Компаратор 5В -> Микроконтроллер 3.3В, Нужна критика решения Опции

[PhX]

Мне на ум пришло такое вот решение. Все ли здесь нормально? Частота сигнала 10кГц макс.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

Непонятно, а что мешает +5V на левой части схемы просто заменить на +3.3V (пересчитав два резистора для сохранения величины гистерезиса) и выкинуть правую часть совсем? Диапазон изменения входного сигнала компаратора какой?

[PhX]

Непонятно, а что мешает +5V на левой части схемы просто заменить на +3.3V (пересчитав два резистора для сохранения величины гистерезиса) и выкинуть правую часть совсем? Диапазон изменения входного сигнала компаратора какой?

Мешает тот факт, что операционный усилитель один из четырех в корпусе, а пердыдущую часть схемы, к сожалению, не опустить на 3.3В. Есть еще кое-какие трудности (если используется сигнал ENCA - выход энкодера 5В без вариантов). Этот вариант не подходит.

[rezident]

операционный усилитель один из четырех в корпусе, а пердыдущую часть схемы, к сожалению, не опустить на 3.3В.

Я ничего в "пердыдущей" части схемы "опустить" не предлагаю. Я предлагаю лишь в данной конкретной части схемы подключить R2 и R8 к питанию 3,3В, изменив номиналы резисторов для сохранения пороговых характеристик схемы: R2 - 6,2кОм, R6 - 30кОм...33кОм. При этом отпадает необходимость согласования уровней с дальнейшей частью цифровой схемы. Промоделируйте сами, если не верите мне на слово
P.S. вообще говоря не хватает резистора Rx между точкой соединения R2-R5 и точкой соединения R6-вход 5 U.2.2. R2-R5 задает порог срабатывания, а Rx-R6 определяет гистерезис схемы.

[Dog Pawlowa]

Мешает тот факт, что операционный усилитель один из четырех в корпусе

Не понял, что у Вас используется - компаратор или ОУ.
В компараторе обычно выход с открытым коллектором, поэтому ув. rezident абсолютно прав.
Если все-таки ОУ, то можно ограничить напряжение с помощью резистора и диода.

[Mike18]

Мне на ум пришло такое вот решение. Все ли здесь нормально? Частота сигнала 10кГц макс.

Не хватает информации о используемом компаратрое и микроконтроллере.
Бывают и компараторы 5-ти Вольтовые, которые на выходе этих 5-ти Вольт не выдают,
бывают и 3-х Вольтовые микроконтроллеры, толерантные к 5-ти Вольтам по входу.
От 5-ти Вольтового сигнала на выходе компаратора, эта схема вход "нетолерантного"
3-х Вольтового микрокроконтроллера не защищает, на эмиттере транзистора будет
уровень его базы, за вычетом падения на БЭ.

[Student Pupkin]

Не понял, что у Вас используется - компаратор или ОУ.

Если это не компаратор с выходм ОК, а ОУ - зачем тогда на выходе резистор подтяжки?

От 5-ти Вольтового сигнала на выходе компаратора, эта схема вход "нетолерантного"
3-х Вольтового микрокроконтроллера не защищает, на эмиттере транзистора будет
уровень его базы, за вычетом падения на БЭ.

Коллекторный переход откроется, так что уровень бызы выше 3.3V + Ubc (~ 0,7V) не будет. А разница Ube и Ubc врядли будет больше 0,1-0,2 В... Хотя лучше уж на pnp-транзисторе обычный ключ (ОЭ). Обратное напряжение в пару вольт на эмиттерном переходе - не смертельно, думаю.

[rezident]

на эмиттере транзистора будет
уровень его базы, за вычетом падения на БЭ.

Правильно. А на базе 3,3В+0,6В. То бишь на эмиттере не выше 3,25В.

Я, кстати, не заметил поначалу сигнал ENCA. Почему-то решил, что обе части схемы промеж себя соединяются. Так что снимаю предложение выкинуть правую часть. Хотя я бы ее просто на два резистора заменил ИМХО будет лучше работать, чем транзистор в инверсном режиме.

[Student Pupkin]

Такой вот вариант (на pnp-транзисторе):



Сообщение отредактировал Student Pupkin - Oct 9 2010, 22:35

[rezident]

Такой вот вариант (на pnp-транзисторе):

Дык это же инвертирующая схема.

[Mike18]

Правильно. А на базе 3,3В+0,6В. То бишь на эмиттере не выше 3,25В.

Кстати, да, где-то так.
Стало быть, защищает, а излишки в 3-х Вольтовое питание стравливает.

Такой вот вариант (на pnp-транзисторе):
...

Этот вариант сигнал инвертирует.

[Student Pupkin]

Дык это же инвертирующая схема.

ГЫ И правда. Виноват.

[PhX]

Если это не компаратор с выходм ОК, а ОУ - зачем тогда на выходе резистор подтяжки?

Спасибо, действительно можно убрать. От компаратора остался).

Хотя я бы ее просто на два резистора заменил

У энкодера амплитуда ны выходе 5В, а на выходе компаратора на ОУ (1/4 LM324) около 4В. Так что простой делитель здесь не очень хорош(.
Вообщем, думаю оставить схему, а подтяжку действительно убрать.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

У энкодера амплитуда ны выходе 5В, а на выходе компаратора на ОУ (1/4 LM324) около 4В. Так что простой делитель здесь не очень хорош(.

Ваша схема с транзистором в инверсном режиме не очень хорошо работает на выключение оного. Довольно долго носители из базы рассасываются. Я бы вот такой ограничитель поставил.
Кстати, у LM324 диапазон входного синфазного напряжения 0В...(+V - 1,5В). Так что подавать ей на вход сигнал амплитудой 5В при униполярном питании 5В несколько "противозаконно"

Эскизы прикрепленных изображений

 

[PhX]

Я бы вот такой ограничитель поставил.

Спасибо, неплохой вариант.

Кстати, у LM324 диапазон входного синфазного напряжения 0В...(+V - 1,5В). Так что подавать ей на вход сигнал амплитудой 5В при униполярном питании 5В несколько "противозаконно"

Модель на скорую руку набросал. В реальной схеме этого не будет.

[Alexashka]

Я бы вот такой ограничитель поставил.

Может тогда упростить: выкинуть D1, R2,R3. ZD3 параллельно с D2 и на контроллер. Да, ZD3 тогда поставить на 3,3В.
Может и D2 выкинуть, откуда там возьмется отрицательное?

[rezident]

Может тогда упростить: выкинуть D1, R2,R3. ZD3 параллельно с D2 и на контроллер. Да, ZD3 тогда поставить на 3,3В.

Зуд рационализатора? Китайский опыт?
R2 выкидывать нельзя в любом случае. Поскольку энкодер - внешнее устройство, то R2 это какая-никакая защита от наносекундных помех. Заменить диодную развязку одним стабилитроном можно, но только если выход достаточно сильноточный (порядка 7-10мА или более). R1 тогда нужно уменьшить до такого значения, чтобы ток через стабилитрон при минимальном уровне лог."1" был около 2-3мА. В противном случае уровень лог."1" на входе МК не гарантирован. Низковольтные стабилитроны вблизи напряжения стабилизации имеют довольно высокий ток утечки. По этой причине я и "вкрячил" туда диодную развязку. Стабилитрон после диодной развязки не влияет на сигнал, если только он (сигнал) не выходит за установленные пределы.

Может и D2 выкинуть, откуда там возьмется отрицательное?

При подключении внешних устройств может быть все что угодно. Проще (дешевле) будет резистор и диод поменять, чем весь МК.

[MrYuran]

Не понял, что у Вас используется - компаратор или ОУ.
В компараторе обычно выход с открытым коллектором

Не обычно, а может быть.
А может и не быть.

[Alexashka]

Зуд рационализатора? Китайский опыт?

Да нет, скорее японский, и не опыт, а взгляд на жизнь. Люблю все доводить до совершенства

R2 выкидывать нельзя в любом случае. Поскольку энкодер - внешнее устройство, то R2 это какая-никакая защита от наносекундных помех. Заменить диодную развязку одним стабилитроном можно, но только если выход достаточно сильноточный (порядка 7-10мА или более). R1 тогда нужно уменьшить до такого значения, чтобы ток через стабилитрон при минимальном уровне лог."1" был около 2-3мА. В противном случае уровень лог."1" на входе МК не гарантирован. Низковольтные стабилитроны вблизи напряжения стабилизации имеют довольно высокий ток утечки. По этой причине я и "вкрячил" туда диодную развязку. Стабилитрон после диодной развязки не влияет на сигнал, если только он (сигнал) не выходит за установленные пределы.
При подключении внешних устройств может быть все что угодно. Проще (дешевле) будет резистор и диод поменять, чем весь МК.

Да, про внешнее устройство топикстартер ничего не говорил, если так, то согласен, защита нужна и от отрицательных выбросов. Так что и R2 и D2 нужно оставить.
А вот про стабилитрон пожалуй не соглашусь. Утечка тут не будет страшна, для типового разброса 2,3...2,9В (BZX84C3v3) при токе диода 1мА получим с 1кОм ограничительным резистором на входе ток как раз 1мА =(3,3В - 2,3В)/1кОм. Что для любого порта норма. А вот емкость стабилитрона может повлиять если сигнал достаточно скоростной. Тут BZX не катит, нужен другой ограничитель. Либо завести диод шотки прямо на питание 3,3В, которое просто обязано быть в схеме . В любом случае внешние диоды имеют меньший импеданс и сработают раньше чем встроенные внутрь контроллера.
ЗЫ. Ваш вариант работает хорошо, т.е емкость диода не скажется на фронтах сигналов, но нужно смериться с тем что стабилитрон будет все время кушать.

[rezident]

А вот про стабилитрон пожалуй не соглашусь. Утечка тут не будет страшна, для типового разброса 2,3...2,9В (BZX84C3v3) при токе диода 1мА получим с 1кОм ограничительным резистором на входе ток как раз 1мА =(3,3В - 2,3В)/1кОм. Что для любого порта норма.

У низковольтных стабилитронов ток утечки нормируется при напряжении 1В. Для BZX84C3V3 нормируется 5мкА@1В при +25°C. При увеличении напряжения ток утечки возрастает примерно по экспоненте. Так что при приближении к номинальному напряжению стабилизации ток утечки (точнее ток, возникающий при туннельном эффекте в полупроводнике) уже составляет величину как раз порядка 1 мА (чуть меньше). Вдобавок еще нужно учесть влияние температуры на этот эффект. Можете сами экспериментально проверить, если мне на слово не верите. Проходили мы уже все это. И не раз.

А вот емкость стабилитрона может повлиять если сигнал достаточно скоростной.

Про емкость стабилитрона я ранее даже упоминать не стал.

Либо завести диод шотки прямо на питание 3,3В, которое просто обязано быть в схеме . В любом случае внешние диоды имеют меньший импеданс и сработают раньше чем встроенные внутрь контроллера.

Подавляющее большинство схем питания (и м/с-стабилизаторов) регулируют лишь втекающий в питание схемы ток. Для единичного входа утечка через защитные диоды в питание обычно не страшна, но если входов таких много и суммарные входные токи будет существенно выше потребления всей схемы, то питание ее "приподнимется". При этом вполне может выйти за допустимый диапазон рабочих напряжений. МК скорее всего "даст дуба". Если вы хорошо просчитали вероятности и абсолютно уверены, что в штатных и нештатных ситуациях входной сигнал в любом случае не "приподнимет" питание схемы до критической величины, то можете смело "опирать" защиту через диод на питание. Но лично я по мере своих возможностей стараюсь делать защиту full-proof

нужно смериться с тем что стабилитрон будет все время кушать.

Да, имеется такой "недостаток". Но я не думаю, что у топикстартера прибор с батарейным питанием, коли в нем применяется энкодер

[Wise]

..Морочите голову человеку..
Всего-то и надо выход ОУ подать на вход МК через делитель..

..Если там вход еще от чего-то (трудно понять), значит, и его через свой резистор..
И диоды добавить, по входам. Или, там, джампер обеспечит разделение?
..Вообще, из первого поста, фиг поймешь..
Аббревиатура мне ничего не говорит, с энкодерами не работал. Да и не я один, возможно..
Излагать надо внятно..

Сообщение отредактировал Wise - Oct 11 2010, 18:53

[Alexashka]

У низковольтных стабилитронов ток утечки нормируется при напряжении 1В. Для BZX84C3V3 нормируется 5мкА@1В при +25°C. При увеличении напряжения ток утечки возрастает примерно по экспоненте. Так что при приближении к номинальному напряжению стабилизации ток утечки (точнее ток, возникающий при туннельном эффекте в полупроводнике) уже составляет величину как раз порядка 1 мА (чуть меньше). Вдобавок еще нужно учесть влияние температуры на этот эффект. Можете сами экспериментально проверить, если мне на слово не верите. Проходили мы уже все это. И не раз.
...
Да, имеется такой "недостаток". Но я не думаю, что у топикстартера прибор с батарейным питанием, коли в нем применяется энкодер

Конечно верю! А то какжешь...Сам с ними (с утечками) борюся Но Вы же сами говорите что питание у автора НЕ батарейное, так чего ему парится изза сотни-другой микроампер? Тем более, я не вижу в чем кардинальное отличие вашей схемы -диод последовательно со стабилитроном, от моей -просто стабилитрон. Разброс Vzt будет одинаковым в обоих случаях, в Вашем случае просто сдвинут на 0,6В. Или я не прав? Тем более ТКН у диода и стабилитрона отрицательный...так что, не помогают они друг другу
По поводу этого:

Подавляющее большинство схем питания (и м/с-стабилизаторов) регулируют лишь втекающий в питание схемы ток. Для единичного входа утечка через защитные диоды в питание обычно не страшна, но если входов таких много и суммарные входные токи будет существенно выше потребления всей схемы, то питание ее "приподнимется". При этом вполне может выйти за допустимый диапазон рабочих напряжений.

Это вобщемто типовая схема защиты интерфейсных схем, то есть на входах диоды на змелю и питание, а между питанием и землей -TVS или стабилитрон для защиты от сильных "подскоков". Похожая схема кстати стоит во многих мелкосхемах (ОУ например). Подразумевается что защита срабатывает от коротких импульсов (статические разряды), если имеется значительное различие в интерфейсных уровнях сигналов, нужно однозначно городить чтото другое.

[rezident]

Тем более, я не вижу в чем кардинальное отличие вашей схемы

Дык вы же сами описали отличия в сообщении выше

Это вобщемто типовая схема защиты интерфейсных схем, то есть на входах диоды на змелю и питание, а между питанием и землей -TVS или стабилитрон для защиты от сильных "подскоков". Похожая схема кстати стоит во многих мелкосхемах (ОУ например). Подразумевается что защита срабатывает от коротких импульсов (статические разряды), если имеется значительное различие в интерфейсных уровнях сигналов, нужно однозначно городить чтото другое.

Уважаемый, меня всегда учили, что помеху нужно давить в одном месте - в месте ее возникновения, а вовсе не пускать ее в схему, чтобы давить ее потом во множестее других мест. Но вам я этого приказать не могу и насильно приобщать к этой "религии" не смею Как вы сами правильно заметили, защитные диоды на входах микросхем стоят обычно с целью защиты внутренностей этой м/с от статического электричества согласно human-body модели. Поэтому намеренно "сливать" через них помеху в питание это моветон и неправильное применение данной защиты. Диоды перед входом м/с и диоды на входе внутри м/с вовсе не равнозначны, имеют различные (в смысле различающиеся) мощностные характеристики и служат для разных типов/видов защит.

[Alexashka]

Дык вы же сами описали отличия в сообщении выше

Ага, поэтому и не понимаю поч.Вы раскретиковали мое предложение

Уважаемый, меня всегда учили, что помеху нужно давить в одном месте - в месте ее возникновения, а вовсе не пускать ее в схему, чтобы давить ее потом во множестее других мест. Но вам я этого приказать не могу и насильно приобщать к этой "религии" не смею Как вы сами правильно заметили, защитные диоды на входах микросхем стоят обычно с целью защиты внутренностей этой м/с от статического электричества согласно human-body модели. Поэтому намеренно "сливать" через них помеху в питание это моветон и неправильное применение данной защиты.

Угу, религия не по моей части Конечно Вы правы в том плане, что давить надо по месту, но думаю не стоит вводить это дело в культ. В штатном режиме работы прибора не будет никаких прикосновений к токоведущим цепям или перестыковки кабелей, это уже лишнее имхо. Если требуется создать прибор нормально функционирующий при попадании в него молнии, это другой разговор

[Tanya]

Господа! Можно я встряну?
Изначально схема неправильная. Лучше не эмиттерный повторитель, а ключевой (цифровой) транзистор.
Если хочется полярность соблюсти, то можно это сделать, поменяв на входах ОУ. И еще обратную связь завести с транзистора для большей крутизны.

[Mike18]

И микроконтроллер неправильно выбран. Они бывают и со встроенным компаратором.

Сообщение отредактировал Mike18 - Oct 12 2010, 07:26

[PhX]

Выдалось время на макетку и осцилограф. Выводы:
Мой вариант плохой - всплески напряжения до 4В при отработке переднего фронта. Затягивание спадания сигнала.
Для данного устройства выберу вариант Wise, как наиболее простой и не требующий похода в магазин.
Большое спасибо за конструкитвный диалог rezidentу и Alexashkе, ваши варианты буду рассматривать для критичных устройств.

[Alexashka]

И не забываем про sn74LVC1g14 -толерантный к 5В буфер с триггером Шмитта на входе.

[Marser]

Резисторный делитель - это трюк, который при высоких частотах создаёт проблемы.
Обоснованное инженерное решение - применить преобразователь уровней SN74LVC4245ADW, стоит 30 рублей, специально для этой цели предназначен.

[Wise]

..Резисторный делитель удовлетворяет всем частотам, какие только может выдать LM324..
..Обоснованное инженерное решение - не применять преобразователь уровней SN74LVC4245ADW за 30 рублей, там, где достаточно двух копеечных резисторов..