Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Versorgung uC


von Bob E. (embedded_bob)


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Hallo miteinander,

würde etwas dagegen sprechen einen µC über eine einzelne Leiterbahn, die 
einmal um den µC verläuft als Versorgung zu verwenden? Natürlich mit den 
Kondensatoren vor den Pins.
Sonst macht man das ja eher mit Polygonen wo man sich dann über ein Via 
die Spannung direkt an den Kondensator holt. Theoretisch sollte über 
eine "Leiterbahn-Versorgung" nichts sprechen oder?

Danke vorab,
VG
Bob

von Kurt (Gast)


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Mach mal ne Skizze.

von Falk B. (falk)


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Bob E. schrieb:
> würde etwas dagegen sprechen einen µC über eine einzelne Leiterbahn, die
> einmal um den µC verläuft als Versorgung zu verwenden?

Nein.

von Bob E. (embedded_bob)


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Kurt schrieb:
> Mach mal ne Skizze.

Klar, anbei

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Bob E. schrieb:
> Theoretisch sollte über eine "Leiterbahn-Versorgung" nichts sprechen oder?
Ja, das geht.
Mein Tipp: mach die RICHTIG FETT. Plane da einfach mal mit minimal 2mm 
Brite...

Und sorg dafür, dass der Strom vom 3A-PWM-Ausgang nicht erst noch am µC 
vorbei fließen muss.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Lothar M. schrieb:
> Mein Tipp: mach die RICHTIG FETT. Plane da einfach mal mit minimal 2mm
> Brite...

So ein Unsinn! Du kennst doch gar nicht den Strombedarf! Ein kleiner uC 
mit ein paar oder auch paar Dutzend mA braucht mal sicher KEINE 2mm 
breite Spannungszuführung, da reichen oft 0,3mm. Für die Rechenfaulen. 
Eine 0,3mm breite Kupferbahn mit 35um Stärke (18um Basis + Aufkupferung) 
hat einen Querschnitt von 0,01mm^2 und 18mOhm/cm! Wenn wir mal 
pessimistisch 20cm Länge und 50mA ansetzen, sind das SAGENHAFTE 18mV 
Spannungsabfall . . .
Klar kann man damit keinen Boliden wie Raspberry Pi versorgen, aber 
danach wurde auch nicht gefragt!

von Alois (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Mein Tipp: mach die RICHTIG FETT. Plane da einfach mal mit minimal 2mm
>> Brite...
>
> So ein Unsinn! Du kennst doch gar nicht den Strombedarf! Ein kleiner uC
> mit ein paar oder auch paar Dutzend mA braucht mal sicher KEINE 2mm
> breite Spannungszuführung, da reichen oft 0,3mm.

Ich kenne das von früher (tm): Bei schnellen Bauteilen wurde +Ub 
mitunter über einen Widerstand oder eine Kleindrossel zugeführt - wohl 
wegen der Entropplung. War hp oder WAGO?Falls ich mal wieder drüber 
stolpere, denke ich an euch.

Alois

von Peter R. (pnu)


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Ein Mikrokontroller zieht den Strom nicht stetig, sondern in sehr kurzen 
Impulsen da während der Taktflanken eine Unzahl von Gattern an Daten- 
und Adressbussen in kürzester Zeit umschalten müssen. Es müssen also 
hunderte und mehr Kondensatoren  ("gleichzeitig") an Aus- und Eingängen 
auf- bzw. entladen werden, bis die Spannungen dem Zustand entsprechen, 
der zu diesem Takt gehört.

An den Anschlüssen für Vcc und gnd fließen da Ströme im A-Bereich für 
wenige µs oder ns vom Stützkondensator zum Anschluss. Die Zuleitungen 
verhindern wegen ihrer Induktivität den schnellen Stromanstieg.

Drei Stützkondensatoren sind da schon ordentlich für einen Kontroller, 
wenn sie ganz dicht an Gnd und Vcc platziert sind. Die Führung der 
Leitung "außenrum" ist ziemlich egal. Die müssen halt nur in der Zeit 
zwischen den Taktflanken die Stützkondensatoren nachladen.

Wenn dein Kontroller ein einfacher Typ so unter 16 MHz ist, ist die 
Vcc-Leitungsführung so ziemlich egal, entscheidend ist die Platzierung 
und Nähe der Stützkondensatoren.

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Peter R. schrieb:
> An den Anschlüssen für Vcc und gnd fließen da Ströme im A-Bereich für
> wenige µs oder ns vom Stützkondensator zum Anschluss. Die Zuleitungen
> verhindern wegen ihrer Induktivität den schnellen Stromanstieg.

Jaja, schön nachgeplappert. Dumm nur, daß das so allgemein mal sicher 
NICHT stimmt. Ein kleiner uC ala AVR schafft auch beim Umschalten keine 
Amperes in den Entkoppelkondensatoren.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Falk B. schrieb:
> Dumm nur, daß das so allgemein mal sicher
> NICHT stimmt. Ein kleiner uC ala AVR schafft auch beim Umschalten keine
> Amperes in den Entkoppelkondensatoren.

Nee, das ist ueberhaupt nicht dumm. Das ist sehr praktisch und angenehm. 
Denn wenn die Versorgung so ausgelegt ist, dass sie auch "hochgeskillte 
Ampers" hurtig liefern kann, dann funktioniert die auch prima, wenn die 
Ampers nur so mittelgeskillt sind...

SCNR,
WK

von c-hater (Gast)


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Falk B. schrieb:

> Jaja, schön nachgeplappert. Dumm nur, daß das so allgemein mal sicher
> NICHT stimmt. Ein kleiner uC ala AVR schafft auch beim Umschalten keine
> Amperes in den Entkoppelkondensatoren.

Aber sehr weit unter der 1A-Grenze bleibt er bei optimalem Design auch 
nicht.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> So ein Unsinn! Du kennst doch gar nicht den Strombedarf!
Nein, aber ich bin mir 1. sicher, dass da genug Platz sein wird und 2. 
wird Bob froh sein, wenn er die Versorgungsleitungen auf Anhieb erkennt.

> Eine 0,3mm breite Kupferbahn mit 35um Stärke (18um Basis + Aufkupferung)
> hat einen Querschnitt von 0,01mm^2 und 18mOhm/cm! Wenn wir mal
> pessimistisch 20cm Länge und 50mA ansetzen, sind das SAGENHAFTE 18mV
> Spannungsabfall .
Aber man bekommt die LP nicht billiger, weil weniger Kupfer drauf ist. 
Und wenn Not und Enge auftritt, dann kann man diese breite Leiterbahn ja 
mal verjüngen.

Und wenn Bob dann aus Erfahrung das Wissen und Können hat, um die 
Versorgung schmaler zu dimensionieren, dann muss er hier nicht mehr 
danach fragen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Jobst M. (jobstens-de)


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Bob E. schrieb:
> Klar, anbei

Du solltest allerdings auch dafür sorgen, dass die Masseverbindungen 
ebenso kurz sind.

Gruß
Jobst

von Wolfgang (Gast)


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Peter R. schrieb:
> Ein Mikrokontroller zieht den Strom nicht stetig, sondern in sehr kurzen
> Impulsen da während der Taktflanken eine Unzahl von Gattern an Daten-
> und Adressbussen in kürzester Zeit umschalten müssen.

Was meinst du wohl, was die Aufgabe der Abblockkondensatoren direkt an 
den Versorgungsspannungsanschlüssen des µC ist.

von Terence S. (takeshi)


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Peter R. hat es an sich bisher am besten erklärt. Die Verbindung zur 
Spannungsquelle weist eine parasitäre Induktivität auf. Der Stromanstieg 
wird durch Induktivitäten Begrenzt, was dazu führt, dass bei schnell 
ansteigendem Strombedarf (bei einem Takt der CPU) an dieser parasitären 
Induktivität eine erhöhte Spannung abfällt, die dir dann an den Pins des 
Mikrocontroller fehlen.

Für Laien veranschaulicht: Stell dir vor, du hast zwischen 
Spannungsquelle und Mikrocontroller auf den +3,3 V und GND jeweils einen 
Widerstand in Serie. Dieser hat nicht nur die Eigenschaft, dass man 
höherem Strom eine hohe Spannung abfällt, sondern zusätzlich noch bei 
Stromanstieg kurzzeitig eine noch höhere Spannung abfällt. Du pufferst 
mit den Kondensatoren die Spannung an den Spannungseingängen des 
Mikrocontrollers, damit bei kurzzeitig ansteigendem Strombedarf der 
Strom aus dem Kondensator kommen kann.

Auch zwischen Kondensator und Mikrocontroller hast du natürlich eine 
Leitung mit parasitärer Induktivität, nur die ist dann viel kleiner. 
Dadurch reduziert sich auch gleich der Stromanstieg auf der langen 
Zuleitung und damit der kurzzeitige Spannungsabfall über die Zuleitung.

Wie ebenfalls schon richtig drauf hingewiesen wurde, ist die 
Masseanbindung wichtig, am besten eine große Fläche. Wie oben erwähnt 
gibt es den Spannungsabfall auch auf dem Massepfad, was bedeutet, dass 
das Potential (die Spannung) am GND-Anschluss gegenüber dem 
GND-Anschluss der Versorgung ansteigt. Der Mikrocontroller ist das an 
der Versorgung erst mal egal, da der Kondensator die Spannung konstant 
hält. Allerdings hebt sich der GND-Knoten nicht nur für die Versorgung 
an, sondern auch für die Signale und senkt damit die Spannung zwischen 
Ein-/Ausgang und GND des Mikrocontrollers. Bei zu großen Änderungen kann 
das auch bei Digitaleingängen zu Fehlern führen.

Die parasitäre Induktivität ist dann gering, wenn zwischen Hin- und 
Rückpfad keine große Fläche ist, also "nicht viel Luft". Verwendest du 
eine Leiterbahn für GND und eine für 3,3 V, die weit auseinanderliegen, 
ist die Fläche groß und die Induktivität ebenfalls. Hast du aber eine 
Massefläche, dann gibt es immer einen Weg über diese Fläche, mit der der 
Abstand zwischen 3,3 V und GND sehr gering ist -> kleine Induktivität -> 
kleiner Spannungsabfall
Und damit sehen die Signale, die über die gleiche Massefläche 
zurücklaufen, keinen nennenswerten Spannungsabfall.
Das setzt voraus, dass die Massefläche durchgehend ist! Läuft da eine 
Leiterbahn hindurch, muss auf der anderen Platinenseite Masse und beide 
Seiten über Durchkontaktierungen verbunden sein!

Ich hoffe das war aich für Laien einigermaßen verständlich.

Wolfgang schrieb:
> Was meinst du wohl, was die Aufgabe der Abblockkondensatoren direkt an
> den Versorgungsspannungsanschlüssen des µC ist.
Ich glaube Peter R. hat es nicht dir erklärt, sondern dem Fragesteller, 
bei dem man dieses Wissen nicht voraussetzen kann. Daher nur sinnlose 
Gebashe.

: Bearbeitet durch User
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