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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hotplugging Schaltungen


Autor: blorp (Gast)
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Hi.

Wie muss eigentlich eine Schnittstellen-Schaltung aufgebaut sein,
um hotpluggingfähig zu sein? Bzw wie gehen nicht-hotpluggingfähige
Schaltungen kaputt beim Hotplugging?

grüsse

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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>Bzw wie gehen nicht-hotpluggingfähige Schaltungen kaputt beim Hotplugging?

Das sagt doch der Name schon: "Nicht hotpluggingfähig" (ich liebe 
Denglish), also geht kaputt.

Hotplugging-fähig kann man durch konstruktive Maßnahmen erreichen 
(voreilende Betriebsspannungsanschlüsse) oder durch Schaltungstechnik 
(Widerstände zur Strombegrenzung, zusätzliche Leitungen zur Erkennung 
des Steckens und Ziehens der Baugruppe). Meistens werden mehrere dieser 
Maßnahmen kombiniert.

Autor: blorp (Gast)
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"Das sagt doch der Name schon: "Nicht hotpluggingfähig" (ich liebe
Denglish), also geht kaputt."

Wieso soll der Name sagen wie das von statten geht?
Dass es u.U. kaputt geht weil nicht hotpluggingfähig
ist schon klar... ich will nur wissen was genau da
dann passiert.

Ich will doch grad wissen was die Probleme sind
die man dann mit "voreilende Betriebsspannungsanschlüssen"
oder zusätlichen Widerständen löst.

Autor: Rüdiger Knörig (sleipnir)
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Ah Quatsch - "hotplug" bedeutet das es so warm ist das Du beim Versuch 
das Ding abzuziehen die Pfoten verbrennst und es sein läßt.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Mit voreilenden Betriebsspannungsanschlüssen verhindert man, daß die 
Baugruppe zuerst auf den I/O-Leitungen Saft bekommt, was schädlich für 
die Bauelemente ist. Außerdem kann man so statische Entladungen 
abfangen. Widerstände in den Leitungen zu den Steckbuchsen begrenzen 
Ströme und fangen im Zusammenhang mit integrierten Dioden ebenfalls 
statische Entladungen ab. Mittels besonderer Leitungen, die beim Stecken 
mit verbunden werden, kann sich sowohl die treibende Baugruppe, als auch 
die gesteckte Baugruppe in einen definierten Zustand versetzen (lassen). 
Damit ist immer ein Starten / Beenden der laufenden Anwendung 
ermöglicht. Ohne diese Sicherheitsvorkehrungen endet ein 
Steck-/Lösevorgang womöglich in einem Chaos für beide Baugruppenseiten.

Autor: blorp (Gast)
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"Mit voreilenden Betriebsspannungsanschlüssen verhindert man, daß die
Baugruppe zuerst auf den I/O-Leitungen Saft bekommt, was schädlich für
die Bauelemente ist."

Kannst du oder irgendwer sonst vielleicht noch erklären
warum das schädlich fuer die Bauelemente ist und unter
welchen Umständen?

"Widerstände in den Leitungen zu den Steckbuchsen begrenzen
Ströme und fangen im Zusammenhang mit integrierten Dioden ebenfalls
statische Entladungen ab."

Mit integrierten Dioden geht aber nur in Unidirektionalen Leitungen
oder versteh ich grad was falsch?

Danke auf jeden Fall mal.

Autor: Läubi .. (laeubi) Benutzerseite
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Vorallem muß die "Software" das unterstptzen (initialisierung muß ja ggf 
neu ausgeführt werden)

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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>>"Mit voreilenden Betriebsspannungsanschlüssen verhindert man, daß die
>>Baugruppe zuerst auf den I/O-Leitungen Saft bekommt, was schädlich für
>>die Bauelemente ist."

>Kannst du oder irgendwer sonst vielleicht noch erklären
>warum das schädlich fuer die Bauelemente ist und unter
>welchen Umständen?

Ein Schaltkreis mag es in der Regel nicht, wenn auf den Signalleitungen 
eine höhere Spannung ist, als auf den Betriebsspannungsanschlüssen. Im 
günstigsten Fall leitet er diese über integrierte Schutzdioden ab. Diese 
können aber nur einen gewissen Strom ab, sonst gehen sie kaputt. Hier 
kommen die Widerstände in´s Spiel.

>Mit integrierten Dioden geht aber nur in Unidirektionalen Leitungen
>oder versteh ich grad was falsch?

Ja verstehst Du. Da die Dioden von der Signalleitung an beide 
Betriebsspannunganschlüsse gehen, werden nur diejenigen Spannungen nach 
+ und Masse abgeleitet, die höher / niedriger als die Betriebsspannung 
sind. Auf die Datenrichtung hat dies keinen Einfluß.

>Vorallem muß die "Software" das unterstptzen (initialisierung muß ja ggf
>neu ausgeführt werden)

Um das der Software mitzuteilen, sind die oben erwähnten zusätzlichen 
Leitungen da. Die Software pollt diese Leitungen, tritt eine Veränderung 
ein, wird ein Reset oder sonst eine passende Reaktion eingeleitet. Dies 
muß die Software freilich unterstützen.

Autor: blorp (Gast)
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"Ein Schaltkreis mag es in der Regel nicht, wenn auf den Signalleitungen
eine höhere Spannung ist, als auf den Betriebsspannungsanschlüssen."

In der Regel? Ich stell mir grad nen CMOS Inverter vor
bei dem am Eingang ne höhere Spannung ist als an den
Betriebsspannungsanschlüssen. Sollte kein Problem
sein oder?

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Ich glaube, diese Diskussion hier führt zu nichts.

Autor: Nitram L. (nitram)
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blorp wrote:
> "Ein Schaltkreis mag es in der Regel nicht, wenn auf den Signalleitungen
> eine höhere Spannung ist, als auf den Betriebsspannungsanschlüssen."
>
> In der Regel? Ich stell mir grad nen CMOS Inverter vor
> bei dem am Eingang ne höhere Spannung ist als an den
> Betriebsspannungsanschlüssen. Sollte kein Problem
> sein oder?

Ist es! Das ganze nennt sich Latch-Up:
Auf Grund des technologischen Aufbaus von CMOS-Schaltkreisen entstehen, 
infolge vorhandener Sperrschichtstrukturen parasitäre, bipolare 
kreuzweise gekoppelte NPN- und PNP-Transistoren. Es sind eigentliche 
Tyristoren. Dieser unvermeidliche Effekt tritt bei allen bisher 
angewandten CMOS-Technologien aller CMOS-Hersteller auf. Entscheidend 
ist, unter welchen Bedingungen diese parasitären Thyristoren zünden. Ein 
einmal gezündeter Thyristor kann nur durch das Unterschreiten des 
Stromes unter seinen spezifischen Haltestrom abgeschaltet werden.

Übersteigt die Spannung an einem Anschluss (sowohl Ein- und Ausgang!) 
den vom Hersteller angegebenen Wert von VDD +0.5 V bzw. VSS -0.5 V, so 
ist grundsätzlich die Möglichkeit des Zündens dieses parasitären 
Thyristors gegeben. Das entscheidende Kriterium für den Latchup ist die 
Stromstärke, der im Anoden-Kathoden-Pfad des parasitären Thyristors 
auftritt. Dieser Pfad befindet sich zwischen VDD (+Ub) und VSS (GND oder 
-Ub). Überschreitet der Strom den Thyristorhaltestrom, so befindet sich 
der Thyristor im leitenden Zustand, und der Stromfluss, der 
Kurzschlussstrom von VDD nach VSS, wird nur durch den sehr niederohmigen 
inneren Widerstand begrenzt. In der Regel bedeutet dies für das IC den 
thermischen Tod, weil der Strom und somit die Verlustleistung sehr gross 
ist.

Ein Latchup-Effekt kann auch dann eintreten, wenn die 
Versorgungsspannung nur sehr kurzfristig ihren Maximalwert 
überschreitet. Der Einfluss von Störspannungen, die einen Latchup 
provozieren, ist stark abhängig vom Schaltkreistyp, sowie auch davon, ob 
diese Störspannung am Eingang, am Ausgang oder an der 
Versorgungsspannung des IC auftritt. Wird durch den Anwender 
gewährleistet - z.B. durch das Vorschalten eines externen 
Strombegrenzungswiderstandes - , dass in keinem Fall ein Strom von mehr 
als 10 mA an jedem Anschluss des ICs übersteigen kann, so wird ein 
irreversibler Latchup-Effekt vermieden. Aus diesem Grund empfiehlt der 
Hersteller der CMOS-IC-Familien MC14xxx und CD4xxx, innerhalb eines 
Schaltungskonzeptes Massnahmen zu treffen, die einen im Störfall 
aufretenden Strom auf 10 mA begrenzen. "Innerhalb eines 
Schaltungskonzeptes" schliesst Ein- und Ausgänge von CMOS-Schaltungen, 
welche z.B. mit der Umwelt interagieren (Sensor- und Steuersignale) mit 
ein. Unter diesen Betriebsbedingungen kann ein zerstörungsfreier Betrieb 
gewährleistet werden, sofern die spezifizierte maximale Verlustleistung 
generell nicht überschritten wird. "

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...

Autor: asdf (Gast)
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"Ich glaube, diese Diskussion hier führt zu nichts."
War doch gar keine Diskussion, ich hab mir was erklären
lassen und nachgefragt. Wie Martin zeigt, kann man
das auch noch genauer erklären. Nur weil ich nicht
aufhöre bei "nicht-hotplugfaehige Schaltungen gehen
kaputt bei hotplugging, sieht man doch am Namen",
heisst das doch nicht dass der Thread sinnlos ist.
Hm.

Danke Martin! Ist zwar noch nicht alles
100% klar, aber das gibt schonmal nen
Anfang und hilft mir.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Martin L. wrote:
> blorp wrote:
>> "Ein Schaltkreis mag es in der Regel nicht, wenn auf den Signalleitungen
>> eine höhere Spannung ist, als auf den Betriebsspannungsanschlüssen."
>>
>> In der Regel? Ich stell mir grad nen CMOS Inverter vor
>> bei dem am Eingang ne höhere Spannung ist als an den
>> Betriebsspannungsanschlüssen. Sollte kein Problem
>> sein oder?
>
> Ist es! Das ganze nennt sich Latch-Up:
> [...]

Dir ist schon klar, dass das ironisch gemeint war? Zumindest habe ich 
das so verstanden.

Dennoch eine tolle Erklärung!

Autor: Jankey (Gast)
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auf welcher suppe seid ihr eigentlich alle dahergeschwommen? 
spekulationen, vermutungen, jungs Techniker bringen fakten ...

Hotpluggin is im wesentlichen eine übergeordnete Konstantstrombegrenzung 
über einer Versorgungsspannungsquelle = zu 90% ein LDO oder Stepdown, um 
einen möglichen Short beim Einstecken begrenzen zu können, meistens sind 
das 2 oder mehr Datenleitungen + 2 Versorgungsleitungen für jegliche art 
von Technologischen Schnick schnack ...

Autor: jojansen (Gast)
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Die Hotplugging Geshichte kann man schön bei USB betrachten. Im Stecker 
sind zwei Pins etwas länger, nämlich Vcc (+5V) und GND. Die kürzeren 
sind die Datenleitungen D+ und D-. Wir verwenden in unseren Hosts 
(Etikettendrucker) dann noch Diodenarrays die gegen Über- und 
Unterspannung auf den Daten- und Versorgungsleitungen was unternehmen. 
Ob die 22R Wiederstände in D+ und D- was mit Hotplug oder sonstwie mit 
den USB Specs zu tun haben, kann ich nicht sagen.
Erst die Betriebsspannungen und dann die Signale ist schon sinnvoll.
:-) Johannes

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