele (aber nicht alle!) Opamps sind bis 10 mA Eingangsstrom spezifiziert. Wenn Du so einen nimmst reicht also in den allermeisten Fällen schon der Spannungsteiler als Schutz aus.
Ob das sich lohnt oder nicht hängt davon ab wie schnell Du Änderungen des Sensorsignals erfassen können willst (Bandbreite).
Eine andere Variante wäre ein hochohmiger Spannungsteiler (also mit
Werten von z.B. 100k bis 1M) um das Sensorsignal wenig zu beeinflussen
und dann ein Opamp als Puffer dahinter.
Genau! Und warum nur "bis 1M"? Mit einem geeigneten OPV kann man da sicher Faktor 1000 höher gehen. Also 1G und 1.78G. Und weil es die nicht bei Conrad gibt, läßt man sie fertigen, z.B. bei Vishay. Der OPV kostet natürlich auch den einen oder anderen EYPO und auch der Aufbau will durchdacht sein. Vielleicht eine PCB mit Teflonsubstrat, oder Glas? Natürlich gründlichst geputzt und gegen Umwelteinflüsse geschützt.
Wobei ich das eher formulieren würde als "soviel Geld willst du nicht ausgeben". Man sollte sich also von Formulierungen wie "sowenig wie möglich" verabschieden und vielleicht wirklich mal ins Datenblatt des Sensors schauen, welche Belastung denn zulässig ist.
Hallo zusammen,
erstmal vielen Dank für die zahlreichen Inputs !
Gut das ich hier nochmal nachgefragt habe - die Schaltung im Anhang stammte aus einer anderen Quelle...
Ich habe den langen Thread zum Attiny 85 ADC Eingangswiderstand gerade gelesen - das erklärt vieles !
1)@Frank O:
kein CAN, Fahrzeug ist über 40 Jahre alt. OBD I (Protkoll KW1281)ist zwar vorhanden, gibt aber nur wenig Daten her - und ist meist recht langsam und wie man liest nicht unbedingt geeignet Daten permanent auszulesen...
Sensoren Daten / Kennlinien sind daher genausso schwierig oder gar nicht zu finden...
An OPV als Spannungsfolger hatte ich schon gedacht - denkbar wäre auch ein Optokoppler als Levelshifter (für die Digital Inputs) um 12-14.4V oder 5V auf 3.3V zu bringen.
2)@Lothar M / Nemopuk /:
Für die Messhäufigkeit wäre 10Hz für die allermeisten Signale (Temperatur / Druck, auslesen diverer Schalter etc) schon weit mehr als nur schnell genug.
Ausnahmen:
Geschwindigkeitssignal (4 Impulse pro Meter) zB bei rein theoretischen
250Km/H = ~277Hz
Drehzahlsignal (bei 880/7500Umin 14,6 bis ~125 Hz)
100k und 178k + 100n Kondensator sind schonmal ein guter Ansatz.
Die von Dir erwähnten rund 7k sind bei der angehängten Schaltung vor dem Hintergrund der max 5K die der Teensy 3.5 haben möchte, scheinbar auch so angesetzt worden.
Also offenbar falscher Ansatz...
3)@Rainer W:
TVS mit 33V - da hab ich offenbar die falsche erwischt.
4)@Dieter D:
Es geht um den Schutz der Sensorleitungen am Teensy Input, also Überspannungen des Bordnetzes und ESD Schutz - nicht um Blitzeinschläge...
An OPV als Spannungsfolger hatte ich schon gedacht - denkbar wäre auch
ein Optokoppler als Levelshifter (für die Digital Inputs) um 12-14.4V
oder 5V auf 3.3V zu bringen.
Vor allem hast du keinerlei zusätzliche Last auf deiner Sensorleistung.
Optokoppler geht eher nicht, wenn du da Analoge Werte auslesen und auf den ADC geben willst.
geht eher nicht, wenn du da Analoge Werte auslesen und auf
den ADC geben willst.
Das war mir schon klar.
Optokoppler bezog sich auch eher auf die Digitalen Signale wie Geschwindigkeit / Drehzahl und auf Ein / Aus Signale aus der Beleuchtung / Kontroll Leuchten etc.
für die Analogen Signale von verschiedenen Temperatur und Druckgebern (meist 0-5V) dann OPV mit nachgeschaltetem Spannungsteiler.
Für die ADC-Wandler musst Du den Teiler so auslegen, dass für die maximale Analogausgangsspannung des Sensors 2,048V nicht überschritten wird.
Für die Digitaleingänge sind es dann die 3,3V. Es ist nicht bekannt, welches Teensy Modell das im Detail ist, aber deren Eingangsschutzbeschaltung hält nicht viel aus. Daher werden oft Schottky-Dioden empfohlen auf Vss und Masse zu schalten und noch einen kleinen (Vor-)Widerstand zum µC-IO-Pin. Die Schaltung mit dem µC muss aber diese Leistung auch verbrauchen können. Wenn nicht, dann steigt die Versorgungsspannung und es muss diese mit einer ZD begrenzt werden.
Fahrzeug:
Audi CoupeQuattro Typ85
Motor:
Audi S2, MKB ABY
Da täusch dich mal nicht, gerade über die alten Sensoren ist mehr
bekannt als über aktuelle.
In den alten Audi Stromlaufplänen sind leider auch häufiger Fehler drin... -die wurden nicht besonders gut gepflegt...
Gemessene Spannungs- oder Widerstandswerte einzelner Bauteile oder gar Kennlinien sind auch in einschlägigen Foren leider nur noch sehr selten zu finden.
..oder ich suche mit den falschen Suchbegriffen...
Sorry, das hatte ich überlesen und vor dem Posten nicht nachgesehen.
Analog Range: "The analog input range is fixed at 0 to 3.3V. On Teensy 4.1, the analogReference() function has no effect. The analog pins are not 5V tolerant. Do not drive any analog pin higher than 3.3 volts."
Fahrzeug:
Audi CoupeQuattro Typ85
Motor:
Audi S2, MKB ABY
Die Papiere hast du nicht?
Selbstverständlich hab ich die Papiere.
Die hättest Du wohl gerne im Orginal - oder wie soll ich das verstehen?...
Netter Versuch...
Die stell ich hier aber ganz sicher nicht ein...
Welche Daten hättest Du denn noch gerne ?
Google einfach mal nach Audi CoupeQuattro Typ85, das wäre dann
die Karosserie....
Googgle nach Audi S2 230PS, dann hättest Du den Motor (MKB ABY) der im
obigen Typ85 verbaut ist...
Gemessene Spannungs- oder Widerstandswerte einzelner Bauteile oder gar
Kennlinien sind auch in einschlägigen Foren leider nur noch sehr selten
zu finden.
Dann ermittele die Werte selbst. Solange Du diese nicht kennst, kannst Du sie nicht auswerten.
Die LED kann bis zu 5mA Strom versenken. Diese wird bei einer Eingangsspannung von 500V am Eingang erreicht. An der LED fallen bei 5mA 2,5V ab und an der oberen Ableitdiode 0,7V. Die Eingangsspannung am µC liegt in dem Falle bei 3,2V.
Ohne diesen Strom sorgt der 10k Widerstand dafür, dass 2,2V an der LED abfallen. Daher wird die Messung bei Eingangsspannungen bis 2,1V nicht durch die Ableitdiode verfälscht.
blabla mal wieder, Tips vom Elektroniklegastheniker sollten verboten
werden. Wenn du mit "sicher" verstärken willst zeigst du nur deine
Unsicherheit, also glaubst du nicht mal selbst daran.
Auf den persönlichen Angriff gehe ich nicht ein. Ein paar Fakten wären hilfreich, damit der beratene einen Nutzen aus deinem Beitrag ziehen kann.
Oder war mein Vorschlag doch nicht so schlecht, wie du behauptet hast?
ich nannte Fakten, du bist unsicher ob dein Tip hilfreich ist, deswegen die Verstärkung mit "sicher", nur wenn du selber unsicher bist ob dei Tip hilft, weswegen postest du hier?
Beim TO seiner Eingangsschaltung liegt mit R2 und C2 die 3dB Grenzfrequenz über 700Hz. Wenn die Genauigkeitsansprüche klein sind, kann das für Signale bis 100Hz so bleiben.
Wenn es sich um ein analoges oder PWM Signal der Tankanzeige handeln sollte, dann kann C auch so groß gewählt werden, dass die Trägheit im Bereich von 1/2 Sekunde liegt. In dem Falle dämpft bereits der Elko alle deutlich kürzeren Überspannungen. Nebenbei kann auch die Alterung des Elkos (Kapazitätsverlust) dafür sorgen, dass nach 10...20 Jahren der dahinterliegende µC zuverlässig stirbt. Es kommt wie immer darauf an, welche Nebenbedingungen auch erfüllt werden sollen.
Es kommt daher auf den Sensor an, ob auch eine sehr einfache Lösung ausreichen könnte.
Beim TO seiner Eingangsschaltung liegt mit R2 und C2 die 3dB
Grenzfrequenz über 700Hz. Wenn die Genauigkeitsansprüche klein sind,
kann das für Signale bis 100Hz so bleiben.
Wenn es sich um ein analoges oder PWM Signal der Tankanzeige handeln
sollte, dann kann C auch so groß gewählt werden, dass die Trägheit im
Bereich von 1/2 Sekunde liegt. In dem Falle dämpft bereits der Elko alle
deutlich kürzeren Überspannungen. Nebenbei kann auch die Alterung des
Elkos (Kapazitätsverlust) dafür sorgen, dass nach 10...20 Jahren der
dahinterliegende µC zuverlässig stirbt. Es kommt wie immer darauf an,
welche Nebenbedingungen auch erfüllt werden sollen.
Es kommt daher auf den Sensor an, ob auch eine sehr einfache Lösung
ausreichen könnte.
Hallo Dieter D,
digital Signale (Kontoll Leuchten, Blinker / Beleuchtung etc.)
Die sollten eigentlich belastbar genug sein um direkt mit einem Spannungsteiler auf 3.3V abfragen zu können?
zB:
R1 = 622k, R2 = 178 K => Vout = 3.2V, 18µA (bei 14.4V)
R1 = 622k, R2 = 178 K => Vout = 2.67V, 15µA (bei 12V)
Passen die Werte - oder wegen Störanfälligkeit doch eher niederohmiger ?
Wassertemperaturgeber F76 Analogsignal (Motronic PIN 46, Eingang)
bei 20 Grad ~ 1000 Ohm
bei 90 Grad ~ 100 Ohm
9.8 - 10.4V
OPV als Spannungsfolger mit nachgeschaltetem Spgteiler
zB für 10.4V:
R1 = 1000 Ohm, R2 = 2249 Ohm (E192) => Vout = 3,2 V / 3.2mA
R1 = 100 Ohm, R2 = 2249 Ohm (E192) => Vout = 443mV / 4.43mA
zu niederohmig ?
Drehzahlsignal (ist an der Motronic PIN 40 ein Ausgang):
Rechtecksignal, soll angeblich 0-5 oder 0-12 V sein.
OPV als Spannungsfolger mit nachgeschaltetem Spgteiler, zB:
0-5V / 3.3V: R1 = 56.2K (E192), R2 = 100K, Vout =3.2V/ 32µA
0-12V / 3.3V: R1 = 274K (E192), R2 = 100K, Vout =3.21V/ 32.1µA
passt das so ?
Geschwindigkeitssignal (ist an der Motronik PIN 50 ein Eingang):
liefert 4 Impulse pro Meter, zB bei rein theoretischen 250Km/H = ~277Hz,
angeblich ~ 9.5V Rechteck
OPV als Spannungsfolger mit nachgeschaltetem Spgteiler, zB:
R1 = 196K (E192), R2 = 100k, Vout = 3.21V / 32.1µA
passt das ?
andere Analog Signale (0-5V, für Temperatur / Druck):
100k und 178k und 100n Kondensator wurden hier schon erwähnt, ergäben dann zB 3.2V / 18µA.
digital Signale (Kontoll Leuchten, Blinker / Beleuchtung etc.)
Die sollten eigentlich belastbar genug sein um direkt mit einem
Spannungsteiler auf 3.3V abfragen zu können?
Belastbar ja, aber auch heftig versaut, wie im Kfz-Netz üblich. Je nach Betriebszustand des Kfz auch mit Abweichungen in der Spannung.
Ich wäre geneigt, Optokoppler zu vewenden, nicht aufwendiger als Dein Eingansgschutz.PNG.
Ich wäre geneigt, Optokoppler zu vewenden, nicht aufwendiger als Dein
Eingansgschutz.PNG.
OK - also Optos für alle Digitalen Signale inkl Drehzahl / Geschwindigkeit.
War auch meine erste Idee, zB mittels PC817.
Wassertemperatur (analog 9.8 - 10.4V) dann mittels Spannungsfolger und nachgeschaltetem Spannungsteilerauf ADC (Teensy 3.5 oder 4.1).
Wie sollte dazu der Spannungsteiler ausgelegt werden ?
Welcher zusätzlicher Eingangsschutz / ESD schutz, abgesehen von den PC817, ist nötig / sinnvoll - wie sollte die Schaltung dazu aussehen ?
Hallo Zusammen,
schade, dass dieser Thread hier auf einmal zu Ende ist bzw nicht mehr weiter verfolgt wurde.
Ich bastel grade für meinen Audi aus selber Zeit eine Multifunktionsanzeige und stehe vor ähnlichen problemen, bei der Suche wie man den Spannungsteiler für den Teensy 4 auslegen sollte bin ich hier gelandet.
Den Spannungsteiler werde ich mit 10k und irgendwas um die 6k Ohm Widerständen machen. Das ist ja noch einfach, aber eine passende Schutzschaltung dazu, da steige ich nicht mehr durch.
Eine vereinfachte Darstellung des original Stromlaufplan befindet sich im Anhang.
Ich frage mich auch, was passiert, wenn man den Tankgeber abzieht.
Eingansgschutz.PNG
(18 KB)
