S88-Booster und Optokoppler

[Serge Simon]

...ein Versuch mit Entstör- bzw. Entkopplerdioden versucht werden (Ring an der Diode in Richtung Kontaktgleis)

Hmm, hier stellt sich dem Techniker allerdings das Problem mit der genauen Formulierung.
Wenn ich mit meiner Annahme richtig liegen sollte, werden die Dioden in Reihe mit der RM-Leitung geschaltet?
In dem Fall ist Entstördiode aber der falsche Begriff. Damit wird lediglich ein Stromfluss in eine Richtung erzwungen und der Effektivwert der Spannung am Optokoppler wird dadurch mehr als halbiert.

Entstör- oder Transientendioden werden grundsätzlich parallel geschaltet.

Im Falle von Problemen durch Übersprechungen wegen über weite Strecken parallel verlegter Leitungen ist meines Erachtens ein Pullup- oder Pulldown-Widerstand (je nach System) die richtige Lösung.

Gruss und schönes Wochenende:
-Serge-

[Dr. Jürgen Martin]

Hallo Serge,

Hmm, hier stellt sich dem Techniker allerdings das Problem mit der genauen Formulierung.

Das Problem mit den Störschutzdioden ist im Forum in (ich weiß nicht wievielen Threads) behandelt worden. Es geht hier um Störsignale, die aus  welchem Grund auch immer, in die Rückmeldeleitungen gelangen.
Ich bin kein Techniker und schon gar kein Elektrotechniker. Aber ich denke, dass jeder weiss, was mit dem Begriff "Störschutzdioden"  im Zusammenhang  mit S88-Rückmeldemodulen gemeint ist. Wenn diese Formulierung technisch nicht einwandfrei sein sollte, bitte ich um Entschuldigung. Entscheidend ist, dass mit dem "in Reihe" (und nicht parallelen) Einbau dieser  Dioden (mit dem Ring an der Diode in Richtung Kontaktgleis) die Auswirkungen dieser Störeinflüsse nach allgemeiner Erfahrung erheblich vermindert werden. D.h. das Rückmeldemodul wird mit diesen Dioden gegen Störeinflüsse geschützt. Was liegt da näher, als diese Dinger "Störschutzdioden" zu nennen.   

In dem Fall ist Entstördiode aber der falsche Begriff.

Das mag sein. Aber wenn man dies als falschen Begriff bezeichnet, dann muss man auch den richtigen nennen und es nicht bei der  kritischen Aussage allein belassen.
Wie lautet denn nun der technisch einwandfreie richtige Begriff für  in-Reihe geschaltete Dioden, die verhindern, dass in den Rückmeldeleitungen vorhandene Störimpulse(?) (-einflüsse ?) aus der  Rückmeldeleitug in das Rückmeldemodul gelangen und dort einen falschen Kontakt(?), Impuls(?), Meldung(?) (mir ist der richtige terminus technicus nicht  bekannt) auslösen und diese  falsche Meldung über ein HSI oder direkt an die  Zentrale senden?

Im Falle von Problemen durch Übersprechungen wegen über weite Strecken parallel verlegter Leitungen ist meines Erachtens ein Pullup- oder Pulldown-Widerstand (je nach System) die richtige Lösung.

Dies ist nicht die Lösung des Problems, wie man in den vielen Threads zu diesem Thema nachlesen kann.

[Serge Simon]

Hallo Martin,

NEIN, meine Antwort sollte auf KEINEN Fall eine Kritik sein. Sorry wenn das so rüberkam, das war überhaupt nicht meine Absicht.
Und zu Entschuldigen brauchst du dich schon überhaupt nicht, wieso auch!?

Aber zurück zum Thema. Also wenn ein Pullup oder Pulldownwiderstand nicht funzt, dann haben die "Störungen" andere Gründe, welche auch immer.
Zu Spekulieren bringt hier jetzt nix.

Ich kenne die Litfinski Module nicht, da wir noch beim Gleise verlegen sind, wir planen aber diese auch einzusetzen.
Ich werde demnächst mal einige dieser Module bestellen und begutachten.
Hmm, kann vieleicht mal jemand hier posten welcher Optokoppler da benutzt wird.

Also mir sind nur wenige Optokoppler bekannt, welche unter 5mA Stromfluss durchschalten, und das ist jede Menge wenn dieser Strom alleine durch Störeinflüsse in die RM-Leitung induziert werden muss/soll.
Und wenn ich das jetzt im Nachhinein noch mal überlege, sind Pullup oder Pulldownwidestände ja eher bei CMOS oder TTL Eingängen erfordert. Bei Optokoppler eher selten anzutreffen.

Dass LDT einen kapitalen Fehler im Design gemacht haben soll kann ich mir auch nicht vorstellen.
Ich tippe bei solchen "Ghosts" eher auf miese Verlegung des S88 Bus.
Aber auch einen empfindlichen Bus kann man problemlos in "rauher" Umgebung einsetzen.
Es gibt viele und gute Möglichkeiten einen Bus störunempfindlicher zu machen.

Ich komme aus der Industrie, und wir setzen hier die unmöglichsten Bussysteme ein. Da muss man auch manchmal nachhelfen damit's Problemlos läuft

Gruss:
-Serge-

[Herbert Mak]

Hallo.

Falls es noch von Interesse ist dann brauchen s88 Rückmelder ohne Optokoppler keine zusätzliche Spannung.
Mit Optokoppler muss die Masseklemme ( in der Mitte ) mit irgend eine Spannung belegt werden.
Dioden braucht man auch nicht davor zu schalten weil der Optokoppler Eingangs seitig eine Leuchtdiode ist.
Man erhöht damit aber die Spannungsfestigkeit.
Ich habe +12 Volt von s88-Booster abgegriffen und drauf gelegt.
Alles funktioniert Einwand frei.

Schönen Gruss

[Serge Simon]

...mit irgend eine Spannung belegt werden

Das gilt aber jetzt nur für Märklin und Konsorten 

Gruss:
-Serge-

[Kalle]

Hi Serge,

Also mir sind nur wenige Optokoppler bekannt, welche unter 5mA Stromfluss durchschalten, und das ist jede Menge wenn dieser Strom alleine durch Störeinflüsse in die RM-Leitung induziert werden muss/soll.

bei mir ist es umgekehrt, ich kenne sehr, sehr viele die schon bei noch kleineren Stroemen schalten, ob voellig durchgeschaltet oder nicht bleibt dahingestellt.

Fakt ist, dass der "Lastkreis" des "Empfaengertransistors" oder Phototransistors, (evtl. auch Fotodioden) relativ sehr hochohmig ist. Dadurch bedingt genuegt schon eine sehr geringe Infrarotstrahlung der IR-Diode im Optokoppler um den Transistor entsprechend leitend zu machen. Durch die Reihenschaltung des hochohmigen Widerstandes, vermute mal so um die 10 Kiloohm und der CE-Strecke des Phototransistors ist eine Spannung am Kollektor schnell erreicht bei welcher die IC´s umschalten.

Nicht umsonst sind Industriebusse relativ niederohmig aufgebaut, groesstenteils dazu noch mit Differenzsignalbeschaltungen. Beispiele RS485, CAN, TCP/IP u. v. a.

Z. B. ist der USB relativ hochohmig aufgebaut. Obwohl mit Differenzsignalen betrieben ist er ab bestimmten Laengen, haengt auch von der Stoerumgebung ab, schon gegen Stoerungen empfindlich.

Theoretisch (und auch praktisch) koennte man die s-88 Ein- Ausgaenge auch mit Differenzsignalbeschaltungen versehen. Nur dann geht eben halt die "Billigkeit" dieser einfachen Schaltung floeten. Dann kostet eben ein s-88-Modul  mindestens das Dreifache und die Stromversorgung muesste auch nach oben hin, strommaessig und preismaessig angepasst werden. Geschwindigkeitsmaessig kein Problem.

Dazu noch einen kleinen Nachtrag: Bei hohen Schaltgeschwindigkeiten bewegen wir uns im Bereich der Hoch- bzw. Hoechstfrequenztechnik. Einige Beispiel-Worte als Hinweise - Kabel- und Schaltungs- Kapazitaeten, Skin-Effekt, Strombauch, Spannungsbauch,  Reflektionen im Kabelquerschnitt, Reflektionen an Kabelenden, Reflektionen an oder in Verbindungsstellen (fuerchterliche Sache), es ist dann noch lange nicht egal wo man die Signale an Leitungen abgreift.
Glaube, unser Betatester Markus H. weiss bestimmt noch mehr.
 

[Gian Bott]

Hallo Karl,

Einige Beispiel-Worte als Hinweise - Kabel- und Schaltungs- Kapazitaeten, Skin-Effekt, Strombauch, Spannungsbauch,......

...und ich dachte es gäbe nur den Bierbauch oder MeinenBauch  .

mit freundlichen Grüssen

Gian

[Kalle]

Hi Gian,

die kommen als "Stoergroessen" noch hinzu und verkomplizieren die Sache ungemein!   

[Kalle]

Hi,

eine Kleinigkeit habe ich vergessen. Riskiert man (oder frau) mal einen Blick auf das "Mama-Board" eines schnelleren PC´s sieht man schoene Muster von Leiterbahnen, vor allem um den Prozessorchip (-Traeger) herum. Gewiss haben die  Entwickler diese nicht der "Schoenheit" willens gemacht. Vergleicht man die Laenge der einzelnen Bahnen haben diese zumindest gruppenweise in etwa die gleiche Laenge. Dadurch verhindert man groessere Laufzeitunterschiede bei den digitalen Baugruppen- bzw. Chips und Modulen.
Kann ja jedermann selbst nachrechnen, "Strom" legt pro Sekunde ganz grob 300 Megameter zurueck, welche Strecke in einer Nanosekunde, eine Milliardenstel Sekunde?  Die Periodendauer eines Taktes betraegt dann erstmal nur 1 GHz. Klar ist auch, dass ein 6 GHz-Rechner nicht mit dieser Frequenz ausserhalb des Prozessorkerns hantiert, deshalb die Peripherie um den Prozessor herum ist dazu verhaeltnismaessig sehr langsam.

[Frank Mondorf]

Hallo zusammen,

der Wechselstrom Opto im 2-Leiter S88 LDT LTV844 300% CTR hat nominal einen sehr hohen Verstärkungsfaktor . Er ist jedoch kein Signaloptokoppler in Karls Sinne, sondern ein unverstärkter "Normalo". Deshalb ensteht eine Dämpfung des Übertragungsfaktors zunehmend mit der "Frequenz" des Digitalsignals. Auf unserer Anlage erreicht er beim normwertigen DCC-Signal ein sicheres Durchschalten des Logikbausteins erst ab ca 3 mA Diodenstrom. Bedeuted für mich: Letztendlich ist die Empfindlichkeit in diesem Falle sehr stark von der Digital-Frequenz bzw. der Signal-Form abhängig. 

Transistoren oder "Comperatoren" arbeiten wesentlich schneller und dadurch empfindlicher, meist so empfindlich, das sie bei der Verwendung als Stromfühler zwecks Ignorieren unbedeutender Stromimpulse durch Widerstände und/oder Zeitglieder gebremst werden müssen. Was dann aber die Schaltung aufwendiger macht.

Was mich noch interessieren würde, wieso erreicht man mit Pulldown an Masse eine Störungsfreiheit?

Zumindest bei der Datenleitung des S88 ist des Ausgang des Scheiberegisters direkt mit dem Eingang des Registers des nächsten S88 Modul verbunden. Kann man nicht davon ausgehen das die Schieberegister einer TTL oder CMos IC-Reihe vom Hersteller optimal aufeinander abgestimmt sind, so das hier Pulldowns allenfalls verschlimmbessern?

Viele Grüße
Frank

[Kalle]

Hi Frank,

....sondern ein unverstärkter "Normalo".

waere schlimm, wenn der auch noch richtig verstaerken wuerde.

Was mich noch interessieren würde, wieso erreicht man mit Pulldown an Masse eine Störungsfreiheit?

Spannungsteiler: 10 kOhm nach Plus in Reihe mit dem "Gummi-Widerstand" (grosser Streubereich) des Phototransistors nach Minus (GND). In der Mitte Abgriff zum C-Mos-IC-Eingang.

Nehme an, der Pull-Down-Widerstand geht von der Mitte nach Minus, liegt also parallel zum "Gummi-Widerstand". Also ziehe ich das Potential in der Mitte Richtung Minus oder GND.

Obwohl die C-Mos-IC´s seit langem sehr steilflankig arbeiten, einen gewissen Analog-Bereich durchfahren diese auch, gerade bei niedrigen Versorgungsspannungen. Je hoeher die Versorgungsspannung umso schneller wird der Bereich durchfahren, d. h. Flankensteilheit steigt und die Grenzfrequenz erhoeht sich auch.
Ein bischen des Uebrigen tut noch der Kondensator in der Eingangsbeschaltung des C-Mos-IC´s. Dieser haelt laesst die Spannung langsam ansteigen und absinken. Um den sog. Schwellwert (auch nicht sehr praezise) des C-Mos-IC´s herum genuegt schon eine winzige positive Spannungserhoehung um den Eingang wieder nach "High" zu bringen.

C-Mos-IC´s der ersten Generation, sog. A-Typen eigneten sich wegen der insgesamt geringeren Flankensteilheit sehr gut als Analog-Verstaerker, gibt´s gottseidank zumindest als Digitalbauteile nicht mehr.

Habe mal versucht es einfach zu beschreiben, eigentlich ist die Sache noch komplizierter da C-Mos-IC´s beim Umschalten grosse Stroeme fliessen lassen, wenn auch im µs oder ns - Bereich. In den Endlagen Low bzw. High fliesst kaum Strom - pA oder nA, deshalb betrachtet man diese Ansteuerung allgemein als leistungslos, nur die Schaltmomente "fressen Strom", deshalb sind bei C-Mos-IC´s auch Pufferkondensatoren nahe bei den IC´s nicht zu vernachlaessigen oft noch wichtiger als bei TTL.

Uebrigens, es gibt auch Optokoppler bei denen die Basis jedes Phototransistors herausgefuehrt ist. Dadurch ist es moeglich durch zusaetzliche Widerstandsbeschaltung die gewuenschte Wirkung herbeizufuehren.  Leider brauchte man dann ein paar Kaefer mehr, kostet auch mehr usw.

Moeglich waere auch die Verwendung von Optokopplern mit unipolarem LED-Eingang. Dazu antiparallel eine simple Diode wegen der niedrigen Sperrspannung. Bleibt nur das Problem der Polaritaet in der vorhandenen Schaltung ob diese wie gewuenscht richtig ist oder falsch. Soweit ich weiss sind die LED-Anordnungen in den Gehaeusen kaum waehlbar oder das Layout der Platine muesste geaendert werden.

Und noch ein kleiner Nachtrag: Komparatoren haben um ihren Schwellwert auch ein analoges Verhalten, wenn auch im mehr oder weniger grossen Millivolt (mV)- Bereich. Daher ist es nicht falsch die richtige Dimensionierung des Opto in Verbindung mit dem Komparator entsprechend dem Einsatzzweck zu waehlen. Ist immer nicht ganz einfach, vor allem wenn die Spannungen oder Stroeme sich relativ langsam aendern, sei es analog mit sauberen Signalen oder durch variable Impulse. Und bei der MoBa ist sowieso nicht alles so einfach, auch fuer die Hersteller nicht, vor allem wenn´s moeglichst billig sein soll.

[Frank Mondorf]

Hallo Karl,

waere schlimm, wenn der auch noch richtig verstaerken wuerde.

Bei dem , meinte ich den Stromsensor der den bei Opto-Belegtmelder an der antiparallelen Doppeldiodem vorbei fließenden Strom detektiert. Trotzdem Danke für den Tip zur Eingangsbeschaltung.

ich habe vor eine CMos-Logik (TTL-Grab mit TI4000 max 30V CMossen 12V Versorgung) mit 14 Bausteinen auf einer Platine zu bauen. Bin davon aisgegangen, das ich keine Beschaltung zwischen den Ein/Ausgangen der Bausteine zueinander brauche.

Ment Du,  hier liege ich jetzt letzendlich falsch ?
Danke Frank

[Kalle]

Hi Frank,

ob Du falsch liegst oder nicht kann ich nicht beurteilen. C-Mos-Bausteine sind allgemein schon tolerant, haben aber auch ihre teuflischen Tuecken.
Was mich interessiert TI4000er mit 30 V ? - LINK?
Bei mir war allgemein bei der 4000er/4500er Reihe 18 V max. und bei hoher Frequenz die Verlustleistung schon sehr gross.

Innerhalb einer Bausteinfamilie kannst die Ein- und Ausgaenge ohne weiteres verbinden. Ein C-Mos-Ausgang kann schon eine Menge C-Mos-Eingaenge treiben, zwar nicht unendlich viele, im allg. so um die 50. Genaueres vermitteln die Hersteller-Spezifikationen. Im Normalfaellen duerften keine Probleme auftreten, hoechstens bei parallel laufenden Logikkanaelen welche irgendwann mal zusammen gemeinsame Speichergatter in Verbindung mit vorgeschalteter Logik ansteuern, dann muesstest das Timing - Laufzeiten der einzelnen Logikgatter in den Kanaelen beruecksichtigen und evtl. den entsprechenden Logikkanal oder die Logik-Kanaele entsprechend durch Hinzufuegen von Gattern oder Verzoegerungsgliedern verzoegern.
Aber trotzdem, einfach mal aufbauen, wird schon funktionieren.

[Frank Mondorf]

Hallo Karl,

hast recht, nominal 18V. Es ist die CD 4000 Reihe.

Beim Eingang (NAND mit Schnitt-Trigger an Hall-Sensor-IC) werd ich wohl sehr aufpassen müssen, dass der nicht strauchelt.

50 kling sehr beruhigend, brauche max 8, meit nur 1 bis 2.

Die Logik und Zeitfolge ist recht trivial und habe ich gecheckt, deswegen auch recht viele Gatter.
Ich fand es einfach schöner, in diesem einen Fall mal Logik zum Anfassen zu bauen, als zu programmieren. Wirtschaftlich ist das nicht mehr. Es soll ein Magnet-Code-Scanner für H0-Strassenbahnen werden.

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cd4011b.html

Beruhigt mich, das Du meinst das es klappern wird, und verstehe das jetzt mit dem hohen Strom beim Pegel-Wechel.
Wahrscheinlich brauchen deswegen schnelle CPUen und Rams auch mehr Strom.

Danke und Grüße und Gute Nacht
Frank

[Kalle]

Hi Frank,

Beim Eingang (NAND mit Schnitt-Trigger an Hall-Sensor-IC) werd ich wohl sehr aufpassen müssen, dass der nicht strauchelt.

Hall-Ic´s haben meist einen OC-Ausgang. Pullup 4,7k bei 12 V dran und den Ausgang wie am s-88 mit R 10k und C 10 nF an den C-Mos-Eingang. Bei den MoBa-Geschwindigkeiten ist eh alles nicht sooo kritisch und wenn der Haller Magnetfeld sieht oder vermisst schaltet er eh praktisch schlagartig um.

Hatte um ´81 oder ´82 im letzten Jahrtausend so einen Zugtypen-Scanner mit Reedkontakten auf 5 V-Standard-TTL-Basis gebaut. Magnete oben und unten in geschlossenen Waggons in entsprechenden Kombinationen angeordnet. Somit konnte man 16 Zugtypen unterscheiden fuer automatische Gleis-Zuordnungen in 4 Schattenbahnhoefen samt Umfahrungen bei besetzten Gleisgruppen - inkl. dem Zug ohne Magnete. Funzte auch. War nur´ne Wahnsinnsloeterei und Verdrahterei da alles auf Digital-Lochraster aufgebaut. Da hatte man was "in den Haenden".
Strom haben die Schaltungen auch "gefressen". Kaeme heute im Traum nicht mehr auf solche bekloppte Idee mit Einzelbausteinen so eine Schattenbahnhofsteuerung aufzubauen - na ja, WDP gab´s ja noch nicht und etwas juenger war man auch.  Kompjuder fuer "zu Hause" gab´s ja kaum oder waren einfach nicht zu bezahlen und irgendeine blasse Ahnung von den Dingern hatte ich damals sowieso nicht.