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Schaltplan:

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Gruß
Matthias

mit 40us

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Gruß
Matthias

mit 0,1ms

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Gruß
Matthias

mir ist es jetzt gelungen die Anzahl an Bauteilen nochmal zu reduzieren. Das Signal sieht fast wie oben aus, hier der neue Plan.

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Gruß
Matthias

Hi Jungs
Ich befasse mich seit neustem auch mit dem Thema und bin gerade daran euere Schaltungen zu analysieren...
Erstmals super Arbeit die Ihr leistet.
Eine kleine Optimierung bei der 3V Schaltung währe noch die Gate- Anhebung von der Geglätteten Vcc- Spannung vorzunehmen und nicht direkt von der Bussspannung.

Hallo Kusti,

vielen Dank für deinen Tip.
Kannst du dann vllt mein Beispielbild reinstellen?

Den Schaltplan gibt es im Downloadbereich, falls du es in Eagle machen willst.

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Gruß
Matthias

Hallo Zusammen,

ich bin mir nicht sicher, ob an der Grundschaltung noch Änderungen angenommen werden bzw. erwünscht sind. Nach meiner Analyse gibt es (aus theoretischer gerechneter Sicht) ein paar mögliche Schwächen, die durch entsprechende Schaltungsänderung behoben werden können.
Daher die Frage: wie schlägt sich denn die (Grund-) Schaltung in der Praxis in Bezug auf Störfestigkeit, Zuverlässigkeit etc. ?

Meine durch Rechnung gefundenen Schwachpunkte beziehen sich auf folgende Teile der Schaltung mit uC P89LPC922 bei 3.3V Betriebsspannung:

1) Empfangsstufe teilt Eingangssignal im Verhältnis 3:1 d.h. aus z.B. 9V Spannungshub auf dem Bus kommen am uC weniger als 3V an (9V * (100k || 82k / (100k + 100k || 82k))) = 2,8V. Bei kleinerem Hub auf dem Bus wird Signal am uC entsprechend kleiner. Durch die Vorspannung (Widerstandsteiler 82k, 100k) am Eingangs-Transistor wird versucht, die Empfindlichkeit zu steigern - jedoch auf Kosten der Störspannungstoleranz (d.h. relativ kleine Störimpulse auf dem Bus können als Startsignal fehl-interpretiert werden).

2) Sendestufe steuert Sendetransistor 2N7000 nicht voll durch (Vth ist >= 4V), d.h. der Impuls auf dem Bus ist u.U. nicht ausreichend hoch. Verlustleistung im Transistor könnte dabei zu hoch werden. Die in Reihe zum 2N7000 geschaltete Z-Diode wird auch leicht überfordert = Zuverlässigkeit der Schaltung beeinträchtigt, mögliche frühe Ausfälle.
Ankopplung der Sendeschaltung an den Bus über Widerstand 68R hätte den Vorteil der Anpassung an die Leitungsimpedanz des Buskabels und damit eine sauberere Übertragung des Sendesignals.

Ich habe als Vorschlag für eine (hoffentlich verbesserte) Variante des Empfangsteils sowie der Sendestufe einen Eagle Schaltungsvorschlag angehängt. Ferner enthält dieser auch eine elektronische Drossel, die EIB konform ein Bus Signal mit Hub zwischen min. 6V und 9V erzeugt, wenn der Sendetransistor über einen Widerstand mit 68R an den Bus angekoppelt wird. Zulässiger maximaler Strom durch die Drossel ist 640mA (Verlustleistung dabei etwa 2W - ca. 1.3W am Darlington-Transistor und 0.64W am Widerstand 1R). Natürlich enthält die Drossel auch einen Reset / Ops Schalter mit Anzeige über LED.

Der Empfangsteil wird direkt mit dem EIB-Bus verbunden, ohne zwischenliegende Diode 1N4148. Nur der Sendeteil wird über Diode UF4002 oder BAT41 gegen Verpolung geschützt.
Sendeteil Transistor PH1955L (N-Channel Trench MOS von Phillips bzw. NXP mit Vth <= 2V) ist nicht bei Reichelt gelistet, mal schaun, wo man den her bekommt

Als Spannungsversorgung könnte ein Schaltnetzteil von Reichelt "SNT MW25-24" (16.30EUR) oder für Hutschienenmontage "SNT MW-DR45-24" (21.90EUR), jeweils mit 24V Ausgang, verwendet werden (diese haben allerdings keine "SELV" Zulassung - Verwendung also auf eigenes Risiko). Die Ausgangsspannung lässt sich in gewissem Rahmen einstellen (ich muß mal messen, wie hoch diese eingestellt werden kann). Jedenfalls passt auch die Leistung bzw. Ausgangsstrom (1.1A bzw. 2A) sehr gut für die Freebus Anwendung. Der Ausgang sollte in jedem Fall über eine Schmelzsicherung F1.25A oder Polymer PTC, etwa Reichelt Typ PFRA 065, geführt werden.

Falls dieser Thread noch aktiv ist - wäre schön, wenn jemand meinen Vorschlag analysiert/kommentiert und vor allem probiert. Ich werde selbst die Schaltung mal so probieren und bei Interesse hier berichten (mal schauen, wann ich dazu komme ?!?).

Mit besten Grüßen

- grobix -

Hallo grobix,

interessanter vorschlag!
zu deiner empfangsstufe: in der originalschalung ist der transistor als emitterfolger (in kollektorsachatung) eingesetzt. d.h. keine spannungsverstärkung, nur impedanzwandlung- da das eingangssignal bzgl innenwiderstand doch sehr kräftig sein sollte und der innenwiderstand des uc recht hoch ist- ist der transistor wahrscheinlich überflüssig- ich kennen die ursprünglichen gründe dafür nicht ggf liege ich ja falsch. das rc eingangsglied sollte (ist ja ein hochpass mit r, c ind uc innenwiderstand) eine grenzfrequenz << der signalfrequenz haben sonst differenziert das eingansglied das signal. wozu der parallel widerstand von 2m? transient-surpression am eingang und Ausgnag ist sinnvoll, sollte noch ergänzt werden.

die sendestufe mit eimem fet mit kleiner uth ist vorteilhaft damit das ding auch wirklich als schalter arbeitet und definierte zustände hat. bzgl 68r und wellenwiderstand, der hängt von der leitung ab, kenne den der eib leitung nicht /eib leitung ist nicht abgeschloßen länge begrenzt, sollte reflektionen im signal relativieren), verdrillte leitung typ bei 100r-150r. laut eib spec muss der sender einen spannungshub zwischen 3v und 10v realisieren und dabei bis zu 400ma strom verarbeiten können (tp256- die teile haben einen eingangswiderstand und ein signal am eingang führt zu einem eingangsstrom- siehe oben). mit dem 68r widerstand ist das nicht so ganz machbar!
ich habe bei meinen entwurf zu einem gyrator (hw forum) den fet mit z-diode mit stromquelle ergänzt, geht gut (pulslänge/verlustleistung beim ausprobieren beachten!!)

gruß
horst

Hallo Horst,

der 2M Widerstand fungiert als Pull-Up, um den uC Port im Idle Zustand des Busses auf logisch High zu ziehen. Laut P89LPC922 Unterlagen hat ein Eingangsport +/- 10uA Leckstrom. Bei min. 20V Busspannung im Zustand "Idle" bei 24V Versorgung (worst case) ergibt sich ein Pull-Up Strom von eben diesen 10uA. Wenn das Bussignal nach Masse gezogen wird (logische 0), brauche ich keinen (großen) Pull-Up Strom mehr - daher liegt der Pull-Up Widerstand parallel zu der RC Schaltung am Eingang zum Bus. Würde der Pull-Up an der uC Versorgung (3.3V) angeschlossen sein, müsste der Widerstand für gleichen Pull-Up Strom deutlich kleiner sein - dies wiederum würde sich negativ auf die RC Zeitkonstante der Eingangsschaltung auswirken. Ich denke, aus diesem Grund wurde der Buffer-Transistor mit 10k Pull-Up der Original-Schaltung verwendet.

Ich habe versucht, das Ganze auf das Wesentliche zu vereinfachen und als Zielsetzung maximalen Spannungshub am uC Port verfolgt. Die Eingangsschaltung ist so ausgelegt, ein möglichst sauberes (rechteckiges) Eingangssignal mit gutem Störabstand am uC Port zu produzieren.

Zur Sendeschaltung:
Eine wirklich exakte Anpassung an den Wellenwiderstand der EIB-Leitung erscheint nicht so wesentlich, da die zulässigen Netz-Topologien eine übertragungstechnisch saubere Ankopplung der Bus-Segmente eh schon zunichte macht. Aber eine Sendestufe mit Widerstand 68R mindert etwas die Oberwellen (sog. Leitungsklingeln), begrenzt die Stromimpulse der Buskopplerschaltung (Schutz des Sendetransistors, minimiert EMV Aussendungen) und hat höhere Zuverlässigkeit (geringere Ausfall Rate) gegenüber einer Z-Diode der gewählten Größe. Mit einem Strom von wenigstens 300mA muß gerechnet werden - vermutlich sind auch 500mA drin.

Mit besten Grüßen

- grobix -

Hallo Horst, hi Grobix,


die bestehende Eingangs - und Ausgangsschaltung beruhen eigentlich auf einer Schemaschaltung des TP Uart Bausteins von Siemens. Für die anfänglichen Tests von Andreas war die Ausreichend und eine Kommunikation wurde somit erstmals Möglich.
Uns ist es natürlich recht, wenn sich Leute mit dieser Thematik beschäftigen und Verbesserungen vorschlagen. Ziel soll natürlich sein das die Schaltung zuverlässig funktioniert. Andreas Binäreingang der ersten Generation funktioniert auch noch heute in der doch sehr gut ausgebauten Hausinstallation. Den 68R hatten wir Anfangs drinnen weil dieser auch so im TP-Uart verbaut ist. Problem ist: Was passiert wenn mehrere Teilnehmer auf dem Bus gleichzeitig senden? Dort muss die Untereschwelle natürlich angepasst werden das auch bei gleichzeitigen Senden n-Teilnehmer nicht die Resetschwelle der Geräte erreicht wird. Sollte man hierzu eventuell auch die Busspannung bzw. Resetschwelle mittels einer Komparator des uCs überwachen, sprich bei erreichen der RESET - Schwelle auch einen Reset auszuführen?


Danke für eure Hilfe


Gruß

David

Hallo David,

wir haben uns im Chat ja schon mal über das Thema unterhalten, wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig senden.
Mein Lösungsvorschlag war damals eine sog. Power-Z-Dioden Schaltung, die über zwei Transistoren den Strom der Z-Diode verstärkt, was aber mehr Bauteile bedeuten würde und daher von mehreren Personen SOFORT abgelehnt wurde.
Wenn also weiterhin Interesse an dieser Schaltung besteht, kann ich sie hier gerne mal posten. Bei mir läuft sie hier problemlos. Selbst bei einer konstanten Ansteuerung durch Absturz oder SW-Fehler geht nichts kaputt!!

Die Prinzipschlatung der Sendestufe ist auch in der EIB-Spezifikation angegeben. Wie auch beim TP-UART ist da jeweils von einer Konstantspannungsquelle mit Strombegrenzung die Rede. Der 68Ohm-Widerstand stellt hier die Strombegrenzung dar.

Zum Thema Spannung am Bus hatten wir es neulich auch mal im Chat.
Mein Vorschlag war hier, die Spannung über den ADC zu überwachen (wird eh gebraucht für die ETS-Deviceinformation) und sobald die Spannung unter die 18V fällt, die CPU in eine Warteschleife zu versetzen und zu warten, ob die Spannung wieder ansteigt. Wenn ja ->Neustart. Wenn nein->CPU ist dann eh weg.
Das hat auch den Vorteil, dass beim Erkennen von Unterspannung z.B. Daten ins EEPROM geschrieben werden können und die Schaltung kontrolliert runtergefahren wird.

@grobix:
Wenn ich mich recht Entsinne sagt die EIB-Spezifikation, dass bereits ein Spannungseinbruch von 0,3V als '0' erkannt werden muss, was eine ziemlich hohe Empfindlichkeit der Schaltung voraussetzt.
Duch einen Schaltungsfehler habe ich auf dem Bus einen Ripple von +/-0.4V erzeugt der dazu geführt hat, daß auf dem Bus garnix mehr ging. Kein Gerät hat mehr gesendet, weil der Bus als belegt erkannt wurde.

Gruß
Thomas

Hallo Thomas + David,

der beschriebene Ripple von 400mV, der den Bus als besetzt erschienen ließ - galt das "Besetzt" für Freebus Komponeneten oder EIB Komponeneten von zertifizierten Herstellern? Über einen Hinweis auf entsprechende EIB Bus Spezifikation wäre ich dankbar. Ich halte eine Empfindlichkeit von 400mV für etwas zu kritisch - aber Ok, auf einem sauberen Bus kommt sowas ja hoffentlich auch nicht vor. Auf Basis meiner Schaltungsmodifikation sollten 500mV bis max. 800mV an Störspannung noch verkraftet werden können - müsste ich konkret nochmal rechnen.

Übrigends, die "Brown out detection" (Unterspannungserkennung) des uC sollte sich natürlich NICHT auf die 35us Sendeimpulse beziehen, sondern die mittlere Busspannung bzw. Idle Spannung des Busses bewerten. Da ja auch Minimum 20V als akzeptable Busspannung zulässig ist, und durch die Eingangsdiode etc. weitere kleine Spannungsabfälle entstehen, erscheinen die vorgeschlagenen 18V als Triggerpunkt einer Brown out detection als vernünftig. Allerdings sollte der uC nach der 1. Messung mit U < 18V sofort nochmals messen (d.h. 40us nach 1. Messung), um Detection in 0-Impuls zu erkennen und auszuschließen.

Übrigends, Überlagerung zweier oder mehrerer 0-Impulse ist kein Drama - die Busspannung bricht dann halt weiter ein (geht zur Not auf 0V - schlimmer kann´s nicht werden). Da der rezessive Sender spätestens im letzen Bit seiner Adresse merkt, daß er aufgeben muß, läuft der Rest mit nur einem Sender ab. Wichtig ist, daß nach dem 35us 0-Impuls der Bus sich wieder auf seine Idle Spannung aufschwingt und im Mittel die Spannung zur Versorgung der angeschlossenen Komponenten ausreicht - was gegeben ist.

Meine hochgeladenen Schaltungsvarianten entsprachen leider nicht dem letzten Stand. Ich hatte noch eine Modifikation eingebaut, die zu kleine Busspannungen während des 0-Impulses bei sehr kleiner DC-Stromentnahme aus dem Bus (Busbelastung durch Versorgungsstrom der Komponenten) über eine interne Z-Diode in der Drosselschaltung vermeidet. Ferner sind einige Bauteile etwas knapper ausgelegt (aber immer noch ausreichend) und eine rückstellende PTC Sicherung in der Drossel hinzugefügt. Modifikationen sind nachfolgend angehängt.

Wer hat Freebus Komponenten und könnte die Schaltungen mal aufbauen und probieren???

Gruß

- Ingo -

Hallo grobix,

das Besetzt galt für original Jung-Busankoppler, für einen Merten-Busankoppler, und einem BIM113. Nur die Freebusschaltung hat gesendet.
Als Anlage der Auszug aus der SPec. Voltage Ua (Point A). Sogar -0.1V!!

Klar bricht die Busspannung ein. Aber am Bus hängen ja auch die ganzen Teilnehmer.
Ein kurzer Ausfall sollte über genügend Cs gepuffert werden können, aber nicht ein ganzes Oktet.
Eine Spannung unter 21V ist nicht zulässig. Unter 18V müssen die Geräte ihren Sende- und Empfangsbetrieb einstellen bzw., nicht aber einen Reset ausführen. Deswegen kann ja z.B. auch noch aktuelle Status gespeichert werden usw.

Eine Spannung unter 21V am Bus ist auf jedenfall zu vermeiden!

Gruß
Thomas

Hallo Thomas,

schöne klare Spezifikation - Danke. Minimum Spannungshub, der ein Startbit auslöst, ist demnach 0.7V bei Punkt A. Bei Punkt B ist das Ende des Signal-Impulses erreicht, daher ist laut Spec. alles zwischen min. -0.1 und -10.5V erlaubt (also Impuls soll noch erkennbar negativ gegen Idle Potential sein). Wenn also ein gültiger 0-Impuls nur -0.7V Spannungshub zu haben braucht (und nicht zwischen min. 3V und 9V liegen muß, wie ich irgendwo gelesen habe), hätte meine Schaltung ein Problem. Die möchte mindestens einen Hub von 2V (bzw. erfordert dies der P89LPC922 Eingangsport).

Die Bus DC Spannung von 21V lassen sich gut einhalten. Gemäß meinen Berechnungen liegt die "BUS DC voltage" (d.h. Bus Idle Spannung) bei einer DC Belastung meiner elektronischen Drossel von 640mA und Versorgung mit 24V bei genau 21V. Durch das Einfügen des Polymer PTC als Sicherungselement werden aber gute 300mV mehr benötigt. Also Versorgungsspannung etwas hochdrehen auf 25 - 26V sollte genügen.

Zu Deiner angesprochenen Pufferung der Bus Komponenten über Kondensatoren:
Hier meinst Du Kondensatoren am Ausgang des Schaltreglers oder? Am Bus sollte keine kapazitive Last angeschlossen werden, da dies die Flankensteilheit der Signale sowie den erreichbaren Spannungshub beeinträchtigt und hohe Strompulse für die Sendeschaltung bedeutet. In meiner letzten Version der überarbeiteten Grundschaltung ist für die Spannungsversorgung der am Bus angeschlossenen Komponente eine Induktivität 22mH mit nachgeschalteter Kapazität 220nF enthalten - die reicht völlig für die Pufferung eines Stroms bis mindestens 30mA für die 0-Impulse - und zwar beliebig viele normgerechte 0-Impulse hintereinander (wie in Deinem Bild angeben: pro 0-Impuls 35us Lo, 69us Hi).

Übrigends, den positiven Überschwinger bei Punkt D schafft meine elektronische Drossel natürlich nicht. Für meine Schaltungsvorschläge ist das kein Problem, für neuere EIB Bus Komponenten sollte es auch OK sein, evtl. gibt es für ältere Varianten mit eingebauten Drosseln ein Problem: Versuch macht klug!

Gruß

- Ingo -

Hi Ingo,

ob 0.4V oder 0.7V macht keinen großen Unterschied. Für einen Bus, der quer durchs Haus verlegt wird und dann auch noch in der Nähe von 230V-Leitungen liegt, finde ich Absenkung ziemlich gering.

Meine Empfangsschaltung sieht daher auch ein wenig anders aus als in der Grundschaltung:

Über C3 wird der DC-Anteil von V+ (EIB-Spannung) ausgekoppelt und mit R14 auf das VCC-Potential gelegt.
Ein neg. Impuls gelangt über R19 direkt an den µC (in meinem Fall ein Atmega168 mit 5V Versorgung!).
Durch die Clamp-Dioden im µC wird die Spannung auf die zulässige Höhe begrenzt, R19 dient lediglich als Strombegrenzung für die beiden Dioden.
Die 100nF gehen auch wesentlich geringer, wurden aber gewählt, um die Anzahl unterschiedlicher Bauteile zu verringern


Ja, na klar. Der Bus darf auf keinen Fall noch kapazitiv belastet werden. Ich hab zwar keine Messungen da, aber ich kann mir vorstellen, daß die verdrillten Leitungen auf längere Distanz schon einige Verzögerungen und Laufzeitverschiebungen auf dem Bus zur Folge haben. Leitungstheorie lässt grüßen

Der positive Überschwinger darf, muss aber nicht sein. In den Komponenten sind direkt an der Busklemme schnelle Surpressordioden mit 43V-Breakdownvoltage, die das ganze eh begrenzen.
Ausschlaggebend für die Höhe der Überschwinger ist einmal die Drossel im Netzteil aber auch die Raisetime zu Punkt B. Eine EIB-Komponente sollte sich nicht dran stören, wenn die Überschwinger weg sind. Sind halt ein Übel beim Einsatz von Drosseln.

Gruß
Thomas