Hallo Leute, bitte entschuldigt meine Frage, aber ich frage mich momentan, wieso auf Platinen mit Mikrocontrollern zig analoge Bauteile verbaut sind. Nehmen wir einfach mal einen USB Stick. Da habe ich zum Einen einen Mikrocontroller für die USB Verbindung zum Rechner und zur Steuerung des Zugriffs auf den Speicherchip. Dann wäre da der Speicherchip selbst und der 12 MHz Quarz für den Mikrocontroller. Was auf den Platinen fehlt, ist allerdings ein IC zur Stabilisierung der Spannung. Stattdessen habe ich einen Widerstand, gefolgt von zwei Parallel geschalteten Dioden und wohl zur Stabilisierung der Spannung unter "Last" VIER!!!! Kondensatoren Parallel zu GND, 3x 0.1uF + 2,2uF. Irgendwie sind da die Schaltungen wirklich sehr komplex. Was ich aber wirklich nicht verstehen kann, ist wieso nicht irgendwie alles auf einem Chip drauf ist, sodass ich einfach eine Spannung von 3.3V-z.B. 9V anschließe und dann über irgendeinen Bus auf die Daten zugreifen kann. Und evtl. mit der Möglichkeit, über einen Chip auf den nächsten in der Reihe zuzugreifen. Das wäre wohl dann so ein "System on Chip" Chip. Bei den USB Sticks ist die eine Seite mit dem Mikrocontroller und dem ganzen analogen Müll zugepackt und die andere Seite mit dem Speicher. Wäre alles in einem Chip, könnte man sich die Platine ganz sparen und direkt an den Chip rangehen => kleinere Technik.
:
Verschoben durch User
Ender schrieb: > Was auf den Platinen fehlt, ist allerdings ein IC zur Stabilisierung der > Spannung. Stattdessen habe ich einen Widerstand, gefolgt von zwei > Parallel geschalteten Dioden und wohl zur Stabilisierung der Spannung > unter "Last" VIER!!!! Kondensatoren Parallel zu GND, 3x 0.1uF + 2,2uF. > Irgendwie sind da die Schaltungen wirklich sehr komplex. Kondensatoren hat man nie zuviel, wenns zuverlässig funktionieren soll. 100n sind ein Standardwert als Blockkondensator. Und die 2.2µ werden wohl sowas wie eine kleine Stromversorgung darstellen, damit der µC nach dem Abstecken (wenn vom USB nichts mehr kommt) noch für ein paar Sekundenbruchteile Spannung hat. Für die Kosten einer einzigen Reklamation, die wegen unterdimensionierten Blockkondensatoren reinkommt, kannst du ein paar Zehntausend USB-Sticks bauen. Lohnt also nicht, die wegzulassen. > Wäre alles in einem Chip, könnte man sich die Platine ganz sparen und > direkt an den Chip rangehen => kleinere Technik. Aber geh. Die Dinger sind doch auch so schon so klein zu kriegen, dass man ständig nach ihnen in allen Hosentaschen suchen muss.
Das ist nur eine Frage des Geldes. Dioden, Kondensatoren und Widerstände sind Schüttgut. Jeder Halbleiter-IC ist teurer. Und SoCs gar wachsen nicht auf Bäumen.
Kondensatoren auf Silizium-Fläche sind im Vergleich extrem teuer. Daher diskret neben dem Chip auf der Platine. Spannungsregler sind auch eine völlig andere Technologie wie Speicherchips oder Controller. Das ist so, als würde man zum Feinmechaniker-Werkzeug einen Vorschlaghammer und einen Steckbeitel dazulegen...
Kondensatoren kann man nicht in IC's unterbringen, jedenfalls nicht, wenn die Kapazität mehr als ein paar pico Farat sein soll. Was wie ein Widerstand aussieht kann auch eine Drahtbrücke sein (0 Ohm Widerstand). Abgesehen davon findest du oft Widerstände und Dioden, um Signal-Leitungen vor Überspannung zu schützen. Innerhalb der Chips geht das nicht einfach so, denn die Spannung an allen Pins darf überlicherweise nicht höher als VCC und nicht niedriger als GND sein. Bei Verbindungen zwischen Geräten kann es aber durchaus öfters vokommen, dass Signale anliegen während die Stromversorgung (noch) aus ist. Die meisten USB Chips für Gast-Geräte enthalten übrigens einen internen Spannungsregler. So z.B. die ganzen USB-UART Schnittstellen.
... und Speicherchips sind eben am günstigsten, wenn man sie nicht nur für einen Zweck herstellt, sondern sie vielseitig einsetzen kann. So ist der Chip dann nicht nur im USB Stick, sondern auch im MP3 Player, im Fotoschlüsselanhänger, im digitalen Bilderrahmen usw.
Stefan schrieb: > Kondensatoren kann man nicht in IC's unterbringen, jedenfalls nicht, > wenn die Kapazität mehr als ein paar pico Farat sein soll. Naja, das geht prinzipiell schon, nur werden die ICs dann recht groß. Es gibt Varianten des MAX232, bei denen die Kondensatoren für die Ladungspumpe im IC-Gehäuse untergebracht sind, die werden schon im Bereich um 0.1 .. 1 µF liegen. Aber das ist sehr aufwendig und entsprechend teuer. Allerdings solltest Du Dir mal Platinen ansehen, wie sie vor 25..30 Jahren gebaut wurden, auf denen war wirklich noch viel Zusatzkram drauf, die paar Krümel, die heute noch verwendet werden, sind demgegenüber wirklich völlig harmlos. Übrigens: Es heißt Farad. Mit d, denn der Mensch, nach dem die Einheit benannt ist, hieß Faraday.
Matthias Sch. schrieb: > So ist > der Chip dann nicht nur im USB Stick, sondern auch im MP3 Player, im > Fotoschlüsselanhänger, im digitalen Bilderrahmen usw. Ich verstehe schon, dass die Chiphersteller den Chip für möglichst viele Anwendungen verkaufen möchten. Aber auf der anderen Seite frage ich mich auch, ob es wirklich das ist, was der Markt verlangt. Trotz zig Anwendungsmöglichkeiten wird der Chip in Wirklichkeit doch nur auf eine bzw. auf nur wenige Arten verwendet. Rufus Τ. Firefly schrieb: > Allerdings solltest Du Dir mal Platinen ansehen, wie sie vor 25..30 > Jahren gebaut wurden, auf denen war wirklich noch viel Zusatzkram > drauf, die paar Krümel, die heute noch verwendet werden, sind > demgegenüber wirklich völlig harmlos. Ja, das habe ich auch nicht verstanden. Zig Kondensatoren, viele Dioden. Aber da konnte ich wenigstens nachvollziehen, wofür das mehr oder weniger da ist. Bei den SMDs und den Mini Platinen und Bauteilen wirkt die fertige Platine auf mich irgendwie komplex, was die vielleicht garnicht ist, wenn die Teile aus Redundanz einfach verbaut werden, um Reklamationen zu vermeiden. Aber eine andere Sache kann ich trotzdem nicht verstehen. Nehmen wir mal einfach ein Mainboard. Auf das Mainboard führt ein 20 bzw. mittlerweile ein 24 poliges Kabel, wo jede Spannung zig mal vorhanden ist. Macht man das auch aus Redundanz? Wohl kaum. Etwa wegen des Stromverbrauchs? Denke ich auch nicht. Und dann ist trotzdem um jeden IC eine menge SMD Zeugs drum herum.
Logisch. Ein Mainboard ohne puffer IC's kann nicht funktionieren. Wenn du einen IC hast der ein digitales Signal erzeugt, so muss dieser IC die komplette Signalleitung sowie den Eingang des Empfänger IC's umladen. Dafür benötigt er Elektronen, welche er sich über die Betriebsspannungspins holt. Wenn man nun bedenkt, das solch ein Umladevorgang mehrere Millionen mal pro Sekunde passieren kann muss man sich unweigerlich fragen, wo denn die ganzen Elektronen dafür herkommen sollen. Die Antwort ist: Aus den Kondensatoren um die Spannungsversorgungspins. Fehlen diese so bricht die Spannung am IC kurzzeitig ein, was bis zum Absturz (Brown Out) desselben führen kann. Üblicherweise hat man dann noch Serienwiderstände in den Signalleitungen. Das klingt zwar paradox, ist aber so. Um die Schnellen Signalwechsel zu schaffen sind die Ausganstransistoren moderner IC's sehr schnell. Dadurch generieren sie, entsprechende Pufferkondensatoren vorrausgesetzt, nahezu Rechtecksignale. Diese haben allerdings ein Problem: Sie besitzen sehr viele Oberwellen. Diese Oberwellen sind teilweise sehr energiereich und können dazu führen, daß benachbarte Bauteile in ihrer Funktion gestört werden. Daher baut man Serienwiderstände ein um die Steilen Flanken etwas zu verschleifen. Einen anderen Grund haben Widerstände, wenn sie zur Leitungsanpassung verwendet werden. Bei sehr schnellen Signalen ist ein möglichst gleicher Leitungswiderstand (Leitungsimpedanz genannt, da es ein komplexer Widerstand ist, komplex im Sinne von zusammengesetzt aus Ohmschen, kapazitivem und induktiven Teil, sowas zu berechnen ist nicht sehr einfach) vom Sender bis zum Empfänger notwendig, damit das Signal mit möglichst kleiner Veränderung am Empfänger ankommt. Allerdings sind die Komponenten (Sender, Übertragungsstrecke (Teilweise aus mehreren zusammengesetzt, wobei noch Stecker hinzu kommen können) und Empfänger) oftmals nicht aufeinander abgestimmt. Dann muss man ggf. versuchen, die Leitungswiderstände Anzupassen, damit keine Reflexionen entstehen, die das Nutzsignal (zer-)stören könnten. Die ganze Problematik ist sehr komplex und kaum in wenigen Sätzen zu erklären
Guten Abend, Ender. Nun, mehrere dünne Adern in der Mainboardzuleitung machen durchaus Sinn, wenn Du Dir die (Versorgungs-)Ströme ansiehst. Man könnte auch "eine Dicke Strippe" nehmen, aber die wäre zu steif und unhandlich. Zusatzlich währen dan auch Hochstromkontakte fällig. Glaub's einfach: das währe nicht zu bezahlen ... Die "Battalion" an Elkos auf dem MoBo hat auch ihre Bewandnis: ein einzelnes Bauteil in der Größenordnung "Klorolle" ist nicht nur ein Kostenfaktor, sonder Platzverschwendung. Elkos speichern Energie (wie schlau ist denn der Satz), sie mögen aber keine großen Ströme oder Impulsbelastung. Nimmt man viele, kleinere, so teilen sie sich den Ärger ;-) Der angesprochene USB-Stick ist nur in der Theorie digital . Bei genauerer Betrachtung ist digital nur eine (idealisierte) Sonderform von analog , bei der man die Zwischenwerte "wegrationalisiert" hat ... Gruß an Alle Martin
Ender schrieb: > Aber eine andere Sache kann ich trotzdem nicht verstehen. Nehmen wir mal > einfach ein Mainboard. Warum hat ein Tata nur 4,5 Bauteile (4 Räder und einen halben Motor) und ein modernes Auto mehr als 10.000 Bauteile?
Hi Ender, wenn du etwas nicht versteht, ist das erst mal nicht schlimm. Wenn man dann aber so daher schwurbelt: Ender schrieb: > Aber eine andere Sache kann ich trotzdem nicht verstehen. Nehmen wir mal > einfach ein Mainboard. Auf das Mainboard führt ein 20 bzw. mittlerweile > ein 24 poliges Kabel, wo jede Spannung zig mal vorhanden ist. Macht man > das auch aus Redundanz? Wohl kaum. Etwa wegen des Stromverbrauchs? Denke > ich auch nicht. Und dann ist trotzdem um jeden IC eine menge SMD Zeugs > drum herum. habe ich massive Probleme. Total ahnungslos Fragen stellen, aber mögliche Antworten vorweg ablehnen. Große Klasse! Meinst du etwa ernsthaft, die Entwickler/Hersteller machen die vielen Kabel und dieses ganze SMD-Zeugs aus lauter langer Weile drauf? Denkst du echt die sind zu blöde, das "richtig" zu lösen? Anworten bzgl. der Unmöglichkeit, alles beliebig in Schaltkreise zu integrieren, hast du ja schon bekommen. Ein anders Problem ist die Anpassung der Schaltung an konkrete Bedingungen der Schaltung, in der die Schaltkreise eingesetzt werden. Früher hätte ich gesagt, kuck nicht so viel Raumschiff Enterprise, wo die "Experten" immer mit ihrem Hosentaschen-Laser wild in irgendeinem Würfelzucker-Tertis herumbraten. - So einfach ist Elektronik nun mal nicht! HTH
Christian B. schrieb: > Üblicherweise hat man dann noch Serienwiderstände in den > Signalleitungen. Das klingt zwar paradox, ist aber so. Ist es das? Meines Wissens haben Widerstände (ich lasse die Parasiten mal außen vor) keine Zeitkonstante und können somit keine verzögernde Wirkung besitzen... oder doch? Es wäre schön, wenn Du hierfür auf eine Beweisführung verweisen könntest. Das würde mich sehr interessieren. Um die Schnellen > Signalwechsel zu schaffen sind die Ausganstransistoren moderner IC's > sehr schnell. Was heißt modern? Ich glaube das Beispiel PC ist hier nicht so gut. Die Signale, die ich bisher aus dieser Sparte gesehen habe, waren eher abschreckend als schön. Von Rechteck war da nicht mehr viel zu erkennen. > Bei sehr schnellen Signalen ist ein möglichst gleicher > Leitungswiderstand (Leitungsimpedanz genannt, da es ein komplexer > Widerstand ist, komplex im Sinne von zusammengesetzt aus Ohmschen, > kapazitivem und induktiven Teil, Meintest Du Wellenwiderstand? > sowas zu berechnen ist nicht sehr einfach) Naja es gibt einen haufen Anpassnetzwerke. Und mittels Smith-Diagramm lässt sich das ganze auch sehr einfach bestimmen. > vom Sender bis zum Empfänger notwendig, damit das Signal mit > möglichst kleiner Veränderung am Empfänger ankommt. Fehlanpassung erzeugt Reflexion. Eine Verschleifung erhält man bei hohen Frequenzen schon durch die Geometrie der Leiterbahn und der damit einhergehenden parasitären Effekte. Reflexionen können ferner sogar zur Zerstörung des Ausgangs führen, da solche nicht dafür gedacht sind, dass das gesendete Signal wieder zurück kommt. > Die ganze Problematik ist sehr komplex und kaum in wenigen Sätzen zu > erklären Nö, dass nun wirklich nicht. Aber es gibt noch einen wichtigen Grund, warum man Cs, Ls und Rs nicht sonderlich gerne auf ICs packt: Die Größe. Widerstände werden durch Transistoren nachgebildet, und haben somit automatisch auch eine nichtlineare Kennlinie. Außerdem lässt sich bei 10nm nicht sonderlich viel Verlustleistung abführen. Bei Kondensatoren lässt sich zwar durch die kleinen Strukturbreiten auf ICs die Kapazität sehr hoch treiben, allerdings sind so ziemlich alle ICs heute noch in Planartechnik hergestellt. Somit lässt sich keine wirkliche "Fläche" erzeugen. Bei Spulen müsste man eine aufgedampfte Leitschicht wild im Kreise kringeln - ebenfalls planar und somit nicht sonderlich effizient. Ich habe mal ein Layout eines Drucksensors gesehen, welchen ein damaliger Professor von mir mitentwickelt hatte. 99% der Chipfläche war ein einziger Widerstand, der für eine genaue Messung unabdingbar und nicht nach außen hin verlegbar war. Um sich das mal vor Augen zu führen: Ein einziger Widerstand war so groß auf der Fläche, dass man ihn rein theoretisch mit dem bloßen Auge erkennen könnte (wenn das Auge auflösend genug für die feinen Leiterbahnen wäre). Nur weil wir im Jahr 2012 leben ist zwar vieles, aber halt immernoch nicht alles möglich :)
Michael L. schrieb: > Denkst du echt die sind > zu blöde, das "richtig" zu lösen? Die Entwickler mit Sicherheit nicht, aber die BWLer, die nur die bloßen Kosten sehen ;)
Wir machen meist noch 100 bis 200 zusaetzliche Komponenten auf ein Board, damit es beeindruckender ausschaut, und man im Verkauf mehr dafuer verlangen kann. Wenn man etwas wie Sonderaufwaenden fuer zusaetzliche Features, Normen, Zertifizierungen usw antoent, gibt es kaum Fragen.
Wenn man die Programmspeichergrößen bei modernen uC mit üblichen Grössen für ein reines NOR-Flash vergleicht... wird doch irgendwie ersichtlich dass für beides den selben Prozess zu nehmen irgendwie keine gute Idee wäre.
Martin Schwaikert schrieb: > Ist es das? Meines Wissens haben Widerstände (ich lasse die Parasiten > mal außen vor) keine Zeitkonstante und können somit keine verzögernde > Wirkung besitzen... oder doch? Es wäre schön, wenn Du hierfür auf eine > Beweisführung verweisen könntest. Das würde mich sehr interessieren. Ja es ist so. Die Leiterbahn/Kabelader besitzt eine gewisse Kapazität, ist also auch ein Kondensator. Dieser Kondensator muss bei jeder Flanke umgeladen werden. Bei sehr steilen Flanken ist dafür jedoch ein beträchtlicher Strom nötig (U*C=I*t). Diese hohen Ströme erzeugen wiederum ein magnetisches Feld, welches die Schaltung oder andere Schaltungen stören kann. Ausserdem entstehen auch Störungen auf der Speisung der Schaltung, weshalb u.A. Abblockkondensatoren und Ferrite verwendet werden. Die Serienwiderstände begrenzen nun diesen Strom und die Ströungen können drastisch vermindert werden. Dabei werden natürlich die Flanken verschliffen (dies ist nicht direkt beim Sender, sondern erst beim Empfänger sichtbar). Die Rechnerei überlasse ich dir. Nachtrag: Bei steilen Flanken sind die Oberwellen sehr hochfrequent, nicht nur die der Spannung, auch die des Stromes. Um den Effekt zu sehen, kann man z.B. in LTSpice einen Rechteck durch eine reale Leitung jagen und mit verschiedenen Anstiegszeiten spielen. Dabei die Ströme und ggf. das Frequenzspektrum beachten.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.