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Schutzschaltung für einen Logikanalysator


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Schutzschaltung für einen Logikanalysator

In Logikanalysator mit FX2LP wurde ein einfacher Logikanalysator vorgestellt, der mit frei verfügbarer Software an einem PC betrieben werden kann.

Allerdings ist die Eingangsschaltung des Logikanalysator für ein Messgerät ungeeignet.

Die Eingangsschaltung kann durch eine Schutzschaltung ergänzt werden.

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Bild 1: Prinzip der Schutzschaltung

Die Schutzschaltung in Bild 1 ist im Prinzip einfach:

  • Vor jeden Eingang des Logikanalysators wird das Gatter eines 74HC4050 geschaltet.
  • Der Eingang eines 74HC4050 kann mit bis zu 15V betrieben werden.
  • Vor jedem Gatter des 74HC4050 liegt ein Schutz dieses Eingangs.
  • Der Widerstand R2 begrenzt Ströme bei fehlerhaften Eingangsspannungen.
  • Der Kondensator C1 überbrückt R2 für höhere Frequenzen.
  • Die Diode D2 begrenzt über eine Z-Diode mit 12V die positive Spannung am Eingang.
  • Die Diode D3 schützt vor negativen Eingangsspannungen.
  • Der Widerstand R1 legt einen offenen Eingang an 0V und erzeugt eine logische 0 bei offenem Eingang.
  • Die Diode D2 isoliert den Eingang von der Z-Diode. Die Dioden aller Eingänge werden auf eine gemeinsame Z-Diode gelegt werden.
  • Die Diode D1 legt an die Z-Diode etwa die Betriebsspannung. Dadurch fließt bei Eingangsspannungen bis 5V kein Strom über die Diode D2.
  • Der Spannungsregler LP2959-3.0 stellt die Betriebsspannung des 74HC4050 auf 3V. Dadurch wird der Eingang des Logikanalysators bei einer 1 am Eingang soweit reduziert, dass die Schutzschaltung des Logikanalysators nicht anspricht.
  • Bei 3.0V liegen die Pegel des 74HC4050 optimal für die gängigen TTL- und CMOS-Familien.
  • Die LED1 bildet mit dem Widerstand R3 eine Grundlast für den Spannungsregler.

Die Schutzschaltung

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Bild 2: Schutzschaltung

Die Schutzschaltung ist für acht Eingänge ausgelegt. Dafür sind zwei 74HC4050 nötig. Die Widerstände an 0V liegen in einem Widerstandsnetzwerk und die Dioden in Diodennetzwerken.

  • Die 74HC4050 stellen sicher, dass Spannungen an den Eingängen den Logikanalysator nicht beeinflussen.
  • Auch wenn keine USB-Verbindung besteht.

Der Zustand von Anschluss 1 wird über die LED1-1 angezeigt.

  • Die LED1-1 leuchtet, wenn am Anschluss 1 eine logische 1 anliegt, bzw, der Pegel High ist.
  • Bei offenem Eingang ist sie aus.

Der GND-Anschluss des Eingangs ist gegen den GND des USB-Anschlusses durch eine rückstellende PTC-Sicherung von 0,25A gesichert.

  • Eine Verwechslung der GND-Eingänge mit einem Messeingang hat damit keine fatalen Folgen.

Die Ausgänge E1 bis E8 werden an die entsprechenden Eingänge des Logikanalysators angeschlossen.

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Bild 3: Stromversorgung

Die Stromversorgung wird dem USB-Anschluss entnommen. Der LP2050-3.0 stellt die Betriebsspannung der 74HC4050 auf 3,0V. Eine LED zeigt das Anliegen der Spannung von USB an.

Die Z-Diode 1.5KE12 kann bis 5W belastet werden. Es ist eine Suppressor-Diode, die etwa den gleichen Preis wie eine ZD12 hat, aber zuverlässiger ist. Damit können die Eingänge wirkungsvoll geschützt werden.

Die Anschlüsse der USB-B-Buchse werden an Lötanschlüssen (VBUS, D-, D+, ID, GND, Shield) für den Logikanalysator bereitgestellt.

  • Die Suppressor-Diode 1.5KE12 ist wichtig.

Aufbau

Der Aufbau der Schutzschaltung ist wesentlich größer als der Logikanalysator. Um den Preis zu drücken, haben die Hersteller auf notwendige Schutzmaßnahmen verzichtet.

SMD

Die meisten Bauelemente sind Standard-Bauelemente im 2,54mm-Raster.

Die Kondensatoren C1 bis C8 sind SMD-Bauelemente, die von der Unterseite eingelötet werden.

Die USB-B-Mini-Buchse wird auf der Oberseite mit einer Adapter-Platine eingesetzt. Diese Platine ist im Layout integriert dargestellt. Der Rahmen und die Anschlüsse sind bezeichnet. Vier Anschlüsse werden über Stifte mit der Platine verbunden. Die Anschlüsse D-, D+ und ID werden unmittelbar mit den Leitungen zur Logikanalysator-Platine verbunden. Die Stifte sind im Layout und der 3-D-Darstellung gut zu erkennen.

Gehäuse

Die Schutzschaltung wird am besten zusammen mit dem Logikanalysator in ein Gehäuse eingebaut.

Gehäuse werden in vielen Varianten angeboten. Leider passen die meisten nicht unmittelbar :-(

Wir brauchen ein Gehäuse, in das sowohl der Logikanalysator als auch unsere Patine mit der Schutzschaltung passen. Es sollte einen transparenten Deckel haben, weil wir dann keine Bohrungen und Befestigung für die LEDs brauchen.

  • Die Platine ist 72x43x15mm³ groß.
  • Der Logikanalysator 55x28x15mm³.

Das Gehäuse sollte den Logikanalysator und die Platine nebeneinander aufnehmen können.

  • Ein Gehäuse mit z.B. 120x90x50mm³ reicht, um die Platine der Schutzschaltung, den Logikanalysator und die Verbindungen unterzubringen.

USB

Eine USB-B-Mini-Buchse ist ein kleines SMD-Teil, das nicht auf eine Lochrasterplatine passt. Am besten wird ein Adapter verwendet, der wie oben beschrieben, auf die Platine gesetzt wird.

Das USB-Kabel zum Logikanalysator wird abgeschnitten und die Leitungen mit den USB-Anschlüssen auf der Platine verbunden.

Die Leitungen für D-, D+ und ID werden unmittelbar mit den Anschlüssen des Adapters verbunden. Die Leitungen VBUS, GND und Shield werden mit Lötanschlüssen der Lochraster-Platine verbunden.

Messeingänge

Die Messeingänge liegen links auf dem Pfostenstecker J1. Der Pfostenstecker wird durch eine Aussparung im Gehäuse nach außen geführt.

Die Belegung des Steckers weicht von der des Logikanalysators ab.

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Die Bezeichnungen der Leitungen stimmen mit der von PulseView überein. Der Zustand der Leitung D0 wird durch die LED1-1 angezeigt.

LED

Die LEDs sind in einem Gehäuse ohne transparentem Deckel nicht sichtbar. Die müssten ebenfalls über flexible Leitungen verbunden werden. Die LEDs der Schutzschaltung ersetzen die des Logikanalysators.

Befestigung der Platine

In der Platine sind Bohrungen zu Befestigung vorgesehen. Sie wird mit Abstandhaltern und Schrauben im Gehäuse befestigt. Für den Pfostenstecker für den Eingang und den USB-Stecker sind Aussparungen notwendig. Die Platine ist so zu befestigen, dass sowohl der Pfostenstecker als auch der USB-Stecker durch eine Aussparung im Gehäuse nach außen geführt werden.

Layout

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Bild 4: Layout der Schutzschaltung
Schutz_Logikanalysator-brd-Top-3D_s.png
Bild 5: Schutzschaltung von oben in 3D
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Bild 6: Schutzschaltung von unten in 3D