Hallo Leute, ich beschäftige mich momentan mit dem allgemeinen Absichern von Signal- und Taktleitungen, v.A. wenn man diese nach außen führen will, jedoch findet man in 10 Quellen 10 verschiedene Aussagen; von Ferritperlen, EMV-Schutzics, Serienwiderstände, Kondensator zu GND, hoher Widerstand zu GND liest man alles und einen Post weiter auch warum die Schutzmaßnahmen selbst das Signal stören können. Mir ist durchaus bewusst dass man je nach Spannung, Frequenz und Flankensteigung andere Größenordnungen benötigt, die Schutzmaßnahmen sollten sich aber doch im Allgemeinen ähneln. Also: wie macht man's am Beispiel von UART, I²C oder SPI nach Lehrbuch? Vielen Dank im Voraus, Alex
Alex K. schrieb: > I²C oder SPI nach Lehrbuch? die beiden sollten nicht nach außen geführt werden (sind Busse auf der Leiterplatte). UART sofern TTL-Pegel ebenfalls nicht. RS232 am einfachsten mit D-SUB Filtersteckern. (also 1nF ans Metallgehäuse + ggf. Ferritplatte). Gruß Anja
Hallo Anja, vielen Dank für die schnelle Antwort. I²C und SPI will ich zwar nicht aus dem Gerät führen, aber zur Kommunikation zwischen einzelnen Platinen sollten doch Standarts spezifiziert sein (I²C wurde ja sogar dafür entwickelt). Welchen Schutz soll man also auf jeder Platine z.B. für I²C vorsehen? Ein weiterer Punkt: wenn ich UART oder USB aus meinem Gerät heraus führe, wie sichere ich mich am besten gegen ESD und Spannungsspitzen ab? Galvanische Trennung wird bei USB eher schwierig. Viele Grüße und Dank im Voraus, Alex
Anja schrieb: > Alex K. schrieb: >> I²C oder SPI nach Lehrbuch? > > die beiden sollten nicht nach außen geführt werden (sind Busse auf der > Leiterplatte). Doch, I2C wurde damals von Philips und Konsorten auch dafür spezifiziert, Geräte der Unterhaltungselektronik untereinander zu verbinden. Ich entsinne mich noch an ein entsprechendes I2C-Verbindungskabel zwischen Fernsehgerät und Video-2000-Rekorder.
Alex K. schrieb: > Standarts Für mich ist das eine spezielle Form der Flagge. Was hat das mit I2C oder SPI zu tun?
Alex K. schrieb: > Ein weiterer Punkt: wenn ich UART oder USB aus meinem Gerät heraus > führe, wie sichere ich mich am besten gegen ESD und Spannungsspitzen ab? Speziell für USB gibt es die Bauteine NUF2030 und NUF2042, die ich auch schon sehr erfolgreich eingesetzt habe. Man kann sie auch zum Absichern z.B. von UART-Leitungen einsetzen.
Alex K. schrieb: > Welchen Schutz soll man also auf jeder Platine z.B. für I²C vorsehen? Per Bedienungsanleitung verhindern daß jemand mit seinen ESD-Fingern den Leitungen in die Nähe kommt. Alex K. schrieb: > wie sichere ich mich am besten gegen ESD und Spannungsspitzen ab? Bei USB sind die Stecker so ausgeführt daß Du dich vorzugsweise auf den Schirm entlädst. Da hilft dann ein metallisches Schirm-Gehäuse. (Vorausgesetzt Signalmasse und Gehäusepotential sind nicht mehrfach miteinander verbunden). In hartnäckigen Fällen gibt es "low capacity" Schutzelemente entweder auf Transzorb-Basis oder auf Polymerbasis. (such mal nach "low capacity esd protection usb" oder so) Bei RS232 hilft der Filterstecker. (Ergibt einen kapazitiven Spannungsteiler mit den 150pF des Prüfgenerators). Die Spannung bleibt dann hoffentlich unter den 2000V für die der Treiber spezifiziert ist. Für extreme Anwendungen kann man die 1nF des Filtersteckers durch zusätzliche Kapazitäten und ggf. kleine Serienwiderstände (470-1000 Ohm) unterstützen. Geht dann natürlich auf Kosten der Reichweite bzw. der Übertragungsrate. Gruß Anja
i2c ist für die Inter-Modul Kommunikation innerhalb von Geräten gedacht. Alles andere ist Quatsch. Klar, ich habe zu Weihnachten in der Firma auch schon PCF8574 LED-Lichterketten meterlang gesteuert. Das ist aber nicht so gedacht.
Abdul K. schrieb: > i2c ist für die Inter-Modul Kommunikation innerhalb von Geräten gedacht. > Alles andere ist Quatsch. Klar, ich habe zu Weihnachten in der Firma > auch schon PCF8574 LED-Lichterketten meterlang gesteuert. Das ist aber > nicht so gedacht. Sag das mal Nintendo...
Andreas Schweigstill schrieb: > Speziell für USB gibt es die Bauteine NUF2030 und NUF2042, die ich auch > schon sehr erfolgreich eingesetzt habe. Man kann sie auch zum Absichern > z.B. von UART-Leitungen einsetzen. Hat irgendwer eine Idee für einen wirklich universellen Baustein, so daß man sich nicht zig auf Lager legen muß? Die obigen beiden scheinen auch nicht weit verbreitet. Für mich noch ein offenes Thema, leider.
Pegel schrieb: > Abdul K. schrieb: >> i2c ist für die Inter-Modul Kommunikation innerhalb von Geräten gedacht. >> Alles andere ist Quatsch. Klar, ich habe zu Weihnachten in der Firma >> auch schon PCF8574 LED-Lichterketten meterlang gesteuert. Das ist aber >> nicht so gedacht. > > Sag das mal Nintendo... Nintendo würde ich jetzt nicht als Industrielektronik bezeichnen. Aber sie machen eigentlich recht gute Designs. Gibt auch einen Mobilfunk-Infrastruktur Hersteller, der seine Repeater extern mit i2c vernetzt und dafür regelmäßige Reparaturen in Kauf nimmt. Die i2c Bustreiber von NXP verwandeln sich in Kurzschlüsse.
Abdul K. schrieb: > Hat irgendwer eine Idee für einen wirklich universellen Baustein, so daß > man sich nicht zig auf Lager legen muß? Die obigen beiden scheinen auch > nicht weit verbreitet. Ist immer auch eine Preisfrage. Bei niedrigen Datenraten reicht gegen ESD ein Kondensator + ein Serienwiderstand. Für CAN (2 Leitungen) haben wir früher (als es noch keine LC-Bausteine gab) normale unidirektionale Transzorb-Dioden + einen SMD-Brückengleichrichter verwendet. Gruß Anja
Und der Serienwiderstand wurde bei 5KV Pulsen nicht einfach übersprungen? Bei Netzspannung schaltet man ja auch besser 2 oder besser 3 Rs in Reihe.
Abdul K. schrieb: > Und der Serienwiderstand wurde bei 5KV Pulsen nicht einfach > übersprungen? Bei Netzspannung schaltet man ja auch besser 2 oder besser > 3 Rs in Reihe. Deswegen brauchst Du ja den Kondensator als kapazitivien Spannungsteiler. (direkt am Stecker nach außen). Der muß die Spannung auf die verträglichen ca. 200V (Isolation) des Serien-Widerstands herunterteilen. Beispiel: 6KV bei 150pF am ESD-Simulator ergibt nach der Entladung auf einen 4,7nF (also 30:1) ca 200V (ohne Verluste gerechnet) am Steckerkondensator. Der Serienwiderstand begrenzt den Strom durch die Eingangsschutzdioden (hoffentlich) unter die Latch-up Schwelle von deinem Eingangspin. Bzw. bei sehr niedrigen Frequenzen bzw. bei Analogsignalen wirst du sowieso noch einen Kondensator direkt am Prozessorpin als Anti-Aliasing Filter haben. Gruß Anja
Ein gutes Buch, welches ich empfehlen könnte, wäre die "Triologie der Induktivitäten" von der Firma Würth. Dort wird auch auf Varistoren, ESD-Suppressors ect. eingegangen. -->@Anja: Wenn man den SMB-Bus auch als I2C-Bus betrachtet, wird dieser schon recht häufig nach außen ins Feld geführt, z.B. bei Smart Batteries... -->@Alex: die Standard-Schutzbeschaltungen, die du suchst, findest Du im oben genannten Buch. Da sind viele Beispielschaltungen drin, die bewärt sind und die du so einsetzen kannst. Es kommt halt auch immer darauf an, was du wogegen schützen willst und wie viel du dafür ausgeben willst. Prinzipiell würde ich immer einen ESD-Schutz vorsehen. Dann kommt je nach Schaltung noch Maßnahmen gegen EMV dazu.( Wegen Einströmen, Einstrahlen, Abstrahlen, Surge, Burst ) Und wenn es nahe liegt, noch ein Überspannungsschutz,( würde ich prinzipiell nicht 100%-ig mit ESD-Schutz vergleichen) Und wenn noch unbedarfte Leute dran rumspielen, ein Verpolschutz
Die meisten "Opfer" waren an Schnittestellen nach außen und an Netzteilen zu beklagen. Es bleibt noch die Frage, in welcher Umgebung die Sachen betrieben werden. Manchmal sind auch Optokoppler oder Glasfaser eine Idee, um häßliche Masseprobleme zu meistern.
Anja schrieb: > Abdul K. schrieb: >> Und der Serienwiderstand wurde bei 5KV Pulsen nicht einfach >> übersprungen? Bei Netzspannung schaltet man ja auch besser 2 oder besser >> 3 Rs in Reihe. > > Deswegen brauchst Du ja den Kondensator als kapazitivien > Spannungsteiler. (direkt am Stecker nach außen). Ach Anja, jetzt verstehe ich dich. Also CR, nicht RC.
Hallo Leute, vielen Dank für die schnellen und guten Antworten, auch wenn meine etwas gedauert hat. Zuerst einmal @Anja: Danke für die guten Hinweise, eine wahre Masse habe ich nur leider keine da das Gerät Batteriebetrieben wird. Der Vorschlag mit Brückengleichrichter und Suppressordiode ist in den beiden USB...-ICs umgesetzt; im Anhang ein erster Entwurf von JTAG und USB-HS Schnittstelle. uC-Pins sind alle 5V tolerant. I²C ist mit 100Ohm Serienwiderständen, 4.7kOhm Pull-Ups und Absicherung gegen ESD analog zu NRST und NJTRST angedacht. Was haltet ihr von den bisherigen Entwürfen? Viele Grüße, Alex
>Also: wie macht man's am Beispiel von UART, I²C oder SPI nach Lehrbuch? DIE EINE Schutzmaßnahme gibt es nicht. Es spielt schon eine Rolle, ob der CE-Tester Surge einkoppelt oder nicht. Und wenn, dann welchen Surge. In der Regel verwende ich direkt am Stecker einen kleinen SMD-Varistor oder eine Cera-Diode (wenn nur kleine Kapazitäten erlaubt sind) pro Leitung gegen die Signalmasse, die sowohl Surge als auch ESD abfangen können. Damit das auch gut funktioniert, sollte von der Signalmasse der Signalleitung ein 10nF/1kV Cap zum (geerdeten) Gehäuse gelegt werden, wieder dirket am Stecker. Die Profibus-Leute verwenden eine geschirmte RS-485-Leitung, deren Schirm sie beidseitig auf Erde auflegen! Die Signalmasse dagegen wird an beiden Enden weich geerdet, also mit einem 10nF/1kV Cap, wie oben beschrieben. Probleme mit Abstrahlung vermeidet man am einfachsten durch Verwendung von Slew-Rate-begrenzten Treibern, wie beispielsweise dem LT1785. RS232-Treiber sind von Hause aus gebremst. Gute Treiber besitzen außerdem Schutzschaltungen gegen Überspannung (LT1785 bis +/-60V) und ESD. Damit können sie dann auch die Restspannungen von Surges aushalten, die die Varistoren/Cera-Dioden doch noch durchlassen. Für USB-Leitungen und andere spezielle Leitungen werden von vielen Herstelllern Komplett-Lösungen angeboten, die Filter und Schutzschaltung in einem beinhalten. Da sollte man mal bei Murata, AVX, Epcos, Würth, etc. nachschauen. Niedrige Abstrahlungswerte bei schnellen Signalleitungen kann man nur erreichen, wenn für jede Signalleitung eine an beiden Enden verbundene Masserückleitung in unmittelbarer Nähe vorhanden ist, am besten mit dieser verdrillt. Manchmal lohnt sogar die Verwendung von symmetrischer Signalführung, wenn eine Digitalleitung weite Strecken zurücklegen muß. Dazu wird das Signal einfach auf einen RS485-Treiber gegeben. Am Ende der Leitung wird dann wieder mit einem RS485-Empfänger zurückgewandelt.
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