… an einem TTL-Ausgang.
Guten Morgen,
lange Leitungen sind ja immer ein gewisses Problem, da zu Störungen und Schwingungen neigend. Ich habe TTL- oder CMOS-Logik-Ausgänge, die über eine ca. 10m lange Leitung Diverses ansteuern.
Kann ich die Leitungen am Ende mit einem C = 0,1 … 0,33 µF abblocken, ohne dass die Gatterausgänge Schaden nehmen? Sollte ich besser einen kleinen Widerstand von ca. 100 Ohm davor schalten?
Danke
Laika
ein paar Möglichkeiten
Hallo laika,
um eine gute Lösung für Dein Problem zu finden, einen statischen Digitalpegel (HIGH oder LOW) über 10m zu übertragen, sollte auch bekannt sein, was für ein Schaden entstehen kann, wenn die Empfangsschaltung am Ende der 10m ein falsches Signal infolge eines Störpegels empfängt. Danach entscheidet sich, wie aufwändig die Übertragung sein soll, bzw. welche IC´s am besten zum Einsatz kommen. Die 10m wirken ja wie eine Antenne, bzw. evtl. wie eine Induktionsschleife, die Störsignale aus der Umgebung aufnimmt und an den Eingang Deiner Schaltung weiterleitet.
Gerade wenn der Eingang am Ende der 10m hochohmig ist (z.B. CMOS-Gatter), ist die Störempfindlichkeit erhöht, denn es reicht schon eine geringe Störenergie aus, um den Spannungspegel auf der Leitung zu verfälschen. Je höher also der Stromfluss, desto „stabiler“ das Signal auf der Leitung. Natürlich sorgen die TTL-Gatter durch ihre Ausgangstreiber für eine gewisse Stabilität auf den Leitungen, aber weil die lange Leitung (bestehend aus Hin- und Rückleitung) eine Induktivität, also elektrische Trägheit hat, können Störeinkopplungen evtl. nicht schnell genug abgebaut werden und ein falscher Pegel erscheint am Eingang der Empfangsschaltung.
Lösungsmöglichkeiten:
1.) Du pufferst das Ende der Leitung mit Hilfe eines Kondensators. Je größer dieser, desto kleiner die Störempfindlichkeit. Die TTL-Ausgänge können eine gewisse kapazitive Last ohne Probleme verkraften, vor allem, wenn Du keine Daten übertragen willst, sondern nur alle paar Sekunden oder Minuten den Pegel auf der Leitung veränderst. Wenn Du aber auf Nummer sicher gehen möchtest, sollte ein Widerstand in Reihe zur 10m-Leitung geschaltet werden, der so bemessen ist, dass der Ladestrom der Kondensatoren auf ca. das 1,5fache des höchstzulässigen TTL Treiberstrom begrenzt wird.
Beispiel: Maximal zulässiger TTL-Treiberstromom = 2mA => x1,5 = 3mA
Versorgungsspannung: 5V
Größe des strombegrenzenden Widerstandes in Reihe zum 10m-Kabel: R= U/I => R=5V/3mA => R=1,6kOhm.
Ein Nachteil dieses Widerstandes ist jedoch, dass hierdurch die Leitung wieder hochohmig wird, sprich die TTL-Gatter können Störungen nicht mehr so schnell abbauen.
Durch die verringerte Flankensteilheit am Eingang der Empfangsschaltung solltest Du nun einen Schmitt-Trigger als Pegeldetektor verwenden. Dem Schmitt-Trigger ist es nämlich egal, wie langsam sich das Eingangssignal verändert.
2.) Du verwendest differenzielle Leitungstreiber (und Empfänger). Diese Treiber verwandeln einen Logik-Pegel in ein differenzielles Signal, für dessen Übertragung jedoch zwei Leitungen erforderlich sind (GND-Leitung nicht mitgerechnet). Der Vorteil ist, dass eine hohe Datenübertragung mit gleichzeitig hoher Störsicherheit gewährleistet ist. Allerdings sind diese Treiber nur gegen symmetrische Störungen immun, was ein gewisses Restrisiko bezüglich der Pegelsicherheit einschließt.
3.) Du verwendest einen Optokoppler. Dieser befindet sich praktisch am Ende der 10m. Im Idealfall verwendest Du gleichzeitig eine eigene Spannungsversorgung für Deine Empfangsschaltung. Falls aber der GND-Anschluss der Empfangsschaltung mit dem der Senderschaltung verbunden sein muss, bietet diese Lösung immer noch eine gewisse Pegelsicherheit, denn um die LED einzuschalten bedarf es eines recht hohen Stromes (üblich 10mA). Diesen Strom kann kaum eine Störung bewirken. Wenn dann noch zusätzlich ein Trägheitsglied am Ausgang des Optokopplers eingebaut wird, sollte die Sache gänzlich sicher sein.
4.) Du verwendest einen MOSFET-Treiber als Signalverstärker.
Ein MOSFET-Treiber ist verglichen mit einen TTL-Gatter ein Hochleistungs-Gatter. Er verstärkt ein TTL oder CMOS Signal. Er kann Pulsströme zwischen 0,5 und 9A liefern (je nach Typ). Diesen schaltest Du direkt an die 10m Leitung, wobei Du am Ende der Leitung z.B. einen 1µF Kondensator und einen 1kOhm Widerstand nach Masse schaltest. Der 1kOhm-Widerstand dient dazu, dass die Leitung am Ende (relativ) niederohmig wird um den Signalpegel zu stabilisieren. Wegen des 1µF müsstest Du jedoch eine langsamere Flankensteilheit berücksichtigen, die die Empfangsschaltung detektieren muss. Daher wäre hier auch ein Schmitt-Trigger als Detektor sinnvoll.
5.) Zu all den vorgenannten Lösungen könntest Du ein abgeschirmtes Kabel verwenden.
Ok, soviel von meiner Seite.
Gruß, Hilarion
Danke …
… Hilarion und einen guten Sonntagmorgen.
Das war ja sehr ausführlich! Nein, die Empfangsschaltung ist einigermassen unproblematisch bzgl. Störungen - LED-Anzeigen, Taster zum Steuern u.ä. Am anderen Ende, in der „Zentrale“, sind Logikgatter und ein Microcontroller (C-Control). Mir ging es auch darum, dass Störungen dort was anrichten könnten.
Werde also Deine Grundsätze verarbeiten 
)
Gruss
Laika