Entstörung bei langen Zuleitungen bei CMOS Eingang

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,
ich arbeite mit CMOS Schaltungen (Logische Gatter) und µControllern mit hochohmigen Eingängen. Die Zuleitungen zu den Eingängen sind oft recht lange (cm bis mehrere Meter). Es werden über diese Leitungen digitale Signale mit etwa 1kHz übertragen. Öfters kommt es vor, dass Störungen in der Umgebung (z.B. Ein-und Ausschalten von Induktivitäten) zu Störimpulsen an den Eingängen führt.

Meine Frage(n) nun:
Welche Werte müssen RC Glieder am Eingang haben, um die Störimpulse zu unterdrücken. Reicht ein Längswiderstand und ein Kondensator am Eingang auf Masse gezogen aus ? Muss parallel zum Kondensator noch ein Widerstand. Ich hab’s bislang mit 100 Ohm Längswiderstand und 100nF Kapazität direkt dahinter (und direkt am Eingang der CMOS-Pins)auf Masse gezogen. Aber die Störungen kommen nach wie vor über die Leitung aus der Umgebung.

Vielen Dank für jeden Tipp
Mike

#2

Hallo,
Du könntest

  • statt des Längswiderstands eine Drossel einsetzen.
  • eine abgeschirmte Leitung verwenden
  • Treiber niederohmiger machen
  • die 100nF sind zu groß, besser nur etwa 1nF verwenden
  • Keramikkondensator verwenden, falls noch nicht geschehen
  • Schmitt-trigger am Eingang verwenden
  • Signal größer machen (höhere Spannung am Treiber, Spannungsteiler am Eingang)
  • Masseverlauf betrachten, ggf. Masse anders führen
  • Leitung verdrillen
  • Leitung von der Störquelle weg verlegen
  • sicherstellen, dass es kein Problem der Spannungsversorgung ist
    So mal als Tips aus der Ferne.
    Gruß
    loderunner
#3

Hallo Mike,

ich würde folgendes vorschlagen, aber gurndsätzlich ist Entstörung ein Problem, bei dem man viel ausprobieren muss:

  1. deine Eingänge sind ja hochohmig, also kannst du ruhig Längswiderstände im Bereich 1 - 100 kOhm verwenden. 100 Ohm nimmt man für impedanzkontrollierte Leitungen wie USB.

  2. Die Störungen sind oft grösser als die Versorgungsspannung, daher sollte man sie mit 2 Dioden nach GND und VCC oder mit einer Zenerdiode begrenzen - Voraussetzung ist Punkt 1. Bei CMOS sind Klemmdioden oft schon am Eingang vorhanden, siehe Datenblatt.

  3. Je grösser der Kondensator wird, desto flacher werden die Flanken am Eingang, was für die Störsicherheit generell nicht gut ist, es sei denn, der Eingang hat Schmitt-Trigger-Charakteristik. Ausserdem kommst du irgendwann natürlich in den Bereich, wo du deine gewünschten 1 kHz ausfilterst, aber bis dahin kannst du ja mal probieren.

Kommst du damit nicht zu einem brauchbaren Ergebnis, so must du deine Übertragungsleitungen anders auslegen, z.B. der Quelle einen Transmitter (RS485, LVDS,…) nachschalten und verdrillte Adernpaare verwenden. Oder Lichtleiter, wenns ganz dick kommt, dann kann auch der Blitz einschlagen.

Gruss Reinhard

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#4

Habe bei TTL zwischen Tiefpass und TTL-Eingang gelegentlich Schmitt-Trigger eingefügt (z.B. 2x 74xx14), zur Vergrößerung der Eingangshysterese. Weiß aber nicht, ob das bei deinen CMOS auch Sinn macht bzw. nötig ist ?

Sonst hätte ich über den Daumen empfohlen, einen 4,7 nF Kondensator nahe am CMOS Eingang nach Masse und in die Zuleitung einen 10k Widerstand. Die Grenzfrequenz des Filters ist dann bei ca 4 kHz und sollte deine Nutzsignale nicht beeinträchtigen.

Als Overkill kannst du parallel zum 4,7 nF noch einen 100 pF legen (ganz nahe am CMOS Eingang). Bringt aber wenig.

Ansonsten noch die CMOS´s sauber versorgen, also z.B. sternförmige Masseversorgung und Kondensatoren an die Versorgungseingänge.

#5

Anmerkung
Hallo,

Sonst hätte ich über den Daumen empfohlen, einen 4,7 nF
Kondensator nahe am CMOS Eingang nach Masse und in die
Zuleitung einen 10k Widerstand. Die Grenzfrequenz des Filters
ist dann bei ca 4 kHz und sollte deine Nutzsignale nicht
beeinträchtigen.

Das Nutzsignal ist ein 1kHz-RECHTECK. Da kann bei 4kHz Grenzfrequenz schon einiges in die Hose gehen, weil der dann schon ziemlich verbogen wird.
Aber: ausprobieren.

Als Overkill kannst du parallel zum 4,7 nF noch einen 100 pF
legen (ganz nahe am CMOS Eingang). Bringt aber wenig.

Kommt auf den 4,7nF an. Wenn das ein Folienkondensator ist…

Ansonsten noch die CMOS´s sauber versorgen,

Auf jeden Fall.

also z.B. sternförmige Masseversorgung

Wozu das?

und Kondensatoren an die Versorgungseingänge.

Das sollte man immer.

Gruß
loderunner

#6

@loderunner

Ja, kann die Anmerkungen weitestgehend bestätigen.

Zur sternförmigen Masseversorgung: Da ich kein Layout-Experte bin, war das eher ein Tip aus dem Bauch raus…

Wirklich wichtig ist das glaub ich bei High-Speed-Logik Schaltungen mit synchronem Takt. Der Vorteil ist, dass man im ganzen System das weitgehend gleiche Masse Potential hat, während bei einer Masseversorgung, bei der alle Verbraucher nacheinander an einer Masseleitung hängen, dann lokale Bereiche entstehen können, wo man einen Masseversatz erhält.

Ich glaube sehr gut ist auch (bei mehrlagiger Leiterplatte), eine komplette Lage nur als GND zu verwenden.

Was hättest du für die Masseversorgung empfohlen?

#7

Zur sternförmigen Masseversorgung: Da ich kein Layout-Experte
bin, war das eher ein Tip aus dem Bauch raus…
…
Ich glaube sehr gut ist auch (bei mehrlagiger Leiterplatte),
eine komplette Lage nur als GND zu verwenden.

Hallo,

sternförmige Masse ist wichtig bei Mess-Schaltungen, damit kein Masseversatz durch Spannungsabfall in die Messung eingeht (daher sind insbesondere die Bezugsleitungen des jeweiligen Messkanals sternförmig am zentralen Massepunkt anzuschliessen). Für Digitalschaltungen ist eine induktivitätsarme Masse wichtig, was eher gegen sternförmig spricht.

Eine Masselage ist fast immer optimal, aber in einem normalen Haushalt lassen sich Multilayer nur schwer herstellen.

Gruss Reinhard

#8

Volle Zustimmung! (owt)
nix sonst