ATTiny84 Pegelbegrenzung mit Zenerdiode oder wie?

[DanielSan]

Hi,

ich habe eine Schaltung entwickelt, die mit 5V arbeitet. Da die Schaltung aber manchmal auch mit 6V betrieben wird, habe ich in die VCC Leitung einfach 2 Dioden eingebaut. An den Dioden fällt ungefähr jeweils 0,5V ab. Da ich auch ein PWM Signal messe, habe ich in die Signalleitung auch einfach 2 Dioden eingebaut. Das scheint aber nicht zu funktionieren. Hatte ich aber eigentlich auch nicht anders erwartet.

Mein Problem ist jetzt eben, das der Pegel des Signals genauso hoch ist, wie die Betriebsspannung. Also im ungünstigsten Fall 6V und das kann der Tiny ja nicht so gut haben. Wie kann ich jetzt den Pegel begrenzen? Geht das mit eine Zenerdiode?
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Ist das so richtig? Irgendwie ist mir die Funktionsweise eine Zenerdiode noch nicht ganz klar. Ich arbeite daran, das sich das bis zur ersten Antwort ändert ;-).

Danke
Gruß Daniel

[markusj]

Das mit der Zener dürfte funktionieren. Die Funktionsweise ist relativ einfach: Eine Zener leitet erst ab einer gewissen Spannung einen größeren Strom, wie die Kurve genau aussieht, kann man im Datenblatt nachlesen. Der Widerstand begrenzt den maximal möglichen Strom, damit die Zener keinen Selbstmord begehen kann, wenn eine starke Stromquelle angeschlossen wird.

mfG
Markus

[PICture]

Hallo!

Fast alle C-MOS digitale Schaltkreise (also auch µC) haben Schützdioden integriert, man könnte sich hoffentlich die Zenerdioden ersparen. Den max. zulässigen Strom (I) den internen Dioden, der den min. Wert des strombegrenzenden Widerstandes (R) limitiert, habe ich in Datenblätter von AVR's bisher leider nicht gefunden.

Deshalb würde ich externe Schottky-Dioden anstatt Zener's empfehlen, weil sie deutlich niedrigere eigene Kapazität haben, was vor allem bei höheren Signalfrequenzen wichtig ist. Wenn keine negative Spannung am Eingang des µCs auftreten könnte, reicht nur eine Diode (D1) zum VCC aus. ;)

VCC
+
|
.---|---------.
| - A |
R | D1^ |I |
___ Pin | | | |
>-|___|---------+ µC |
| | A |
| D2- |I |
| ^ | |
'---|---------'
|
===
GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Besserwessi]

Der Maximale Strom der Schutzdioden beim AVR steht tatsächlich nicht in den Datenblättern. Er soll bei 1 mA liegen, ist also relativ niedrig. Auch muss man dann schon mit kleinen Problemen benachbarter Pins rechnen, besonders als AD Eingang.

Zusätzliche externe Dioden helfen vor allem dann, wenn noch einen Widerstand (z.B. 330 Ohm- 2 K) zwischen den Dioden und dem µC Eingang hat. Die externen Dioden begrenzen dann die Spannung erst mal auf z.B. Vcc+0,5 V der Widerstand dahinter begrenzt dann den Strom ohne viel zu stören. Eine Shottkydiode hilft hier vor allem wegen der kleinen Flussspannung.

[DanielSan]

Heisst das also, ich brauche keine äußere Beschaltung? Der Strom der da fließt ist denke ich ziemlich gering, weil es sich ja nur um ein Signal handelt ohne zusätzliche verbraucher etc.

Danke
Gruß Daniel

[PICture]

Wenn du seriell mit dem µC Eingang ein Widerstand um 4,7 k schliesst, wie in deinem Schaltplan, dann nicht. Um sicher zu sein, bevor du den Eingang direkt anschliessen werdest, würde ich zuerst den Strom mit Widerstand messen und erst danach ihn evtl. verkleinern bzw. ganz entfernen. ;)

[DanielSan]

Mh und wie messe ich den Strom? Ich meine es ist ein Signal welches schwankt und ich habe nur ein digitales Multimeter. Also ich kann es nicht dauerhaft auf High halten um den Strom zu messen. Oder reicht der "Mittelwert"?

[PICture]

Du könntest aber wahrscheinlich die 6 V perermanent einem anderen (freien) Pin des µCs zuerst mit seriellen Widerstand zuführen um sicher zu sein. ;)

[DanielSan]

Hi,

also testen konnte ich das noch nicht, da ich im Moment nicht zuhause bin.
Aber verstehe ich das Richtig, das -wenn der Strom <= 1mA ist- der Atmel schon eine Integrierte Spannungsbegrenzung in Abhängigkeit von VCC hat?

Als Beispiel:
Die Eingangsspannung ist 6V, VCC ist mittels Dioden auf 5V reduziert und der Pegel des Signals (6V) wird also durch den internen Schutz im Atmel auf ca. 5,5V reduziert. Dann würde ich also keine zusätzliche Beschaltung benötigen? Seh ich das so richtig?
Wenn der Strom >1mA ist begrenze ich diesen einfach mit einem Widerstand? Gibt das bei einem Signal keine probleme mit Induktion oderso?

Danke
Gruß Daniel

[Besserwessi]

Um den Strom zu begrenzen braucht man schon so etwas wie einen Widerstand. Die internen Diode leiten dann den Strom (maximal etwa 1 mA) nach VCC ab, wenn die Eingangsspannung größer war. Das IC geht davon nicht kaputt, aber es kann an benachbarten Pins Probleme mit dem AD Wandler oder ähnlichem geben.

Wenn man sicher gegen will, dann halt ein Spannungsteiler oder ähnliches um die Spannung zu reduzieren, und ggf. externe Dioden.

[Kampi]

Ich würd auch lieber auf eine externe Beschaltung setzen um die Pegel runter zu bekommen.
Die internen Schutzdioden sind natürlich was feines nur die halten auch nicht alles aus. Und bevor ich da an meinem Chip rumexperimentiere guck ich das ich lieber das Signal schon außerhalb auf einen kleineren Pegel bekomme
Einfachste Lösung ist halt wie oben erwähnt ein Spannungsteiler :)

[DanielSan]

Ja Spannungsteiler klingt gut. Ich werde es ausprobieren.

Danke
Gruß Daniel

[DanielSan]

So ich habe jetzt mal ein Paar Berechnungen angestellt.
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Ich stelle mir jetzt die Frage, was passiert mit den Strömen? Ich meine die Spannungen sind ja immer die gleichen, egal ob ich Ohm, kOhm oder mOhm Widerstände nehme. Allerdings sind die Ströme natürlich bei Ohm viel höher als bei mOhm.
Der Atmel benötigt ja ca. 10mA, muss ich die Widerstände jetzt noch passend auslegen?
Nach meinen Berechnungen ist der Strom mit einem 470Ohm und einem 820Ohm Widerstand 3,5 - 6,5 mA (je nach Eingangsspannung) reicht das?
Was passiert mit dem Strom an dem "Abzweig"? Es gilt ja I1 = I2 + I3.

Wie sieht das ganze in meiner Signalleitung aus? Bekomme ich da Schwierigkeiten mit Kapazitäten und Induktivitäten? Das Signal hat eine ungefähre Frequenz von 20Hz, das schwankt natürlich je nach Information etwas.

Ich hoffe ihr versteht wo ich gerade Gedanklich hänge.

Danke
Gruß Daniel

[Kampi]

Also bei einem 20Hz Signal brauchste dir keine Gedanken um Kapazitäten usw. machen. Bei 20Hz hast du mehr als genug Zeit um eventuelle Kapazitäten umzuladen. Soweit ich weiß ist der Strom für die Erkennung von Signalen beinahe vernachlässigbar. Du musst nur gucken. Je nachdem welche Widerstände du wählst fällt an dem Teiler eine Leistung ab. Die solltest du natürlich recht klein wählen also nimm ruhig Widerstände im Bereich von einigen kOhm.

[DanielSan]

Ok also in die Signalleitung baue ich z.b. 4,7kOhm und 8,2kOhm ein. Dann liegt der Strom bei ca. 0,35 - 0,65 mA.

Was ist denn mit der Versorgungsleitung? Ich meine wenn ich da mit den Widerständen den Strom auf 0,35 - 0,65 mA begrenze, der Atmel aber 10mA braucht läuft der dann noch oder muss ich die Widerstände dann so wählen das 35 - 65mA Strom fliessen kann?

[Kampi]

Wenn du die Spannung für den Controller mit einem Spannungsteiler reduzieren willst musst du natürlich die Stromaufnahme des Controllers berücksichtigen. In deinem Fall halt die 10mA und dementsprechend müssen die Widerstände dimensioniert werden.
Rechne aber etwas reserve mit. Als Reserve würde ich nochmal 50% drauf rechnen. Bei 10mA können es aber auch 100% sein. Rechne also lieber mit 20mA da hast du noch ein bischen Luft nach oben falls der Controller kurzzeitig bischen mehr braucht.

[DanielSan]

Das würde dann bedeuten, das ich 47Ohm und 82Ohm Widerstände nehmen müsste. Die würden dann im schlimmsten Fall 0,35W Verlustleistung haben. Das ist ja schon recht viel.

Oder was meinst du dazu?

Danke
Gruß Daniel

[markusj]

Diese Bastelei mit dem Spannungsteiler ist keine gute Idee, damit wird nur andauernd Leistung ohne wirklichen Nutzen verbraten. ich würde an deiner Stelle einen Linearregler suchen, der mit fast keiner Spannungsdifferent arbeiten kann, oder mit einem MosFET/Transistor und einer passenden Zener-Diode selbst einen Linearregler basteln.

mfG
Markus

[DanielSan]

@markusj: Da habe ich keinen Platz für und es wäre zu teuer.

[Kampi]

also 1/3 Watt Verlustleistung find ich schon happig. Du verbrätst dann permanent 1/3 Watt an Leistung um 5V und 10mA zu erzeugen. Das ist nicht so schön.
Und du hast keinen Platz mehr für einen Low-Drop Regler in so einem kleinen Transistorgehäuse?

[DanielSan]

Nein der müsste ja auch noch zusätzlich beschaltet werden.

Ich glaube ich werde die Versorgungsspannung mit 2 oder 3 Dioden etwas runter ziehen und das Signal mit dem Spannungsteiler kleiner machen. Dann verbrate ich kaum Leistung und habe was ich möchte. (Hoffe ich ;))

[PICture]

Hallo!

Wenn deine Schaltung fast permanenten Stromverbrauch hat, ist das runter ziehen der Spannung mit Dioden am einfachsten und spart den Spannungsteiler, da das Ausgangsignal nie höher als die Versorgungspannung seien kann. ;)

[DanielSan]

Es ist aber ein Eingangssignal ;) und hat den Pegel der Versorgungsspannung (vor den Dioden).

Danke trotzdem!

Ich mache Meldung ob und wie es geklappt hat!

[PICture]

Alles klar, leider ohne Schaltplan bin ich blind. Du schaffst es sicher ! :D

Bisher verstehe ich aber noch nicht wohin die o.g. 10 mA flessen. Ich liebe eben Slizzen/Schaltpläne. ;)

[DanielSan]

Die 10mA fliessen in den Tiny. Die Versorgungsspannug muss nur den Tiny versorgen, alles was dann am Tiny hängt hat seine eigene Versorgung.

[PICture]

Die 10 mA beträgt also der Stromverbrauch von Tiny, danke für die Erklärung. :D