Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik SN74LV1T34: TVS-Diode sinnvoll?


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von Domenik (dodome)


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Guten Abend zusammen,

ich nutze mehrere SN74LV1T34 um eine SPI-Verbindung über eine 
RJ45-Buchse (ohne Übertrager) und ein CAT-Kabel etwa 50 cm zu einer 
anderen Platine herzustellen. Der SN74LV1T34 hat interne Clamping 
Diodes, jedoch ohne nähere Spezifizierung. Wäre es sinnvoll hinter dem 
Ausgang noch eine TVS-Diode (o.Ä.) zu platzieren?

Danke

von Falk B. (falk)


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Do F. schrieb:
> Wäre es sinnvoll hinter dem
> Ausgang noch eine TVS-Diode (o.Ä.) zu platzieren?

Nein, denn die hat a) verdammt viel Kapazität (mehrere nF) und b) 
schützt die nicht so, wie du glaubst. Vermutlich brauchst du keinen 
weiteren ESD-Schutz. Wenn du trotzdem einen haben willst, nimm sowas wie 
USBLC6, damit kann man 2 High Speed Leitungen mit sehr wenig parasitärer 
Kapazität schützen.

von Clemens L. (c_l)


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Do F. schrieb:
> eine SPI-Verbindung über eine RJ45-Buchse (ohne Übertrager) und ein
> CAT-Kabel

Twisted Pairs sind eigentlich für differenzielle Signale gedacht. Da 
könnte man über LVDS nachdenken.

> Der SN74LV1T34 hat interne Clamping Diodes, jedoch ohne nähere
> Spezifizierung.

Das Datenblatt spezifiziert I_IK, I_OK, und V_ESD.

> Wäre es sinnvoll hinter dem Ausgang noch eine TVS-Diode (o.Ä.) zu
> platzieren?

Wenn du ESD erwartest, also wenn jemand es anfassen kann.

Eine TVS-Diode hat eine definierte Durchbruchspannung. Aber zwei Dioden 
in Serie, von GND und zu VCC, sind billiger (1N4148 oder SMD-Äquivalent, 
oder integriert als BAV99). In jedem Fall brauchst du an dieser Stelle 
einen Entkopplungs-/Entstör-Kondensator, damit die auf VCC/GND 
abgeleiteten Stromspitzen nicht andere Bauteile beschädigen.

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Ich würde bei SPI massive Probleme mit Reflexionen erwarten. Ein Treiber 
für 50MHz ist da sauempfindlich.

Bei RJ45 + CAT würde ich differentielle Treiber und Empfänger benutzen 
(SN75157, SN75158).

Oder für geringe Frequenzen langsame Schmitt-Trigger, z.B. HCF4093, 
HCF40106.

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Clemens L. schrieb:
> Twisted Pairs sind eigentlich für differenzielle Signale gedacht.

Nicht exklusiv. Man kann da auch ganz normale single ended Signale 
drüber schicken, auch HF. Signal + Masse verdrillt kommt immer gut.

> Da
> könnte man über LVDS nachdenken.

Man könnte auch die Kirche im Dorf lassen.

von M.A. S. (mse2)


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Falk B. schrieb:
> Clemens L. schrieb:
>> Twisted Pairs sind eigentlich für differenzielle Signale gedacht.
>
> Nicht exklusiv. Man kann da auch ganz normale single ended Signale
> drüber schicken, auch HF. Signal + Masse verdrillt kommt immer gut.
Man sollte nur nicht den Fehler begehen, zwei Signale miteinander zu 
verdrillen sondern, wie oben geschrieben, immer Signal mit Masse.

(Nicht lachen, hab' ich alles schon gesehen...)

von Domenik (dodome)


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Guten Morgen und vielen Dank für eure Einschätzung. Ja, die Datensignale 
sind jeweils mit Masse verdrillt. Aber jetzt habt ihr mich unsicher 
gemacht. Wäre symmetrische Übertragung mit den angesprochenen SN75157 
und SN75158 die bessere Alternative? Der Takt läuft mit ca 1 MHz, könnte 
ggf auch noch etwas reduziert werden.

von Clemens L. (c_l)


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Do F. schrieb:
> Ja, die Datensignale sind jeweils mit Masse verdrillt.

Damit erzeugen Signalflanken Störungen in der Masse.

> Wäre symmetrische Übertragung mit den angesprochenen SN75157 und SN75158
> die bessere Alternative?

Ja. Aber ich weiß nicht, ob diese Verbesserung in deinem Fall überhaupt 
bemerkbar wäre.

(Und für schnelle Signale auf kürzeren Strecken nimmt man eher LVDS, 
z.B. DS90LV047A/DS90LV048A oder SN65LVDT14/41.)

> Der Takt läuft mit ca 1 MHz

Es kommt nur auf die Steilheit der Signalflanken an. Die einfachste 
Möglichkeit, Störungen zu verringern, ist die Flanken zu verlangsamen, 
z.B. mit Widerständen oder Ferritperlen.

von Domenik (dodome)


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> (Und für schnelle Signale auf kürzeren Strecken nimmt man eher LVDS,
> z.B. DS90LV047A/DS90LV048A oder SN65LVDT14/41.)

> Es kommt nur auf die Steilheit der Signalflanken an. Die einfachste
> Möglichkeit, Störungen zu verringern, ist die Flanken zu verlangsamen,
> z.B. mit Widerständen oder Ferritperlen.

Ok, ich verstehe. Aufgrund der Harmonischen oder wegen der Reflektionen? 
Welche Werte würde man hier etwa nehmen?

Cat liegt irgendwo im Bereich Z0=100 Ohm. Wäre eine Terminierung am 
Leitungsende sinnvoll?

von Klaus H. (hildek)


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Domenik F. schrieb:
> Wäre eine Terminierung am
> Leitungsende sinnvoll?

Serienterminierung am Leitungsanfang. 30-50Ω, evtl. ausprobieren, 
welcher Wert die beste Kurvenform liefert.

von Clemens L. (c_l)


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Do F. schrieb:
>> Die einfachste Möglichkeit, Störungen zu verringern, ist die Flanken zu
>> verlangsamen, z.B. mit Widerständen oder Ferritperlen.
>
> Ok, ich verstehe. Aufgrund der Harmonischen oder wegen der Reflektionen?

Beides. Aber um Reflektionen zu verhindern, solltest du die 
characteristische Impedanz des Kabels treffen.

> Welche Werte würde man hier etwa nehmen?
> Cat liegt irgendwo im Bereich Z0=100 Ohm.

Das ist die differenzielle Impedanz. Ein Signal allein hat 50 Ω.

Die Ausgangsimpedanz von LV1T ist ungefähr 25 Ω (geschätzt als die 
Hälfte der spezifizierten Worst-Case-Impedanz von 50 Ω). Direkt am 
Ausgang des SN74LV1T34 wäre also ein Serienwiderstand von ca. 22 Ω 
sinnvoll.

> Wäre eine Terminierung am Leitungsende sinnvoll?

Ja, aber ein Widerstand am Leitungsanfang ist einfacher.
Siehe z.B. Seite 15 von https://www.ti.com/lit/pdf/scaa034.

: Bearbeitet durch User
von Klaus H. (hildek)


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Clemens L. schrieb:
>> Welche Werte würde man hier etwa nehmen?
>> Cat liegt irgendwo im Bereich Z0=100 Ohm.
>
> Das ist die differenzielle Impedanz. Ein Signal allein hat 50 Ω.
Die differentielle und die single ended Impedanz unterscheiden nicht um 
genau den Faktor 2.

> Die Ausgangsimpedanz von LV1T ist ungefähr 25 Ω (geschätzt als die
> Hälfte der spezifizierten Worst-Case-Impedanz von 50 Ω). Direkt am
> Ausgang des SN74LV1T34 wäre also ein Serienwiderstand von ca. 22 Ω
> sinnvoll.
Wenn die Anpassung auch nur einigermaßen stimmt, dann ist es bereits 
viel besser als ganz ohne. 20% Ablage vom idealen Wert ist noch kaum zu 
merken.

>> Wäre eine Terminierung am Leitungsende sinnvoll?
Eher nicht, einigermaßen brauchbar ist die Thevenin-Variante.
Die Terminierung am Ende belastet den Treiber stärker oder reduziert 
sogar den Pegel und ideal ist sie auch nur, wenn man das beidseitig 
macht.
Das alles hat man nicht bei der Serienterminierung.

von Domenik (dodome)


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Hallo.

Ich habe jetzt einen konkreten Schaltplan gezeichnet. Ist das so i.O.? 
Bzw. könntet ihr eure Meiung dazu abgeben? Ist das richtig, dass bei 
symmetrischen Signalen und Serienterminierung beide Signalleitungen 
terminiert werden? Danke.

Das System soll aus einem Sender und mehrerer hinter aneinandergereihter 
Empfänger bestehen. Wegen des Propagation Delays führe ich den Takt an 
einem Empfänger jeweils erneut über einen Treiber. SPI-Takt soll bei <= 
1 MHz liegen. Eingangspegel am Sender sind 3.3 V (STM32).

von Clemens L. (c_l)


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Domenik F. schrieb:
> Ist das so i.O.?

Der SN75157 hat TTL-Ausgänge, deshalb musst du den SN74HC595 mit dem 
SN75HCT595 ersetzen.

> Bzw. könntet ihr eure Meiung dazu abgeben?

Für vier Kanäle kann man auch AM26C31/AM26C32 nehmen.

> Ist das richtig, dass bei
> symmetrischen Signalen und Serienterminierung beide Signalleitungen
> terminiert werden?

RS-422 terminiert man üblicherweise mit einmal 100 Ω zwischen den beiden 
Leitungen am von Sender entfernten Ende des Kabels (also nur am letzten 
Empfänger); wenn du Strom sparen willst, mit einem Kondensator als 
AC-Terminierung.

> Eingangspegel am Sender sind 3.3 V (STM32).

Bie diesem alten TTL-Zeug ist das erlaubt.

von Domenik (dodome)


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Vieln Dank für deine Rückmeldung.

> Der SN75157 hat TTL-Ausgänge, deshalb musst du den SN74HC595 mit dem
> SN75HCT595 ersetzen.

Du meinst hier einen SN74HCT595

> RS-422 terminiert man üblicherweise mit einmal 100 Ω zwischen den beiden
> Leitungen am von Sender entfernten Ende des Kabels (also nur am letzten
> Empfänger); wenn du Strom sparen willst, mit einem Kondensator als
> AC-Terminierung.

Was würdest du denn empfehlen? Serienterminierung oder einen 
Abschlusswiderstand, Kapazität oder Kondensator? Ergibt sich die 
Kapazität dann anhand der 100 Ohm und der Grenzfrequenz?

von Domenik (dodome)


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Ok, ich habe mich nochmal belesen. Serienterminierung würde ja nicht 
funktionieren, da ich mehrere Empfänger treibe.

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