Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltplan: Ist Low negativer als Ground?


von HatFrage (Gast)


Lesenswert?

In Schaltplänen sehe ich öfter sowohl "Ground" als auch "Low". (Low in 
der Regel als binär schaltbarer Eingang, daher kann zwischen low und 
high umgeschaltet werden, aber nichts zwischendrin.)
Ist Ground jetzt einfach das negativste was geht (bzg auf den 
Schaltplan) oder hat Ground sozusagen Potential 0 und High ist positiver 
und Low negativer?
Anders gesagt: Wenn man Ground und Low verbindet (mit Widerstand 
dazwischen etc.), wohin fließt dann der Strom (technische 
Stromrichtung)?
Grüße

von HatFrage (Gast)


Lesenswert?

Oder ist beides in etwa gleich negativ?

von Georg M. (g_m)


Lesenswert?


von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

HatFrage schrieb:
> In Schaltplänen sehe ich öfter sowohl "Ground" als auch "Low".

Ich noch nie. Zeigen. GND oder Ground ist klar. Das ist das 
Bezugspotential, auf das sich alle Spannungsangaben beziehen. Low ist 
das nicht.

> (Low in
> der Regel als binär schaltbarer Eingang, daher kann zwischen low und
> high umgeschaltet werden, aber nichts zwischendrin.)

Also ein simpler binärer Logikpegel. Dann bezeichnen "Low" und "High" 
die beiden Spannungspegel mit niedrigerer bzw. höherer Spannung. Über 
die konkrete Spannungslage (gegenüber GND) sagt das aber noch nichts 
aus. Verschiedene Logikfamilien verwenden verschiedene Pegel. Z.B. hat 
ECL die Pegel bei -1.7V (Low) und -0.8V (High).

Und dann hängt es natürlich davon ab, aus welchen Spannungen der 
Logik-IC versorgt wird. CMOS-Logik verwendet die negative Rail der 
Versorgung als Low und die positive als High. Wenn so ein IC aus +12V 
und +7V versorgt wird, dann sind die konkreten Pegel +7V für Low und 
+12V für High. Ein anderes, das an GND und +5V betrieben wird, verwendet 
0V und +5V. Ein wieder anderes, das aus -2.5V und +2.5V versorgt wird, 
eben -2.5V und +2.5V. Und das obwohl sie jeweils 5V Betriebsspannung 
sehen.

> Ist Ground jetzt einfach das negativste was geht (bzg auf den
> Schaltplan) oder hat Ground sozusagen Potential 0 und High ist positiver
> und Low negativer?

Low ist negativer als High. Mehr kann man nicht sagen.

> Anders gesagt: Wenn man Ground und Low verbindet

Schon die Aussage ist Unsinn. Low ist eine Spannungsvorgabe mit 
Toleranz. Die kann man nicht mit irgendetwas verbinden. Genauso wie du 
ein Tempolimit 100km/h nicht mit einem fahrenden Fahrzeug vergleichen 
kannst. Das Tempolimit selber bewegt sich ja nicht.

: Bearbeitet durch User
von Carsten S. (dg3ycs)


Lesenswert?

Georg M. schrieb:
> LOW und HIGH befinden sich zwischen GND und VDD.
>
>
> 
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/03/Inverter1.svg/430px-Inverter1.svg.png

OFT ist es so,
ABER NICHT IMMER!

Bei ECL Bausteinen wie dem Motorola MC1001 liegen die Pegel zwischen GND 
und VEE (also beides im negativen! Spannugnsbereich)
(HIGH ~(-1)V, LOW = ~(-2)V)

Bei RS232 sind die Normpegel auf dem Kabel: HIGH = -15 V, LOW ist +15V!
(GND ist dabei 0V... In der Realität hat man heute aber eher 8 bis 10V 
jeweils +/- für die Pegel statt 15V)

Es ist so:
LOW und HIGH sind Logische Zustände (== Wahr / Unwahr)
Erst einmal völlig unabhängig von irgendwelchen Spannungen.

Hat man nun eine Elektrische Schaltung in der solche Logische Zustände 
ausgerückt werden sollen geht man hin und DEFINIERT welche Spannung 
welcher Zustand ausdrücken soll.
Diese Auslegung kann völlig frei sein (z.B. wäre es bei RS232 Problemlos 
auch anders herum gegangen) oder durch technische Belange vorgegeben 
sein (ECL Logik)

In den allermeisten Fällen ist es dabei tatsächlich so das man definiert 
das ein HIGH Signal durch die positivere der möglichen 
Ausgangsspannungen und ein LOW durch die niedrigere Spannung ausgedrückt 
wird.
Bei Üblicher CMOS technik ist das HIGH dann Vdd( bzw. in realen 
Schaltungen möglichst nahe an) , das Low entspricht dem Ground Potential 
(bzw. real möglichst nahe dran)
Oder bei der ECL Technik mit der notwendigkeit im negativen 
Spannungsbereich zu arbeiten ist man hingegangen und hat als 
Ausgangssignal mit der höheren Spannung (-1V) dem High zugeordnet und 
das Ausgangssignal mit der negativeren Spannung (-2V) dem Low.

Wie hoch die Spannungen für ein High oder Low aber tatsächlich sind bzw. 
sein dürfen, das ist von Schaltkreisfamilie zu Schaltkreisfamilie starkt 
unterschiedlich. Auch wie groß das Toleranzfester sein darf bei der 
Pegel noch sicher als Low oder High erkannt wird.

Aber wie geschrieben, das ein High durch eine  Hohe Spannung und ein Low 
durch eine niedrige Spannung dargestellt wird ist nur oft so, aber nicht 
immer. Die Festlegung kann auch anders herum sein!
Oder halt völlig aus dem Schema fallend wie bei RS232 wo ein HIGH durch 
-15V und ein LOW durch +15V dargestellt wird.

Und noch einmal anders ist die Sache wenn man es mit differentiellen 
Signalen zu tun hat. Bei diesem führt dann eine Leitung eine hohe und 
eine Leitung eine niedrige Spannung. Und je nachdem welche Leitung 
welche Spannung führt hat man ein High oder ein Low.

Daher noch einmal:
High und Low sind logische Aussagen.
Die zu diesen Aussagen gehörenden Spannungspegel hängen von der 
konkreten TEchnischen Umsetzung ab und können teilweise sogar frei 
definiert sein!
Um es für einen ganz konkreten Fall sicher sagen zu können muss man 
zwingend die entsprechenden Spezifikationen zu Rate ziehen.
Das können im einfachen Fall die Datenblätter der Bauteilfamilie sein, 
aber bei komplexeren Fragen auch schon mal die Spezifikationen eines 
Busses. (V.24, USB, LVDS usw.)

Und um es ganz kompliziert zu machen kann man natürlich auch noch den 
Fall haben das man zwar technisch eine Bestimmte umsetzung hat, aber im 
Ergebnis für diese eine Anwendung jemand (z.b. ich als 
Schaltungsentwickler) die Logik einfach Umdefiniert habe. Das ich 
einfach für meine Betrachtung sage HIGH == 0V, LOW == 5V. Es hängt halt 
davon ab was ich vorher mit den Eingangssignalen gemacht habe und was 
nachher mit den Aussganssignalen passiert. Und natürlich welche Aussage 
ich überhaupt darstellen will.

Gruß
Carsten
Gruß
Carsten

von Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)


Lesenswert?

Carsten S. schrieb:
> Bei RS232 sind die Normpegel auf dem Kabel: HIGH = -15 V, LOW ist +15V!
> (GND ist dabei 0V... In der Realität hat man heute aber eher 8 bis 10V
> jeweils +/- für die Pegel statt 15V)

Definiert sind wie bei Logikfamilien Bereiche, nicht feste Pegel, für 
Mark (High) und Space (Low). Die haben sich im Laufe der Zeit auch noch 
geändert. Mark liegt momentan so bei -25 V bis -3 V, Space bei +3 V bis 
+25 V.

> (z.B. wäre es bei RS232 Problemlos auch anders herum gegangen)

Nein, interessanterweise nicht. Denn bei RS232 gilt auch

> oder durch technische Belange vorgegeben

RS232 basiert und kodifiziert erheblich ältere 
Fernschreibtechnik-Praxis. Wir reden hier von so um 1900.

Bei Fernschreibsystemen, wie auch beim Telefon (heute typisch -48 V), 
arbeitet man wenn es geht mit negativen Spannungen gegenüber Erde - der 
echten Erde, die zum Einsparen einer Leitung als Rückkanal genommen 
wird.

Negative Spannung deshalb, weil die Isolierung nie 100% dicht über die 
gesamte Leitungsinstallation ist. An den Stellen wo etwas Wasser 
eindringt fließt etwas Strom gegen die saure Erde. Um an diesen Stellen 
der galvanischen Zersetzung der Leitungen entgegenwirkt, wird diese 
negative gegenüber der Erde gehalten. Andersherum, positiv, würde sich 
die Leitung schnell zersetzen.

Was sich bei negativer Spannung zersetzt ist statt der Leitung der Erder 
im Telegrafenamt. So einen Erder (Erdungsanschluss) wenn nötig zentral 
am Telegrafenamt zu ersetzen war wesentlich leichter als überall 
zerfressene Leitungen.

Bei Fernschreibsystemen ist es so, dass man zur permanenten Überwachung 
der Leitung im Ruhezustand eine Spannung (ein Signal, High, Mark) 
anliegen lassen möchte. Da sich Fernschreiber typischerweise länger im 
Ruhezustand als im Übertragungszustand befinden musste Mark negativ 
gewählt werden, sonst fault die Fernschreibleitung schnell weg.

Damit fiel nebenbei 0 V und alles um 0 V herum als Space, Low weg, denn 
0 V oder eine sehr kleine Spannung bedeutet die Leitung ist defekt.

Space, Low einfach eine andere negative Spannung zu geben war schwierig. 
Durch die Leitungsverluste hätte mit größeren negativen Spannungen 
gearbeitet werden müssen. Hinzu kam, dass es mit elektromechanischen 
Systemen schwierig war eine Spannungsänderung von z.B. -20 V auf -10 V 
automatisch zu detektieren. Eine Umpolung von z.B. -20 V auf +20 V ist 
trivial zu detektieren, z.B. mit einem bipolaren (nicht bistabilen) 
Relais.

Das alles passierte lange bevor Shannon 1948 seine bahnbrechende Arbeit 
zur  Informationstheorie schrieb und darin Tukeys Definition eines Bit 
populär machte.

von chris (Gast)


Lesenswert?

Einfach gesagt ist GND dein Bezugpotential welches als Bezug dient.
BSP 1 12V Batterie Pluspol = 12V, Minuspol = 0V = GND

BSP 2 2x12V Batterie
Pluspol 1 = 12V = Plus,
Minuspol 1 und Pluspol 2 verbunden = 0V = GND,
Minuspol 2 = -12V = Minus

Misst du nun Pluspol 1 und Minuspol 2 hast du trotzdem 24V!

GND ist wie gesagt dein Bezugspotential wobei man RELATIV davon ausgeht 
das dieses GND = 0V ist welches aber ABSOLUT trotzdem eine Spannung hat.

Oder anders ausgedrückt wenn du die schwarze Leitung(COM) von deinem 
Messgerät nimmst und dieses an irgendeine Spannung hälst wird damit 
diese "SCHWARZE" Spannung zum Bezugspotential. Die rote Leitung ist 
deine zu messende Spannung sie kann +/-/= sein auf dein Bezugspotential!

von ZF (Gast)


Lesenswert?

Anders als RS232 / V24 mit ihren Spannungspegeln nutzte der 
Fernschreiber eine geschaltete Stromschleife (ca. 20-40mA), die 
Spannungspegel stellten sich dann ein, aber entscheidend für den 
Empfangsmagneten war der Strom.

von Karl B. (gustav)


Lesenswert?

Hi,
noch schwieriger wird es bei dem bei ISPs zumindest intern sehr 
populären X.21-er Standard:

Hier liegt (meistens) der RS422-Standard zugrunde:

Wiki meint dazu:

"...Es führt immer wieder zu Verwirrung, welcher der beiden Anschlüsse 
der positive und welcher der negative ist..
In der Praxis ist die logische Funktion des Empfängers die Umsetzung des 
Differenzsignals zwischen A’ und B’ in ein digitales Signal mit 
TTL-Pegeln. Dabei ist, analog zum Sender, A’ der nicht-invertierende 
Eingang und B’ der invertierende Eingang. ..."

ciao
gustav

P.S.:

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


Lesenswert?

HatFrage schrieb:
> In Schaltplänen sehe ich öfter sowohl "Ground" als auch "Low".

Dann zeig den konkreten Schaltplan. Jeder Schaltplanentwickler kann 
Netze beliebig benennen, da gibt es keinerlei Vorgaben.
In den meisten Layoutprogrammen sind heutzutage auch Sonderzeichen 
erlaubt (~,!,/,-,_ usw.). Ich hatte früher für low-aktive Netze ein 'x' 
davorgesetzt, jetzt nehme ich in Altium dafür '/', z.B. in "/CS0".

von chris (Gast)


Lesenswert?

Leute ist es nicht ein wneig zu hoch für den Fragenden ?

Karl B. schrieb:
> Differenzsignals zwischen A’ und B’

Gibt keine positiven/negativen in der Gesamtbetrachtung, die Kiste soll 
so gut es geht EMV-neutral und unemfpindlich gegen Störungen sein, wenn 
muss man das auf Zeit der anstehenden Pegel betrachten.

Für die Ausgangsfrage aber zuviel.

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

In gemischten Schaltungen hat man oft mehrere Bezugspotentiale. Manchmal 
sind diese an einer Stelle über ein Net-Tie miteinander verbunden, 
manchmal müssen sie aber auch zueinander floaten.
Z.B. nenne ich sie AGND (analog), DGND (digital), EGND (Erde), PGND 
(Power) usw.
Das geht aber alles erst aus dem konkreten Schaltplan hervor.

von Theor (Gast)


Lesenswert?

@ HatFrage

Zeige bitte den fraglichen Schaltplan. Eine allgemeine Antwort ist nicht 
möglich. (Du siehst ja schon an den anderen Antworten, dass die Antwort 
vom Kontext abhängt).

Was genau unter Low und High zu verstehen ist, ist aus den Datenblättern 
der verwendeten Bauelemente zu ersehen und aus der konkreten 
Schaltung.

Ground ist nicht grundsätzlich das negativste Potential in einer 
Schaltung. Die Bedeutung dieses Wortes hat sich dazu noch im Laufe der 
Zeit merklich verwischt, weil es nicht mehr konsequent das, was im 
Deutschen als "Erde" bekannt ist, bezeichnet. Siehe dazu im Internet 
Erklärungen und technische Wörterbücher. Insbesondere die Begriffe 
"Common", "Minus", "Erde", "Masse" solltest Du Dir mal anschauen.

Beziehen sich die Begriffe Low und High auf Eingänge, so ist nicht per 
se klar, ob nun der Strom aus diesem Eingang fliesst oder in ihn hinein. 
Beides tritt auf. Der Begriff "Eingang" bezieht sich allein auf die 
Richtung des Informationsflusses, aber keinesfalls auf die 
Stromrichtung.
Ebenso ist es übrigens mit Ausgängen.
Man kann übrigens auch nicht grundsätzlich sagen, dass ein Eingang in 
jedem Betriebszustand ein bestimmtes Potential oder auch nur eine 
bestimmte Polarität in Bezug auf einen anderen Punkt der Schaltung hat. 
Das kann sich ändern.

von Karl B. (gustav)


Lesenswert?

Hi,
zu spät: Für Interessierte:
https://www.youtube.com/watch?v=Fgb7ehK08IQ

HatFrage schrieb:
> Anders gesagt: Wenn man Ground und Low verbindet (mit Widerstand
> dazwischen etc.), wohin fließt dann der Strom (technische
> Stromrichtung)?

Gegenfrage,
was bezeichnet man als Low ?

Annahme 1:
Low = GND

Nirgendwohin, denn es ist dasselbe.( Fallgrube: Platinenlayout und 
HF-Technik-Verhalten, vagabundierende Ströme und "Schleifen" außen vor 
gelassen.)

Annahme 2:
Low = irgendein Pegel mit Bezug zu GND:
Dann so, wie Strom eben fließt. Von Plus nach Minus. Wie meistens in der 
Technik.
(Die Physiker sehen die Elektronen-/"Löcher"-Wanderung evtl. anders.)

Annahme 3:
Ist kein Bezug zu GND da,
fließt auch kein Strom.

Weitere Frage an den TO:
Vor welchem Hintergrund steht diese Frage:
HatFrage schrieb:
> In Schaltplänen sehe ich öfter sowohl "Ground" als auch "Low". (Low in
> der Regel als binär schaltbarer Eingang, daher kann zwischen low und
> high umgeschaltet werden, aber nichts zwischendrin.)

"....aber nichts zwischendrin..."

Welche Verständnisprobleme gibt es da konkret.
Der Schaltung ist das zunächst egal. Sie arbeitet so, wie spezifiziert. 
Wird ein Zwischenpegel verlangt, macht die Schaltung das auch. Das steht 
dann aber auch in den Schaltbildern. Man schaue sich einmal nur die 
Schaltpläne für die "alten" Fernseher an. Da wimmelt es vor Bildchen mit 
Oszillogrammen und Spannungsangaben etc. pp.

ciao
gustav

von René H. (Gast)


Lesenswert?

GND <= Low << High.

Alles andere steht im DB.

Grüsse,
René

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Carsten S. schrieb:
> Es ist so:
> LOW und HIGH sind Logische Zustände (== Wahr / Unwahr)
> Erst einmal völlig unabhängig von irgendwelchen Spannungen.

Nein.

Das ist ein häufig gemachter Fehler. Die logischen Zustände sind WAHR 
und FALSCH, manchmal auch EINS und NULL. Die Bezeichnungen HIGH und LOW 
hingegen beziehen sich auf Spannungen. Deswegen auch die Wortwahl (für 
höhere und niedrigere Spannung).

Die Zuordnung von logischem Zustand und Spannung ist dann ein weiterer 
Freiheitsgrad. Im allgemeinen spricht man von positiver Logik, wenn 
HIGH = EINS = WAHR und LOW = NULL = FALSCH. Umgekehrt ist es
negative Logik.

PS: Bei RS-232 spricht man aus gutem Grund nicht von HIGH und LOW, 
sondern statt dessen von MARK und SPACE.

: Bearbeitet durch User
Bitte 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
Noch kein Account? Hier anmelden.