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  1. IC: ADuM1250 I2C-Isolator

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    13.08.2015 von plaintron

    ADUM1250I2CISO_01Manchmal fallen mir Bauteile in die Hände, die mich einfach faszinieren, weil sie so genial sind und ein Problem elegant lösen, das sonst nur mit einigem Aufwand in den Griff zu bekommen wäre.

    Problemstellung:

    In einer Schaltung ist ein Sensor verbaut, der eine bestimmte Größe misst, etwa Strom, Spannung, Temperatur, Licht oder Druck. Mit einem Mikrocontroller möchte ich diesen Wert via I2C-Bus verarbeiten und eine Regelgröße beeinflussen. Sensor und Controller liegen allerdings in getrennten Stromkreisen und müssen galvanisch isoliert sein.

    Das Bastlerherz greift sofort zur Schublade mit den Optokoppern, sucht eine Highspeed-Variante raus und studiert die technischen Daten. 20-30 kHz schafft das Teil. Danach wird das Signal ziemlich unscharf, weil die Kapazitäten der verbauten Dioden wie ein Tiefpass-Filter wirken. Die Flanken werden also immer flacher mit steigender Frequenz, der effektive Pegel sinkt. Es gibt zwar durchaus schnellere Varianten, aber dann brauche ich immer noch etwas zusätzliche Logik, um ein- und ausgehende Signale zu sortieren, denn I2C arbeitet bidirektional, es wird also nur eine Leitung in beide Richtungen verwendet.

    Aber es muss ja eine Lösung geben. Eine Netzwerkkarte etwa funktioniert doch auch mit galvanischer Trennung. Dort wird ein Transformator verwendet. Der kann allerdings nur Frequenzen übertragen, aber keine unterschiedlichen Impulslängen. Dazu wäre also ein Modulator notwendig, der die Impuse in Frequenz- oder Amplitudenwerte umsetzt. Bei unidirektionaler Datenübertragung wäre sogar das noch realisierbar, mit je einem Modulator-IC und einem kleinen Übertrager pro Signal. Hier sind dann 3-4 Übertrager mit je einem Modulator und einem Demodulator pro Seite gefragt.

    ADUM1250I2CISO_03Analog Devices hat es geschafft, diese komplette Mimik in ein SO8-Gehäuse zu packen, also Modulatoren, Demodulatoren und Übertrager, und das sogar bidirektional (ADuM1250 SCL und SDA bidirektional, ADuM1251 nur SDA). Im Ergebnis habe ich auf jeder Seite zwei Ein-/Ausgänge für Takt und Daten, dazu je zwei Pins für die Betriebsspannungen und das war es schon. An externen Bauteilen sind nur die üblichen Pullups notwendig, die aber ohnehin benötigt werden, sobald ich mit I2C-Signalen arbeite. Mit ein paar Euro Materialeinsatz habe ich mir also endlose Bastelarbeiten gespart.

    Bei mir kommen diese Schaltungen im Labornetzteil-Projekt zum Einsatz und sind für die Kommunikation zwischen A/D- bzw. D/A-Wandler und Controller zuständig. Für andere Anwendungen gibt es diese Isolatoren ebenfalls, etwa für USB oder SPI.

     

    Quellen:

    I2C-bus specification and user manual
    http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10204.pdf

     

  2. #BlogBlick No. 3

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    09.08.2015 von plaintron

    Der dritte #Blogblick ist da. Um etwas Regelmäßigkeit in diese Serie zu bringen, plane ich zukünftig jeden Sonntag eine neue Folge zu veröffentlchen.


     

    Eine meiner zukünftigen Projekt-Ideen ist ein Funktionsgenerator. Mein alter ELV-Klirrfaktorgenerator nervt mich schon lange. Im Elektronikblog „rs-elec“ geht es um den Synthesiszer-Baustein AD9850 von Analog Devices:

    Wie in dem letzten Beitrag angekündigt, habe ich ein eigenes Modul für den AD9850 entworfen. Dies funktioniert in der in der Revision 0.03 so gut, dass ich es kaum erwarten kann es vorzustellen. Vorweg folgendes: Jitter sind kein Problem mehr, genau so wenig wie doppelte Flanken im TTL-Signal. TTL- und Sinussignal gehen problemlos bis 40 MHz, das analoge Rechtecksignal bis ca. 5 MHz, dann wird es langsam dreieckig.

    https://rselec.wordpress.com/2015/07/10/ad9850-functiongenerator-modul/


     

    Für mein Labornetzteil-Projekt hatte ich ursprünglich ein OLED-Display eingeplant, dann wurde es wegen der Touch-Idee aber doch ein TFT. Im Blog „Raspberry Pi Lab“ gibt es eine sehr detaillierte Anleitung zur OLED-Ansteuerung via I2C mit dem Raspi:

    Für gerade einmal 10 € gibt es ein 0,96 zoll Display mit einer Auflösung von 128×64 Pixel zum Beispiel bei amazon. Das Display ist groß genug, um kleine Grafiken und Benachrichtigungen anzuzeigen. Mein Display ist ein chinesisches Produkt, angepriesen als 100 % kompatibel zum Original von Adafruit und daher wohl 100% kompatibel zur Adafruit-Bibliothek Adafruit_SSD1306.h für den Arduino. Es wird mit 5V betrieben und verfügt über eine I2C-Schnttstelle.

    https://raspilab.wordpress.com/2015/03/31/meine-smartwatch-mit-i2c-ein-oled-display-ansteuern/


     

    Ebenfalls auf meiner Irgendwannmal-Liste steht die Entwicklung einer FPGA-Anwendung. „KreativModus“ hat ein FPGA-Board gebaut und zeigt in der aktuellen Bestandsaufnahme noch weitere Projekte:

    Eine Auflistung der Projekte, welche mir momentan vorschweben oder hier gerade rumfliegen.

    https://kreativmodus.wordpress.com/2015/06/20/bestandsaufnahme/


     

    Im Amateurfunk-Blog von DL3BU geht es um eine DCF-77-Uhr mit weißen 7-Segment-Anzeigen in einem eleganten Plexiglas-Gehäuse:

    Der Arbeitskreis Amateurfunk und Telekommunikation in der Schule (AATIS) e.V. hatte im Praxisheft Nr. 24 eine universielle Uhr mit weißer Siebensegment-LED-Anzeige veröffentlicht. Es handelt sich um eine DCF77-gesteuerte Uhr, welche wahlweise Ortszeit, Universal Time und Datum in zwei Zeilen mit je vierstelligen, weißen Siebensegment-Anzeigen anzeigt.

    https://dl3bu.wordpress.com/2015/07/26/aatis-multiclock-as-324-2/


     

    low Current“ ist ein schönes Elektronikblog, das leider seit über einem Jahr schläft. Der letzte Beitrag handelte von einem Raspi-Projekt mit Interrupt-Steuerung.

    Durch seine GPIO Ports ist der Raspberry Pi sehr interessant für Projekte an denen man einige IOs benötigt um etwas Elektronik zu steuern. Gleichzeitig bekommt man mit dem Pi noch einen (fast) vollwertigen LINUX Computer. Es ist also möglich einen Webserver inklusiver richtigen Datenbank auf dem Pi laufen zu lassen und trotzdem direkt mit Hardware zu kommunizieren.

    https://lowcurrent.wordpress.com/2014/04/17/interrupt-delay-am-raspberry-pi/


     

    Als ich mit diesem Blog anfing, hatte ich den Eindruck, dass es nur sehr wenige Elektronik-Blogs im deutschen Sprachraum gibt. Diese These ist wohl nicht haltbar. Sie sind nur nicht so leicht zu finden. Aber vielleicht hilft ja etwas Vernetzung dagegen?

     

  3. Projektidee: Tochscreen-Labornetzteil

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    08.08.2015 von plaintron

    vamos_psu_kopf

    Es gibt ein paar Projekte, an denen kommt kaum ein Bastler vorbei. Das Labornetzteil gehört neben Funktionsgenerator, Belichter, Reflow-Ofen und einigem anderen Werkbank-Zubehör ganz oben auf die Bastel-Liste.

    Mein erstes geregeltes Netzteil habe ich in der Lehrzeit gebaut, mit einem 2N3055 als Linearregler und mit zwei schönen analogen Anzeigen. Mit 12V und maximal 1A hat es mir lange Zeit gute Dienste geleistet, wurde dann aber irgendwann durch ein chinenisches Schaltnetzteil mit 30V und 3A ersetzt.

    In letzter Zeit sind mir allerdings ein paar Bauteile in die Hände gefallen, die danach schreien, endlich wieder ein Netzteil zu entwerfen, und zwar eins, das die nächsten 20 Jahre für alle Anwendungen die passenden Features hat und in der Entwicklung und der täglichen Nutzung wirklich Spaß macht.

    Mein Arbeitsplatz ist zwar ziemlich breit, aber es fehlt an Tiefe. Also muss ein kompaktes Gehäuse her. Eine Steckdosenleiste, die ich vor einiger Zeit hauptsächlich wegen des interessanten Pultgehäuses gekauft habe, wird also geschlachtet und umfunktioniert.

    steckdosenleiste

    Damit für jede Anwendung die richtige Versorgung parat ist, habe ich zwei regelbare Ausgänge mit 28V und 3A eingeplant. Außerdem kommen noch zwei Festspannungen dazu, 12V und 5V bieten sich an. Zusätzlich hätte ich gerne USB-Anschlüsse, an denen ich schnell und ohne viel Gestöpsel Arduino-Boards versorgen kann.

    xl4016_obenIm chinesischen Gemischtwarenhandel ist mir ein Step-Down-Regler über den Weg gelaufen, der sich vom üblichen China-Schrott deutlich unterscheidet: Saubere Verarbeitung, sinnvoll entworfene Schaltung und wirklich die Leistung, die drauf steht. Er arbeitet mit dem Schaltregler XL4016 von XLSEMI, ein bei uns kaum erhältliches Teil, der mit nur 5 Pins einfach zu verwenden ist und beeindruckende Leistungswerte zu bieten hat.

    xl4016_hintenAn dem Schaltregler habe ich schon rumgelötet und das Poti für die Spannungseinstellung mit einer Steuerspannung aus einem D/A-Wandler verbunden. Das funktioniert sehr gut. Auf der Unterseite sieht man den XL4016 und eine doppelte Schottky-Diode. Normalerweise sitzt hier ein Kühlkörper. In meinem Fall soll der Schaltregler aber direkt auf dem Gehäuseboden befestigt werden und diesen zur Kühlung nutzen.

    Mit den anderen beiden Potis werden die Strombegrenzung und der Schwellenwert für die Überstromabschaltung eingestellt. Diese beiden Funktionen werde ich voraussichtlich nicht nutzen, und zwar aus folgendem Grund: Die Ausgangsspannung des Schaltreglers ist leicht wellig. Also muss ich mit Elkos glätten. Dann habe ich aber keine schnell veränderbare Spannung am Ausgang, weil die Elkos erst entladen müssen, wenn ich die Spannung reduziere. Mehr als 10µF sollten nicht parallel zu den Ausgangsbuchsen hängen.

    Die Lösung ist ein nachgeschalteter Linearregler, der sich auch um die Strombegrenzung kümmert. Ein gewöhnlicher LM317 bzw. dessen stärkere Brüder kommen hier nicht in Frage, da sie sich nicht bis auf 0 Volt herunterregeln lassen. Ich bräuchte dann also eine negative Referenzspannung und das ist mir zu viel Aufwand. Außerdem sollte die Drop-Out-Spannung, also der minimale Spannungsabfall zwischen Ausgang und Eingang des Regler, möglichst gering sein.

    Linear Technologies hat hier die Lösung in Form des LT3083. Das ist ein wirklich beeindruckender Regler, der zwar nicht billig ist, aber jede Menge Vorteile mitbringt, die ich demnächst noch genauer erläutern werde.

    lt3083

    Ebenfalls von LT kommt der A/D-Wandler LTC2945. Dieser Baustein ist ein kompletter Power-Monitor mit I2C-Bus, der nur einen Shunt braucht, um Strom- und Spannungwerte mit einer Genauigkeit von 12 Bit zu liefern.

    Einen D/A-Wandler brauche ich auch. Hier kommt ein LTC2633 zum Einsatz, der ebenfalls einen I2C-Bus hat. Kurz zur Erklärung, warum ich nicht die Analogpins des Controllers verwende: Ich möchte mit einem einzigen Controller für die gesamte Schaltung arbeiten (wahrscheinlich der erste Einsatz meines Teensy). Dieser soll von den Ausgangsspannungen galvanisch getrennt sein. Die beiden Ausgangsspannungen möchte ich auch symmetrisch verwenden können, also dürfen sie keine gemeinsame Masse haben. Das geht nur, wenn ich A/D- und D/A-Wandlung im jeweiligen Schaltkreis der Ausgangsspannung einbaue und das I2C-Signal dann über einen Isolator zum Controller führe. Diese galvanische Trennung übernimmt bei mir der ADuM1250 von Analog Devices, auch ein beeindruckendes IC, über das ich demnächst mehr schreiben möchte.

    display_vorneDer Teensy soll auch die zwei Touch-Displays verwalten. Ich möchte zwei 2,4-Zoll-Displays mit SPI verwenden und diese sowohl für die Anzeige der Ausgangswerte als auch für die gesamte Steuerung des Controllers verwenden.

    display_hintenDer Touch-Controller ist bereits auf dem Board montiert. Hier wird ein chinesischer Nachbau des Controllers ADS7845 von TI/Burr-Brown verwendet, ein XPT2046. Der Display-Controller ist ein ILI9341, für den es jede Menge gute Bibliotheken gibt. Ein Schacht für eine SDHC-Karte ist auch vorhanden. Darauf lassen sich Bitmaps und Fonts für die Dartellung speichern. Außerdem lassen sich darauf komplette Setups sichern, etwa bestimmte Spannung/Strom-Kombinationen.

    So weit mein kurzer Einblick in die Schaltungstechnik. Wenn ich mit dem Aufbau anfange gibt es mehr Details. Da es an Baustellen bei mir nicht mangelt, wird das wohl noch ein paar Monate dauern.

    Immerhin habe ich schon genaue Vorstellungen, wie das Labornetzteil aussehen soll. Auch bei diesem Projekt habe ich erst mal ein Modell in Sketchup erstellt:

    vamos_psu_012-7_exp

    Die Drehgeber für die Einstellung von Spannung und Strom haben eine eingebaute RGB-LED und eine transparente Achse. Das sieht nicht nur cool aus, sondern ist auch zur Anzeige des jeweiligen Modus praktisch. Der Encoder leuchtet blau während der Spannungseinstellung und rot bei der Wahl der Strombegrenzung.

    Dazu passen die beleuchteten Taster. Hier kommen kleine Metalltaster mit LED-Ring und 14mm Außendurchmesser in schwarz und chrom zum Einsatz.

    Was fehlt, sind passende Polklemmen. Hirschmann kommt optisch nicht in Frage, das China-Sortiment ist qualitativ einfach nicht so wie ich es möchte. Also bleibt mir nur, die Buchsen ebenfalls selbst zu bauen. Aber das ist eine andere Geschichte, von der zu anderer Zeit berichtet werden soll. 😉

  4. Weihnachts-Samples von LT

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    20.12.2014 von plaintron

    Weihnachtspäckchen sind toll, sofern man welche bekommt. Ab und zu lohnt es sich aber auch, einfach danach zu fragen. Für mein Netzteil-Projekt möchte ich gerne ein paar aktuelle Bauteile von Linear Technology testen und habe nach vier Samples gefragt. Und eine knappe Woche später lagen sie schon im Briefkasten, verschickt von einer deutschen LT-Niederlassung.

    ltcgmbh

    Ein Blick auf die aktuellen Entwicklungen von LT lohnt sich immer, finde ich, weil dort sehr innovative und kreative Schaltungen entstehen, die gerade für Hobby-Anwendungen viel Aufwand an anderer Stelle sparen. Der Preis mag dabei erst mal etwas abschrecken, aber mir geht es regelmäßig so, dass ich durch die Verwendung eines gut durchdachten und passgenauen Bausteins zwei oder drei andere Teile einsparen kann und am Ende doch günstiger davon komme und sogar noch weniger Arbeit habe.

    ltc2945

    Der LTC2945 ist ein Leistungsmonitor. Damit kann ich Strom und Spannung messen und die ermittelten Werte direkt via I2C im Mikrocontroller verarbeiten. Mit 12 Bit Auflösung im A/D-Wandler ist reichlich Genauigkeit vorhanden, um bei einem 30V/3A-Netzteil hundertstel Volt und 1mA zu messen und anzuzeigen. Mehr muss nicht, mit weniger wäre ich allerdings auch nicht zufrieden.

    ltc2633

    Das Bild oben zeigt einen LTC2633 im TSOT-23-Gehäuse. Das ist wirklich enorm klein, das Rastermaß beträgt 0,65 mm. Dieses IC ist im Prinzip ein normaler D/A-Wandler, der aber praktischerweise gleich eine eingebaute Spannungsreferenz hat. Das spart schon mal einigen Aufwand für eine externe Referenzschaltung. Außerdem sind gleich zwei Wandler im Gehäuse untergebracht. Per I2C wird jeweils ein Wert übergeben, der dann am Ausgang A oder B anliegt und zur Steuerung der Spannungs- und Stromregelung verwendet werden kann. Die Auflösung beträgt bis zu 12 Bit und die Genauigkeit ist z.B. der eines Atmega-DAC deutlich überlegen.

    ltc3632

    LT hat sich ja besonders durch Spannungswandler und -regler einen Namen gemacht. In der oben verlinkten Liste der aktuellen Produkte sind ein paar echte Leckerbissen dabei. Der hier gezeigte LTC3632 ist ein kleiner Schaltregler (Step Down), den ich zur Erzeugung einer negativen Hilfsspannung verwenden möchte. Dazu sind wieder nur ein paar externe Bauteile notwendig, Spule, Speicherkondensatoren und eine paar Widerstände für die Spannungseinstellung. Mehr als 20mA sind zwar nicht drin, was mir völlig ausreicht, dafür geht der Spannungsbereich für die Versorgung bis 50V, was nicht ganz gewöhnlich ist. Die Kühlung erfolgt über ein Heat-Pad an der Unterseite des MS8E-Gehäuses mit ebenfalls 0,65mm Pitch.

    lt3083

    Zum Schluss noch ein etwas bekannterer Baustein: Der Linearregler LT3083. Damit kann ich bis zu 3 Ampere regeln, wobei die Dropout-Spannung, also der minimale Spannungsunterschied zwischen Eingang und Ausgang, nur 310mV beträgt. Eine Besonderheit des LT3083 gegenüber z.B. einem LM317 ist, dass die Ausgangsspannung bis auf 0 Volt herunter geregelt werden kann. Für die Spannungseinstellung ist nur ein Widerstand erforderlich, im Gegensatz zu einem Spannungsteiler aus 2 Widerständen bei LM317 und vergleichbaren Reglern. LT schafft dieses Kunststück durch eine interne Konstantstromquelle. Mit 10µF Keramik am Ausgang ist die Regelung bereits stabil. Dieser Regler ist übrigens seit einiger Zeit im TO-220-Gehäuse mit 5 Anschlüssen (nicht von deren falschem Produktfoto verwirren lassen) bei Reichelt zu bekommen (aber im Moment gerade ausverkauft).

    Alle Samples werde ich nach und nach testen und hier darüber ausführlich berichten.

    Danke, LT, für die schöne Weihnachtspost.

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