Guten Abend Habe mich in letzter Zeit ein wenig mit I²C beschäftigt, da ich es über einige Meter übertragen möchte. Ich habe die Datenleitungen mit meinem Oszilloskop ausgemessen und hätte von euch gerne eine Einschätzung zu meiner Signalqualität. Den I²C habe ich gemäss dem angefügten Bild namens "Schaltung" aufgebaut. Habe mich an einem PDF aus dem Internet orientiert, welches über lange I²C-Buslänge und ungefähre Dimensionierung der Widerstände berichtete. Habe 1x eine Messung mit einer Leitungslänge von 1meter gemacht und bei der 2. Messung noch 9meter Kabel angehängt, jedoch war es am einen Ende offen. Bei den zusätzlichen 9metern der 2. Messung ging es mir darum, eine kapazität zu simulieren, welche das I²C-Signal negativ beeinflussen sollte. Bei beiden Messungen klappte der Datenaustausch auf dem Bus problemlos. Alles über 10meter hat jedoch teilweise zu Problemen geführt. Nun zu meiner Frage: Wie würdet ihr die Signalqualität einschätzen. Mir geht es drum, dass auch nach Alterung der Bauteile die Datenübertragung immer noch sauber gewährleistet ist. Im Moment kann ich noch nicht genau sagen, welche Buslänge ich schlussendlich brauche, jedoch sind es Schätzungsweise um die 5 bis 6 meter. Wie kann ich meine Schaltung verbessern? Mit den 1490Ohm Pullupwiderstand sind es bei 3.3V einen Strom von 2.2mA. Gemäss Busbeschrieb kann I²C bis zu 3mA strom bringen. Sollte ich diese 3mA voll ausnutzen oder gibt es andere, sinnvollere Varianten um meine Busqualität zu verbessern? Wie wird das in der "professionellen" elektronik gehandhabt. Lässt man die Schaltung stehen, wenn sie einmal funktioniert? Oder wird sie bis ans limit optimiert? Habe leider keinerlei Erfahrungswerte was gut oder schlecht ist. Danke für zahlreiche Antworten
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I²C war eigentlich nie gedacht außerhalb einer PCB benutzt zu werden. Der eigentliche Gedanken war, einen Bus für mehrere ICs auf einer PCB bereitzustellen. Für externe Verbindungen solltest du auf einen Bus setzten, der tatsächlich dafür ausgelegt wurde. Stichwort CAN, RS485, RS232, HART, usw. Hast du einen Link zu diesem PDF? Die Signale zusammen mit der RC Schaltung und Leitungslänge sind plausibel.
I2C Spec schrieb: > I²C war eigentlich nie gedacht außerhalb einer PCB benutzt zu > werden. > Der eigentliche Gedanken war, einen Bus für mehrere ICs auf einer PCB > bereitzustellen. Für externe Verbindungen solltest du auf einen Bus > setzten, der tatsächlich dafür ausgelegt wurde. Stichwort CAN, RS485, > RS232, HART, usw. > > Hast du einen Link zu diesem PDF? > > Die Signale zusammen mit der RC Schaltung und Leitungslänge sind > plausibel. Also direkt für lange Leitungen ist nichts beschrieben...Aber einige Beispielwerte, welche gut miteinander harmonieren sollen. Was ist deine Meinung zum I²C-Signal, welches ich gemessen habe?
Manuel Neff schrieb: > Was ist deine Meinung zum I²C-Signal, welches ich gemessen habe? Was erwartest du hier? Für die grobe Misshandlung, die du deinem Signal antust, sieht das normal aus. Bist du dir sicher das mit den Serienwiederständen und dem Kondensator nicht jemand versucht hat das Ersatzschaltbild eines Kabels darzustellen? So hast du dein Kabel künstlich verlängert. Rechne mal aus welche Ströme beim Umladen des Kondensators bei den jeweiligen Freq. fliesen, du das nur statisch gerechnet. Und überhaupt wie kommt man auf so Werte wie 1,49kOhm? Die entsprechen keiner gängigen Normenreihe und noch dazu mit einer Genauigkeit von zwei Stellen hinter dem Komma bei einem 08/15 Bus?
Die Beschaltung macht wenig bis keinen Sinn, in deinem PDF wollen sie Störungen auf der Leitung filtern. Das hat nichts mit einem langen Bus zu tun. Im ersten Schritt solltest du schonmal die die 180Ohm und die 130pF entfernen.
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Das Paper zielt eher auf das Filtern der Bussleitungen auf Boards ab, bei denen der Bus durch umgebene System zugemüllt wird. Dein Signal zeigt halt die starke Kapazität deiner Schaltung. Wenn du mit der Frequenz höher gehst läufst du Gefahr, dass du die Pegel nicht mehr erreichst und Clock/Datensignale verloren gehen. Es wird wohl irgendwie klappen aber immer irgendwie gerade so. Externe Störungen, die du dir dann dazu noch einfängst erhöhen dann auch Bit Fehlerrate... Wenn es nicht läuft und unbedingt I2C sein muss, wirst du wohl mit der Frequenz runter gehen müssen. Teste mal wie es aussieht wenn du den Kondensator rausnimmst. Sonst einfach einen Bus benutzen der für Verbindungen außerhalb der PCB vorgesehen ist.
Kevin M. schrieb: > Im ersten Schritt solltest du schonmal die die 180Ohm und die 130pF > entfernen. Würde ich auch empfehlen und stattdessen als Pullup zwei Stromquellen, dann sind die steigenden Flanken auch sauber.
Irgend W. schrieb: > Manuel Neff schrieb: >> Was ist deine Meinung zum I²C-Signal, welches ich gemessen habe? > > Was erwartest du hier? > > Für die grobe Misshandlung, die du deinem Signal antust, sieht das > normal aus. > > Bist du dir sicher das mit den Serienwiederständen und dem Kondensator > nicht jemand versucht hat das Ersatzschaltbild eines Kabels > darzustellen? So hast du dein Kabel künstlich verlängert. Rechne mal aus > welche Ströme beim Umladen des Kondensators bei den jeweiligen Freq. > fliesen, du das nur statisch gerechnet. Und überhaupt wie kommt man auf > so Werte wie 1,49kOhm? Die entsprechen keiner gängigen Normenreihe und > noch dazu mit einer Genauigkeit von zwei Stellen hinter dem Komma bei > einem 08/15 Bus? Ich werde morgen einmal die Serienwiderstände/130pF Kondensator in meiner Schaltung auslöten und testen. Das mit dem Kondensator weiss ich nicht mehr, von wo ich das her habe. Die Widerstände hat man ja bei Datenleitungen mit Potentialunterschied, um den Strom zu begrenzen. Klang für mich deshalb noch mehr oder weniger plausibel. Den Widerstandswert 1,49kOhm habe ich errechnet aus einigen Teilwiderständen. Habe am Master und an den Slaves jeweils Widerstände
Ob man das so "stehen lassen" kann, hängt halt von der Anwendung ab. Das kann in Ordnung sein, wenn z. B. nur einmal beim Hochfahren aus einem EEPROM mit einer CRC abgesicherte Daten geholt werden müssen. Man kann sich noch mit so etwas wie einem PCA9615 (differentieller I²C-Tranceiver) behelfen. Aber schön wir "I²C über Kabel" nie wirklich.
Lars R. schrieb: > Kevin M. schrieb: >> Im ersten Schritt solltest du schonmal die die 180Ohm und die 130pF >> entfernen. > > Würde ich auch empfehlen und stattdessen als Pullup zwei Stromquellen, > dann sind die steigenden Flanken auch sauber. Interessanter Ansatz. Hab noch die davon gehört. Kennst du eine gute einfache Schaltung? Bin mit der Recherche im Internet ein wenig unsicher, da ich nicht genau weiss, welchen Schaltungen ich vertrauen darf. Danke
Manuel Neff schrieb: > Serienwiderstände/130pF Kondensator sicher, dass es 130pF sind, die da verbaut sind? Hat da einer 130n eingebaut? Die Flanken sehen schlimm aus. Das ist am Rande des Akzeptablen.
Manuel Neff schrieb: > ...Die Widerstände hat man ja bei Datenleitungen mit Potentialunterschied, um den Strom zu begrenzen... > ...Habe am Master und an den Slaves jeweils Widerstände... Da dürfte dein Denkfehler liegen. Das gilt für Aktiv getrieben push/pull Endstufen, aber nicht für OC Ausgänge wie bei I2C. Das "HI" wird ausschließlich durch den pullup erzeugt und nicht durch die Busteilnehmer. Und wenn du wie vorgesehen auch nur ein Widerstand verwendest hast du garnicht das Problem mit etwaigen Potenzialunterschieden (GND muss natürlich verbunden sein und die Spannung in der Bandbreite beider Seiten). Der maximale Strom wird durch den pullup begrenzt.
Manuel Neff schrieb: > Wie würdet ihr die Signalqualität einschätzen. Mir geht es drum, dass > auch nach Alterung der Bauteile die Datenübertragung immer noch sauber > gewährleistet ist. Das Signal ist ein Traum. Keine Stöärungen und eine satte fallende Flanke. Die Steigende ist irrelevant, wichtig ist nur das SDA eine Mindestzeit High ist bevor SCL Low wird. (s. Datenblätter). Für die Simulation von Alterung eifach noch weitere 10m dranhägen und die Frequenz soweit runter das es wieder funktioniert. Wenn Deine Umgebung keine Störungen produziert können der Kondensator und die 180 Ohm weg. Die 68 Ohm sind Angstwidersände für den Fall das es einen Vcc-Signalleitung Kurzschluß gibt. "Professionell" im Sine von Industrie/Medizin Technik? Da würde das mit dem i2c gar nicht erst versucht, bzw reichlich Störungen drauf gegeben um zu sehen was geht. im Sinne von Customerproduktentwicklung. Da wird gar nichts optimiert nur solange Eingespart bis es gerade noch die Garantiezeit hält. (Alle Teile entfernen , 1k Pullups und fertig ;-) PS Konstandstromquellen-Pullups sind weitere Fehlequellen. Zum einen könnten sie ausfallen zum anderen produziert jede schnelle Flanke Störungen.
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Manuel Neff schrieb: > Lars R. schrieb: >> als Pullup zwei Stromquellen > > Kennst du eine gute einfache Schaltung? Es wäre möglich, eine Konstantstromquelle aus zwei PNPs zu bauen. Aber das gibt es auch fertig (LTC1694, LTC4311), oder integriert in I²C-Repeatern (z.B. TCA9803).
> Die Steigende ist irrelevant Wie deutet man dann den Parameter "rise time of both SDA and SCL signals" in UM10204Rev6, Tabelle 10? > aus zwei PNPs BCV62 spart Platz. Benutze ich sehr gerne. Macht den Bus zudem robuster gegen Einstrahlungen.
Manuel Neff schrieb: > Wie kann ich meine Schaltung verbessern? 180Ohm Widerstand ersatzlos (naja: Ersatz 0Ohm) entsorgen, 130pF Kondensator ebenfalls ersatzlos entsorgen. Pullups auf 1.2k verringern. Das ist schon so ziemlich alles, was man machen kann. Ansosnten hilft nur: Entweder Kabel kürzer oder (besser) geschirmt oder Bitrate verringern.
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DIY würde ich die pullup-Widerstände durch sowas ersetzen, falls auch 5V da sind.
Die meisten Mikrocontroller enthalten übrigens bereits intern analoge Filter. Bei einigen sind sie sogar für unterschiedliche Taktraten konfigurierbar. Für 10 Meter Kabel zwischen zwei Geräten ist I2C nicht vorgesehen.
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Steve van de Grens schrieb: > Für 10 Meter Kabel zwischen zwei Geräten ist I2C nicht vorgesehen. Geht aber, wenn man es richtig baut, halt nur mit einem oder zwei Teilnehmern.
Irgend W. schrieb: > Bist du dir sicher das mit den Serienwiederständen und dem Kondensator > nicht jemand versucht hat das Ersatzschaltbild eines Kabels > darzustellen? Ein Kabel mit 180 Ohm widerstand dürfte das kaum sein. Das ist ein Tiefpass gegen die Störungen von der rechten Seiten her.
Gibt es eine allgemeine Strategie, wie ein solcher I2C elektrisch ausgelegt sein müsste, um besonders sicher gegen Einflüsse von Außen zu sein?
Katrin F. schrieb: > Gibt es eine allgemeine Strategie, wie ein solcher I2C elektrisch > ausgelegt sein müsste, um besonders sicher gegen Einflüsse von Außen zu > sein? In der Spezifikation von 1982 steht eigentlich alles, was man dazu wissen muss. https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf Wobei "besonders sicher gegen Einflüsse von Außen" gar nicht der vorgesehene Einsatzbereich ist. Die Schnittstelle ist für interne Kommunikation innerhalb eines Gerätes vorgesehen.
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Steve van de Grens schrieb: > Die Schnittstelle ist für interne > Kommunikation innerhalb eines Gerätes vorgesehen. Das ist bekannt, wird aber oftmals auch extern genutzt. Das war 1982 sicher nicht abzusehen. Es ginge also nun darum, die Widerstände optimal zu gestalten, um eine höchstmögliche Resistenz zu generieren. Zur Vereinfachung wäre es denkbar, eine 1:1 Verbindung zu verwenden. Der zur Verfügung stehende Controller hat 4 I2C verfügbar. Es dürfen mehrere Controller parallel laufen. Soweit meine Elektronikkenntnisse reichn, würde ich vermuten, dass man einen möglichst hohen Strom zulassen muss, den der Chip gerade noch ab kann, um die maximale Störfestigkeit zu erreichen -> minimale Widerstände.
Katrin F. schrieb: > Soweit meine Elektronikkenntnisse reichn, würde ich vermuten, dass man > einen möglichst hohen Strom zulassen muss, den der Chip gerade noch ab > kann, um die maximale Störfestigkeit zu erreichen -> minimale > Widerstände. Korrekt. 3 mA muss jeder Chip können. Ich lege die Widerstände immer für 1-2 mA aus.
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Katrin F. schrieb: > Soweit meine Elektronikkenntnisse reichn, würde ich vermuten, dass man > einen möglichst hohen Strom zulassen muss, den der Chip gerade noch ab > kann, um die maximale Störfestigkeit zu erreichen -> minimale > Widerstände. Faustformel: bei 5V bis 1k5 runter, bei 3.3 Volt bis 1k runter, die Bilder stammen aus Papers von NXP und TI
Stephan S. schrieb: > Faustformel: bei 5V bis 1k5 runter, bei 3.3 Volt bis 1k runter, die Ich mach die immer doppelt so groß und dafür einmal am Controller und einmal am Busende. Dann ist es nicht so wichtig, ob auf der anderen Seite schon Pullups verbaut/bestückt sind oder nicht.
Richtig sicher bekommmt man I2C über längere Distanzen mit single ended wires nicht. Da muss man symmetrisch übertragen und Hin- und Rückleitungen auftrennen. Gfs sogar fürs Clocksignal wegen möglichen streching.
Es gab mal eine App-note von Philips zum Puffern von I2C, aber in der Zusammenfassung am Ende, da haben die Autoren nicht den Eindruck erweckt, dass sie ihrer Sache sicher waren. Mist , diese bidirektionalen Signale! I2C ist für kurz und ohne Außenwelt. Lang lebe SPI!!! Gerhard
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Wenn ich es mir aussuchen dürfte, würde ich auch auf I2C so weit verzichten, wie es eben geht. Da es manche Chips aber nur mit diesem Interface gibt, hat man einfach oft keine Wahl. Selbst Video-Chips laufen mit einem I2C-Config interface und ich muss bei komplizierten Systemen dann einen Microblaze reinsetzen, damit der FPGA den Chip sinnvoll umschalten kann. Allerdings sitzen die dann wenigstens auf der selben Platine oder einen Adapter-PCB. Für große Distanzen sollte man das Interface vorort mit einem UC übersetzen und digital übertragen.. Meine Waffe No 1 war seit den 90ern Manchester / BMC, bei Bedarf symmetrisch und immer unidirektional. Es gab damals schon Chips aus dem Audio-Sektor, die einen DAC/ADC treiben könnten oder intus hatten und einen S/PDIF transceiver hatten. Damit bekommt man 5 I2C-decvices mit 400kHz direkt als Bruttodatenstrom in den S/PDIF Datenbits verpackt. Damit geht sogar real-time-acknowledge über die Leitungen, wenn man das PLD etwas intelligent baut. Wenn es unbedingt ein Passiv-System sein soll, dann eben wie oben beschrieben mit Trennung der Pfade. So wie im Bild kann das in etwa aussehen. Der Schaltkreis wurde so von mir entwickelt und mit einem PLD implementiert. Zuckelte ab Ende der 1990er in Schaltungen meines damaligen Kunden. Eine der Anwendungen waren vergossene Module mit Temperatur-Sensorik, in den "keine Softwarekomponenten" eingesetzt werden durfen. Außerdem wollte der Endkunde noch eigene unbekannte Module an die Endpunkte hängen.
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