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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Pegelwandler 5V->3V


Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

Ich muss den Pegel einer seriellen Schnittstelle von 5V auf 3,3V wandeln 
bei 9600baud.
Ich bin jetzt über mehrere Möglichkeiten gestolpert das zu tun, eine 
Sache ist das hier: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/23331/Pe... ich bin 
mir allerdings nicht sicher ob das mit der Geschwindigkeit geht, da 
steht leider überall was anderes zu.

Die andere Sache wär das mit einem Spannungsteiler zu machen, ich hab 
allerdings irgendwie Angst dass der 3.3V-Baustein dabei Schaden nimmt. 
(?)

Ich hab mir überlegt es sollte doch auch mit einer Zener-Diode möglich 
sein? Dafür wär es irgendwie die kompakteste Lösung.


Was empfehlt ihr mir? Und knn bei der Spannungsteiler-Geschichte was 
kaputt gehen?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Chris (Gast)

>http://www.mikrocontroller.net/attachment/23331/Pe... ich bin

Viel zu kompliziert!

Eine einfacher Pegelwandler tut es.

>Die andere Sache wär das mit einem Spannungsteiler zu machen, ich hab
>allerdings irgendwie Angst dass der 3.3V-Baustein dabei Schaden nimmt.
>(?)

In der Tat. ???

>Ich hab mir überlegt es sollte doch auch mit einer Zener-Diode möglich
>sein? Dafür wär es irgendwie die kompakteste Lösung.

Nöö, ein einfacher Widerstand. Siehe Link.

>Was empfehlt ihr mir? Und knn bei der Spannungsteiler-Geschichte was
>kaputt gehen?

Nö.

MfG
Falk

Autor: Bensch (Gast)
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> Nöö, ein einfacher Widerstand. Siehe Link.

Haste dir in deinem Link auch mal den Text mit dem Warnhinweis 
durchgelesen?

Autor: Wolfgang Birner (logox2)
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Auf dem STK500 von Atmel, wird der in der Anlage gezeigt Pegelwandler 
eingesetzt. Atmel verwendet den dort auch für schnelle Signale.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Bensch (Gast)

>> Nöö, ein einfacher Widerstand. Siehe Link.

>Haste dir in deinem Link auch mal den Text mit dem Warnhinweis
>durchgelesen?

Welchen meinst du? Ich kenn den Text ganz gut. Ich hab den Artikel neu 
zusammengestellt ;-)

MfG
Falk

Autor: Bensch (Gast)
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> Welchen meinst du? Ich kenn den Text ganz gut.

Du kennst ihn, aber hast du ihn GELESEN? Ich sehe da auf Anhieb eine 
eindeutige Warnung.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Bensch (Gast)

>> Welchen meinst du? Ich kenn den Text ganz gut.

>Du kennst ihn, aber hast du ihn GELESEN? Ich sehe da auf Anhieb eine
>eindeutige Warnung.

Spar dir deine schlechte Rethorik. Ich habe den Artikel nahezu komplett 
neu geschrieben, siehe Versionen. Also, wo liegt deine Meinung nach das 
Problem?

Mfg
Falk

Autor: Rudolph R. (rudolph)
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Einer fehlt ja offenbar im Tutorial.
Und zwar ein Level-Shifter mit einem N-FET.

Das ist sogar bi-direktional.
Wobei von 5V auf 3,3V, also abwärts, auch ein Spannungsteiler reicht.
9600 Baud sind ja sehr gemütlich.

Ich benutze das ohne Probleme um einen Mega32 auf 5V mit einer SD-Karte 
auf 3V zu verbinden - bei 2 MHz.
Allerdings, nur auf ein paar wenigen Zentimetern Leiterbahnen.

Gefunden habe ich das im "an97055.pdf" von Phillips.

Autor: Hans (Gast)
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Die gibt es doch als fertige Bauteile. Wenn es nur in eine Richtung sein 
soll, geht es auch mit 5V-Toleranten Beuateilen, die man auf 3,3V 
speist. Z.B. kann man einen 244, 245er line driver nehmen (HCT)

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Rudolph R. (rudolph)

>Einer fehlt ja offenbar im Tutorial.
>Und zwar ein Level-Shifter mit einem N-FET.

Dann ergänze das Tutorial bitte.

MfG
Falk

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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http://comwebnet.co.funpic.de/seite42.php

Mit Diode und Widerstand zur Trennung der Potentiale, würde auch gehen.


http://www.comwebnet.de - Bascom Projekte mit S65, RFM12

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Avr Nix (avrnix)

>http://comwebnet.co.funpic.de/seite42.php

>Mit Diode und Widerstand zur Trennung der Potentiale, würde auch gehen.

Geht nur in eine Richtung, von rechts nach links.
Man beachte die vielen Fragezeichen. Und die unsinnige Ausrede

"Das RD-Interface ist eine bessere Lösung als das Spannungteilerprinzip, 
da durch die Toleranzen die zu Teilende Spannung unterschiedlich sein 
kann."

MfG
Falk

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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Was ist daran Unsinnig ? Es geht doch um das Potential das Abgeblockt 
wird und bei Low das Potential vom µC kommt.

Klar ist in eine Richtung! Sind doch zwei Richtungen und zwei Leitungen 
jede in eine Richtung? Oder habe ich was falsch verstanden?

RD haben doch weniger Stromverbrauch als ein Spannungsteiler.

Autor: Rudolph R. (rudolph)
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@Falk Brunner
>Dann ergänze das Tutorial bitte.

Ich bin mir garnicht sicher, wie.
Und die Applications-Note von Phillips ist ja sogar bereits verlinkt.


@Avr Nix

Die Ansage mit den Toleranzen ist unsinnig da man ja überhaupt nicht 
3,30000 V  treffen muss, damit nichts kaputt geht.

Und die Aussage mit dem Stromverbrauch gilt auch nicht allgemein.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Avr Nix (avrnix)

>Was ist daran Unsinnig ? Es geht doch um das Potential das Abgeblockt
>wird und bei Low das Potential vom µC kommt.

Klingt fast wie Bullshit-Bingo . . .

>Klar ist in eine Richtung! Sind doch zwei Richtungen und zwei Leitungen
>jede in eine Richtung? Oder habe ich was falsch verstanden?

Ja, ALLE drei Leitungen funktionieren nur in eine Richtung, von rechts 
nach links. Das sind quasi Open Drain Ausgänge, über Dioden emuliert. 
Kann man auch ohne Dioden machen, nur darf dann der uC rechts nur 
zwischen Tristate und LOW umschalten, wie bei I2C.

>RD haben doch weniger Stromverbrauch als ein Spannungsteiler.

RD?

@ Rudolph R. (rudolph)

>>Dann ergänze das Tutorial bitte.

>Ich bin mir garnicht sicher, wie.

Probiers einfach aus. Man kann nix kaputt manchen.

>Die Ansage mit den Toleranzen ist unsinnig da man ja überhaupt nicht
>3,30000 V  treffen muss, damit nichts kaputt geht.
>Und die Aussage mit dem Stromverbrauch gilt auch nicht allgemein.

Meine Rede.

MfG
Falk

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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Was bedeutet jetzt "allgemein" ?

Beim Spannungsteiler, meist ist das so das ein Stromwert angenommen 
wird, am Beispiel des S65 habe ich noch keinen getroffen der eine 
Aussage gemacht hat mit welchen Strom der S65 durchflossen wird und das 
ist zur Berechnung des Spg. Teilers wichtig, oder nicht? So wird meist 
ein Stromwert angenommen im mA Bereich und entsprechend die Widerstände 
genommen, klar geht es auch, aber es ist ein Stromverbrauch da, höher 
als die in Sperrrichtung betriebe Diode, sehe ich da was falsch?

Ich lasse mich gerne belehren :-)

R = Widerstand , D = Diode

Es ging nur darum hier den Pegel umzusetzen oder nicht ?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Avr Nix (avrnix)

>Beim Spannungsteiler, meist ist das so das ein Stromwert angenommen
>wird, am Beispiel des S65 habe ich noch keinen getroffen der eine
>Aussage gemacht hat mit welchen Strom der S65 durchflossen wird und das
>ist zur Berechnung des Spg. Teilers wichtig, oder nicht? So wird meist

Du solltest dringend an deinen elektronischen Grundkennnissen bzw. 
deiner Wortwahl arbeiten. Mit diesem Kauderwelsch nimmt dich keiner 
ernst.

>ein Stromwert angenommen im mA Bereich und entsprechend die Widerstände
>genommen, klar geht es auch, aber es ist ein Stromverbrauch da, höher
>als die in Sperrrichtung betriebe Diode, sehe ich da was falsch?

Du siehst viele Dinge vollkommen falsch.

>Ich lasse mich gerne belehren :-)

Na immerhin.

Die verbindungen funktionieren nur von rechts nach links. Warum?

Recht liegt auf LOW, ~0V. Die Diode ist in Flussrichrung gepolt, es 
fliesst ein Strom entsprechend I = (2,9V-0,7V) / R2. Liegt Rechts auf 
High = 5V, ist die Diode in Sperrichtung gepolt, über die Diode fliesst 
kein Strom. Die Spannung wird von R2 auf 2,9V gezogen.

Anders herum geht es nicht. Links liegt auf LOW, ~0V. Die Spannung 
rechts ist undefiniert, weil die Diode nie in Flussrichtung betrieben 
werden kann, dazu müsste die Spannung rechts kleiner Null werden. Ist 
Links auf HIGH, ist die Spannung rechts ~ Spannung links-0,7V. Es kann 
somit nur ein definierter HIGH-Pegel hergestellt werden, aber kein LOW 
Pegel. Dazu bräuchte man wenigstens noch einen hochohmigen Pull-Down 
rechts.

MfG
Falk

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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OK - das ist richtig, und sollte ja so sein.

Also ging das Problem hier einen Pegelwandler für beide Richtungen, ich 
dachte das um Pegel einer seriellen Schnittstelle  von Tx und Rx und 
entsprechnede Pegelwandlung, also mit 2 Ltg und zwei einzele Richtungen.

Ich habe nie behauptet das es eine BI-Richtung gibt und das mit mit 
einer RD-Interface machen kann, so wie es ist.

War nur ein Vorschlag, anstatt einen Spg. Teiler zu nehmen, halt eine 
RD-Interface einzusetzen.

Sage mir bitte wie hoch die Stromstärke der Eingangspins des S65 sind ?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Avr Nix (avrnix)

>Sage mir bitte wie hoch die Stromstärke der Eingangspins des S65 sind ?

Der Satz ist sinnfrei. Eingangspins haben keine Stromstärke. Die haben 
bestenfalls einen Eingangsstrom, oder Leckstrom, oder Bias-Current. Der 
liegt bei CMOS (und daraus besteht das Handy) irgendwo bei nA oder 
bestenfalls uA.

MFG
Falk

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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OK  und wie ist hier zum Beispiel der Spannungteiler ?
welches hier im Forum angepriesen ist, sind Widerstände eigentlich zu 
niedrig wenn es nur um nA geht ?

Mann kann den Sinn verstehen wenn man >will< ;-) Das ich den 
Eingangsstrom meine hast du schon richtig verstanden.

Ich glaub als Vorschlag war 470 und 610 Ohm an 5V, nicht > Megaohm 
Bereich (µA..nA).

http://www.superkranz.de/christian/S65_Display/Dis...

Wie kommt man jetzt auf diese Werte?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Avr Nix (avrnix)

>welches hier im Forum angepriesen ist, sind Widerstände eigentlich zu
>niedrig wenn es nur um nA geht ?

Im Gegenteil. Gerade WEIL die Eingänge nur nA zeihen, kann man den 
Spannungsteiler sehr hochohmig machen (nahezu unbelastet).

>Ich glaub als Vorschlag war 470 und 610 Ohm an 5V, nicht > Megaohm
>Bereich (µA..nA).

Starkstrom! Das ist bestenfalls für hohe Datenraten im Mbit/s Bereich 
nötig.

>Wie kommt man jetzt auf diese Werte?

???
Spannungsteiler ausrechnen?

MfG
Falk

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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Das meine ich nicht wie man einen Spannungsteiler ausrechnet

das ist Umrechnungsverhältnis und Ohmsches Gesetz ( R=U/I )

Ich wollte nur damit zum Ausdruck bringen, das der Strom 
unverhältnismäßig beim Spannungsteiler so hoch ist.

470K und 610k würde genauso gehen und weniger Strom durchfliessen.

Das der Spg. Teiler als unbelastet gilt bei nA ist schon klar.

Aber wie stehts mit der Datenrate die du angesprochen hast ?
Ich denke nicht das es bei 410 besser ist, als bei 410000 Ohm bzw. 
bezogen auf  R-Verhältnis.

Schönes Wochende!

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Avr Nix (avrnix)

>Aber wie stehts mit der Datenrate die du angesprochen hast ?
>Ich denke nicht das es bei 410 besser ist, als bei 410000 Ohm bzw.
>bezogen auf  R-Verhältnis.

Schon wieder falsch geraten ;-)
Ein Eingangskapazität des ICs (typ. 10pF) und die Parallelschaltung der 
beiden Widerstände ergeben multipliziert eine Zeitkonstante. Die 
Signalanstiegszeit ist ~2 Zeitkonstanten. Nun rechne mal

MfG
Falk

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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Ok stimmt - dann muß ja der Widerstand des Spg. Teiler sinken um auf 
eine höhere Frequenz zu kommen. Aber ist aber der Spg. Teiler gerade 
hier nicht ungeeignet, weil der Strom Hauptsächlich durch den Spg. 
Teiler geht?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Avr Nix (avrnix)

>eine höhere Frequenz zu kommen. Aber ist aber der Spg. Teiler gerade
>hier nicht ungeeignet, weil der Strom Hauptsächlich durch den Spg.
>Teiler geht?

Er geht schon. Ein Wunder an Effizienz ist es aber nicht.

MfG
Falk

Autor: Bensch (Gast)
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@ Falk

Zitat aus dem Tutorial, das du ja sooo gut kennst:

*  1 kOhm Vorwiderstand. Dadurch wird der Strom vom 5V Ausgang in die 
3.3V Versorgung durch die internenen Schutzdioden auf ca. 1mA begrenzt. 
Diese Lösung ist auch relativ langsam (ca. 5MHz). Ggf. kann man den 
Vorwiderstand auf 100 Ohm reduzieren, das erhöht dann wieder die 
Geschwindigkeit. Aufpassen, einige ICs vertragen nur 1mA oder weniger 
durch die Schutzdioden! Ausserdem muss man aufpassen, das jetzt von der 
5V Seite Strom in die 3.3V Verorgung eingespeist wird. Besonders in 
Schaltungen mit sehr niedrigem Stromverbrauch kann das zum Problem 
werden, wenn weniger Strom verbraucht wird als über die Vorwiderstände 
eingespeist wird. Dann nimmt es meist der Spannungsregler für 3.3V übel 
wenn jemand "schiebt", sprich, Strom einspeist. Denn die allermeisten 
Spannungsregler können nur Strom liefern (source), aber keinen Strom 
aufnehmen (sink). Es gibt 4-fach-Diodennetzwerke, die die internen 
Schutzdioden entlasten können, außerdem ist teilweise noch eine 
Zenerdiode enthalten, die diesen sink-Strom aufnehmen.

bild:pw_vw_5-3.png

Achtung: Mindestens für 74HC(T) Gatter ist dokumentiert (Philips 74HC/T 
High-Speed CMOS User Guide), dass auch schon geringer Strom durch die 
internen Schutzdioden zu einer unerwünschten Kopplung von Eingängen 
führen kann, d.h. der Strom fliesst zu einem anderen Eingang wieder 
hinaus. Sind also andere Eingänge ebenso hochohmig angeschlossen, kann 
dieser Querstrom zu Fehlfunktion führen.

---------------------
Soweit zur Ein-Widerstands-Theorie....
Alle Schaltungen, die die Schutzdioden als normales Bauteil mitbenutzen, 
sind Bastelkram und nicht zuverlässig.. Wenn ein Hersteller ausdrücklich 
angibt, dass die Eingänge 5V-tolerant sind, nutzt er mit Sicherheit 
NICHT diese Dioden.

Autor: Avr Nix (avrnix) Benutzerseite
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Und wenn ich dafür eine Widerstand und Diode nehme wäre das effizienter 
(und Warum/nicht)?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bensch (Gast)

>Alle Schaltungen, die die Schutzdioden als normales Bauteil mitbenutzen,
>sind Bastelkram und nicht zuverlässig.. Wenn ein Hersteller ausdrücklich

Das ist nicht so.

>angibt, dass die Eingänge 5V-tolerant sind, nutzt er mit Sicherheit
>NICHT diese Dioden.

Hat doch keiner behauptet.

MfG
Falk

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