S PHI lmtb

Coupler Levelshifter-Board P3A03A11
IPA 2003






Lukas Lanzendörfer

April/Mai 2003

Date of release: may 14th. 2003

---

S PHI

Inhaltsverzeichnis

Arbeitstechnische

Dokumentation:

Seite 2

Vorwort Seite 3

Aufgabenstellung Seite 4

Zeitplan ­ Übersicht Seite 5

Projektunterteilung Seite 6

Detail-Zeitplanung Seite 7

Vorwissen Seite 8

Meilensteine Seite 8

Projektablauf Seite 9

Arbeitsjournal Seite 10

Berechnung der Projektkosten Seite 14

Schlusswort Seite 14

Technische

Dokumentation:

Seite 15

Spezifikationen Seite 16

Schema Seite 17

Erläuterungen zum Schema Seite 18

Layout Seite 19

Top-Layer Seite 19

Bottom-Layer

Seite

19

Erläuterungen zum Layout Seite 20

Bauteile und Kosten Seite 21

Messprotokoll Seite 22

Messwerte Seite 23

Datenblatt Seite 24

Anschlussbelegung Seite 24

Schalterstellungen

Seite

24

Betriebskonditionen Seite 24

Durchschalt-Verzögerungszeiten

Seite

25

AC-Charakteristik

Seite

26

DC-Charakteristik

Seite

26

Anhang Seite 27

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 1

---

S PHI

Arbeitstechnische Dokumentation

2003

Date of release: May 14th. 2003

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 2

---

S PHI

Vorwort

Obwohl ich weder das erste Mal messe noch layoute, bin ich doch ein bisschen nervös auf das

was nun kommen wird. Das ist wohl völlig natürlich, geht es doch nun ums Ganze und

entscheidet wesentlich über die Qualität meines Abschlusses.

Ich habe bis jetzt wenig Erfahrung darin, ein Projekt von A bis Z alleine zu bewältigen. Bei den

bisherigen Arbeiten, die ich hier in der Philips ausführte, war ich lediglich eine Zwischenstation

auf dem Weg zum fertigen Produkt. Auch hatte ich die bisherigen Arbeiten auch praktisch nie

gross dokumentiert, was nun also wieder ein Novum darstellt.

Anderseits habe ich im Regionalen Ausbildungszentrum eine gute Grundausbildung genossen,

und auch hier im Betrieb einiges gelernt, was ich jetzt auch gern unter Beweis stellen will.

Ich hoffe, dass ich während meiner IPA Prüfungszeit nicht auf unüberwindbare Probleme

stossen werde und wünsche mir selber viel Glück dabei.

Lukas

Lanzendörfer,

2.

April

2003

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 3

---

S PHI

Aufgabenstellung

Voraussetzungen:

Es ist ein Interface für die PXI-Schnittstelle zu erstellen. Da bei den bisherigen Interfaces immer

wieder Störungen aufgetreten sind, die die PXI-Seite auf die Seite des Evaluation-Boardes

ausgeübt haben, sollte die beiden Seiten des Interfaces von einander galvanisch getrennt

werden. Die Übertragung soll so schnell als möglich sein und da die Ausgangsseite

verschiedene Pegel unterstützen muss, sollte der Ausgang auf der Seite des Evaluation-

Boardes mit einem Levelshifter gebuffert werden.

Der Geschwindigkeit wegen wurden statt der am Anfang bevorzugten Optokoppler digitale
Koppler verwendet

.

Vorarbeit:

Ich werde vor dem Prüfungsbeginn das Schema entwickeln und es mit Herrn Riedo auf Fehler

überprüfen. Einzelne Footprints stammen von der IPA2002 von Markus Bärtschi, sind also

bereits vorhanden. Andere wiederum werde ich selber anfertigen müssen.

Prüfungsarbeit:

Während der mit Herrn Riedo vereinbarten 96 Stunden Prüfungsdauer führe ich folgende

Arbeiten aus:

Das Layout wir mit der CAD-Software Protel98 erstellt. Ebenfalls kümmere ich mich um die

fristgerechte Bestellung der im Betrieb nicht vorhandenen Komponenten. Nach Fertigstellung

des Layout geht der Print in Produktion, wodurch eine Zwangspause von zwei Arbeitswochen

entsteht. Nach der Lieferung des Prints wird dieser bestückt und anschliessend ausgemessen

und, sofern möglich* , in Betrieb genommen. Während der ganzen Zeit der Prüfungsarbeit

werde ich an der Dokumentation schreiben und sie laufend erweitern und vervollständigen.

* erfordert einen Adapter, der bisher noch nicht produziert wurde.

Infrastruktur:

Benötigt werden:

- Computer-Arbeitsplatz mit WindowsNT/2000 und Office-Programmen (Word, Excel)

- Internetanschluss für die Datenbeschaffung der Komponenten

- Protel EDA-Client98 CAD-Software zur Layouterstellung

- Ein Werkarbeitsplatz zum Bestücken des Prints

- Ein Messarbeitsplatz mit div. Messgeräten sowie Mehrfach-Speisegeräte.

Name der Arbeit:

P3A03A11

Jahrgang:

P

für

Print,

3

für

2003

Hauptgruppe:

Adapterprint

Untergruppe:

Anderes/Übriges

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 4

---

S PHI

Zeitplan - Übersicht

Soll:

2. April

3. April

4. April

9. April

10. April

11. April

7. Mai

8. Mai

9. Mai

14. Mai

15. Mai

16. Mai

Ist:

2. April

3. April

4. April

9. April

24. April

7. Mai

8. Mai

9. Mai

14. Mai

2. WOCHEN PRINTHERSTELLUNGSPAUSE

Vorbereitung der Dokus und Überprüfen der Footprints

Bestücken

Layout

Ausmessen

Erarbeiten der Dokumentation

Reserve

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 5

---

S PHI

Projektunterteilung

In diesem Abschnitt möchte ich auf die Inhalte der im Zeitplan etwas grob formulierten Punkte

eingehen. Dies soll einen Eindruck auf die zu erledigenden Aufgaben geben.

Planen:

Die Planung steht vor allem am Anfang an. Zu ihr gehört als erstes mal die Erstellung eines

Zeitplans. Ebenfalls dazu gehört die Überprüfung aller von Drittpersonen übernommenen

Angaben wie vorgefertigte Footprints und Schemasymbolen, wie auch die Überprüfung

spezieller Komponenten. Das eigene Schema sollte nun aus einer über das Wochenende

gewonnener Distanz nochmals differenziert und genau angeschaut werden. Spezielle

Aufmerksamkeit erfordert die Überprüfung der Pinkonfigurationen. Zum Planen gehört auch die

rechtzeitige Bestellung der benötigten Komponenten. Nachdem sichergestellt ist, dass alle

Angaben stimmen, kann mit dem Layout begonnen werden.

Layout erstellen:

Schema, Layout, sowie alle Komponentenbibliotheken werden im CAD-Programm Protel98

erstellt. Dies hat den Vorteil, dass man direkt aus dem Schema mittels der sog. Netlist die

Komponenten mit ihren Verdrahtungen ins Layout übernehmen kann. Die Komponenten sollten

nun so vernünftig als möglich plaziert werden, um unnötiges Kreuzen der Leiterbahnen und

damit unnötige Durchkontaktierungen zu verhindern. Wichtig ist es auch zu beachten, dass die

Spannungsversorgungen genügend breit sind. Dies ist nicht nur wegen der Stromdichte und der

dadurch entstehenden Temperatur wichtig, es macht die Versorgung auch störungsresistenter.

Auch die GND-Planes sollen aus obig genanntem Grund so gross wie möglich sein. Die

Signalbahnen sollten parallel nicht zu nahe beieinander verlaufen. Dies ist wegen den

steigenden Kapazitäten und der dadurch resultierenden Störspannungen bei hohen Frequenzen

wenig vorteilhaft. Nach Möglichkeit gilt es, einen Teil des GND-Planes dazwischen zu legen.

Nach der Vervollständigung des Layouts werden die Daten ,,gegerbert", d.h. maschinen-

kompatibel gemacht und anschliessend, da wir den Print nicht selber herstellen, in die

Produktion auswärts gegeben.

Bestücken:

Um eine langfristige Funktion sicherzustellen ist es wichtig, auch diesen Teil der Arbeit sehr

genau zu erledigen. Die Temperatur des Lötkolbens ist entscheidend. Das Lot schmilzt bei

183°C, zu hohe Temperaturen zerstören die Struktur des Zinns und führen manchmal dazu,

dass sich das Pad vom Print löst. Ich arbeite bei 280 ... 320°C, dies gewährleistet eine saubere

Lötstelle, jedoch auch einen guten Fluss des Zinns. Man sollte schon beim Layout daran

denken, beim GND-Plane Wärmefallen einzubauen, sonst ist man beim Bestücken dazu

gezwungen, hohe Temperaturen zu verwenden. Bei den IC′s sollte man (natürlich!) auf die Pin1-

Markierung achten. Die restlichen Bauteile des Prints sind nicht polarisiert und deshalb

unkritisch.

Messen / Testen:

Zuerst werden die Messparameter festgelegt. Genauere Angaben hierzu finden Sie in der

Messtabelle. Anschliessend wird die Funktion und die zu erwartenden Messwerte überprüft.

Achtung: Immer daran denken, vor dem Messen die Messsonden abzugleichen!

Dokumentation:

Die Dokumentation beansprucht in meiner Zeitplanung über einen Drittel der Gesamtzeit. Sie

besteht aus einem Arbeitsjournal, in welchen ich jeden Tag über Fortschritte und Rückschläge

Buch führe. Die geleisteten Arbeiten werden dokumentiert und technische Unterlagen

angefertigt. Am Schluss der IPA werde ich zudem noch die Kosten für das Projekt abschätzen.

Die Dokumentation ist der offensichtlichste und für das Produkteverständnis der wichtigste Teil

der Arbeit. Deshalb sollte sie in einem ansprechenden Design daherkommen. Das fördert

meiner Meinung nach nicht nur die Übersicht, sondern auch das Interesse und Verständnis.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 6

---

S PHI

Detail-Zeitplanung

Mit den dazugehörenden Soll- und Ist-Werten

Woche

14

15

16

17

18

19

20

Tag

2.4.

3.4.

4.4.

9.4.

10.4. 11.4. 16.4. 17.4. 18.4. 23.4. 24.4. 25.4. 30.4.

1.5.

2.5.

7.5.

8.5.

9.5.

14.5. 15.5. 16.5.

Soll-Zeit [h]

Planen

6

Layout erstellen

6

6

6

4

Bestücken

7

Messen/Testen

2

2

6

6

Dokumentation

2

2

2

2

2

6

KARFREITAG

1

2

2

8

8

evt.

TAG DER ARBEIT

Total [h]

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

Ist-Zeit [h]

Planen

5

Layout erstellen

6

4

3

Bestücken

3

Messen/Testen

7

1

Dokumentation

3

2

3

5

KARFREITAG

1

2

7

8

2

TAG DER ARBEIT

Total [h]

8

8

7

8

4

9

8

8

2

Frühjahrsferien

Gesetzliche Feiertage

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 7

---

S PHI

Vorwissen:

Protel98

(Schema & Layout)

:

Ich habe bisher schon einige Schemen auf dieser CAD-Software erstellt. Obwohl ich meine

ersten CAD-Gehversuche auf EAGLE gemacht habe und anschliessend im Regionalen

Ausbildungszentrum RAU den CAD-Kurs auf der Software TARGET absolviert habe, muss ich

betonen, dass dieses Programm mit Abstand das Beste, aber auch das Komplexeste von all

diesen ist.

Ich habe vor etwa einem Jahr mit simplen eins-zu-eins-Verdrahtungen begonnen, machte aber

mittlerweile auch schon wesentlich komplexere Sachen, wie z.B. einen Anzeige-Ansteuerungs-

print für eine LED-Matrix oder ein Mikrokontroller-Board, beides ein Bestandteil eines

Informatikprojekts der Berufsschule.

Inzwischen bin ich relativ sicher und schnell auf dieser Software, sie wird mir wahrscheinlich

keine Probleme bereiten.

Löten

(Bestücken)

:

Die Grundlagen des Lötens erlernte ich während meines Grundlagenjahres im Regionalen

Ausbildungszentrum RAU. Inzwischen habe ich ein wenig die Routine verloren, da ich so gut wie

nie löte. Mein Tätigkeitsgebiet während der letzten anderthalb Jahre war vor allem software-

orientiert.

Messen:

Ich habe zwar schon lange nicht mehr gemessen, habe aber wie auch in der Fertigungstechnik

vor zwei Jahren an der Teilprüfung sehr gute Qualifikationen erhalten. Ich denke, dass es mir

rasch gelingt, mich in dieses Thema wieder einzuarbeiten. Die Grundlagen erlernte ich ebenfalls

im RAU, seither hatte ich keine grössere Messaufgabe gefasst. Ich hatte auch so gut wie nie im

firmeninternen Labor gearbeitet, deshalb kann es sein, dass ich ab und zu ein bisschen

zusätzliche Zeit mit suchen verbringen werde.

Meilensteine

Erklärung:

Für mich ist es wichtig, auf diverse definitive Fixpunkte hin zu arbeiten. So behalte ich die Zeit

besser im Griff. Aus diesem Grund setze ich für meine Arbeit einige Meilensteine, die es zu

Erreichen gilt.

Beim rechtzeitigen Erreichen der Meilensteine kann das Projekt nach Plan weiterverfolgt

werden. Bei ev. Nichterreichen sind zusätzliche Anstrengungen erforderlich.

1.

Das Layout ist spätestens am 11. April fertig, damit es eingeschickt werden und der Print

rechtzeitig in Produktion gehen kann.

2.

Sobald sich der Print in der Produktion befindet werden die Testparameter festgelegt.

Anschliessend wird die IPA bis spätestens 7. Mai unterbrochen.

3.

Das Projekt soll spätestens am 16. Mai beendet werden.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 8

---

S PHI

Projektablauf

Planen:

Wie auch im Arbeitsjournal beschrieben, habe ich gleich nach dem Start zuerst eine

grobe Zeitplanung erstellt, an welche ich mich bis zum Ende des produktiven Teils der

Prüfungsarbeit hielt. Anhand dieser erarbeitete ich eine Detailplanung, auch welche sich

wiederum das Arbeitjournal stützt.

Nachdem die Zeit nun eingeteilt war, erarbeitete ich als erstes eine definitive

Spezifikation, die nun nicht mehr geändert wurde. Sie stellt rein technisch gesehen das

Gerüst meiner Arbeit dar. Mit dieser Spezifikation erstellte ich auch das Design, die sich

durch die ganze Dokumentation zieht. Das IPA-Logo hatte ich während einer

langweiligen Stunde zu Hause erstellt.

Anschliessend erstellte ich kurz eine Übersicht der Meilensteine, die es zu erreichen galt.

Nun setzte ich noch mal zu einer letzten Überprüfung aller zuvor erstellten Daten an

(Footprint, Schema etc). Als letztes widmete ich mich dem ersten Eintrag ins heute

eröffnete Arbeitsjournal.

Layout erstellen:

Zuerst mussten noch einige Ungereimtheiten aus dem Weg geschaffen werden. So ist es

üblich bei Protel98, dass manchmal Footprinteinstellungen nicht angenommen werden,

was sich erst später beim Netzlistenimport zeigt. Dieser Problem war leicht zu beseitigen

und bald darauf konnte ich mit der eigentlichen Arbeit beginnen. Ich ging dabei so vor,

dass ich immer zuerst die Speisungen und Kondensatoren platzierte, um meinem Prinzip

der direkten Verdrahtung (siehe ,,Erläuterungen zum Layout") treu zu bleiben.

Anschliessend habe ich die Signalverdrahtungen, dann den Rest und anschliessend das

Ground-Plane gelegt, welches ich auf Anraten von Herrn Riedo so gross wie möglich

dimensionierte. Zuletzt habe ich es Herrn Riedo zu einem letzten Check und anschlies-

send bei Herrn Zwicky in die Printherstellung gegeben, nachdem Herr Rothaug noch

einen Fehler beim Gerbern entdeckt und verbessert hatte.

Bestücken:

Da ich alle Widerstände bereits im Voraus dimensioniert hatte, konnte ich mich gleich an

die handwerkliche Arbeit machen. Allerdings hatte ich nicht den ganzen Print bestückt,

sondern ihn eher optimal für die vor mir stehenden Messaufgaben vorbereitet. So fehlten

beispielsweise die auf der Unterseite des Prints zu bestückenden Buchsenleisten. Das

Löten an sich machte mir keine Schwierigkeit, da war ich schnell wieder drinn.

Messen/Testen:

Ich hatte anfangs Probleme, alle für das Messen notwendigen Apparaturen aufzutreiben.

Der Funktionsgenerator beispielsweise, der mit diesen hohen Frequenzen arbeitet, war

bei Herrn Basedau bereits in Verwendung. Deshalb wich ich auf einen 50MHz-

Pulsgenerator aus.

Bevor ich mit dem Messen begann, hatte ich aus den Testparametern ein Messblatt

erstellt. Ich hatte zuvor die Erfahrung gemacht, dass man deutlich länger misst, wenn

man sich nicht 100%-ig im Klaren ist, was genau man messen sollte. Beim Messen

selber bereiteten mir vor allem die hohen Frequenzen Kopfzerbrechen. So hatte ich

lange Zeit viel zu starke Schwingungen auf dem Rechteck, was ich später mit konse-

quenter Schirmung bekämpfte. Die nun akzeptablen Messresultate übertrug ich auf das

Messblatt, und anhand dieses erstellte ich dann ein Datenblatt.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 9

---

S PHI

Arbeitsjournal

Mittwoch,

2.

April

2003

Soll

Ist

Erstellen des Zeitplans (Übersichts- und Detailplanung)

2 Std

3 Std

Festlegung von Form und Stil des Arbeitsjournals

½ Std

½ Std

Definieren

der

Meilensteine

½

Std

½

Std

Überprüfen des Schemas, der Footprints u.a.

2 Std

2 Std

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 2

Std

2

Std

Total:

8 Std

8 Std

Verbleibend:

88

Std

88

Std

Als erste Amtshandlung meiner IPA habe ich mich dem Aufbau des Übersichtszeitplans

gewidmet, um diesen so schnell wie möglich durch Herrn Riedo abzusegnen. Anhand dieses

Dokumentes erstellte ich dann einen Detailplan, der die Arbeitsverteilung während den Tagen

regeln sollte. Dies dauerte bis kurz vor der Mittagspause so dass ich gerade noch mit dem

Aufbau dieses Arbeitsjournals beginnen konnte.

Am Nachmittag kümmerte ich mich als erstes um die Überprüfung der Footprints. Ich stellte

glücklicherweise keinen Fehler fest und so überprüfte ich noch das Schema, insbesondere die

Pinbelegung der einzelnen Komponenten. Nachher erstellte ich die Netlist und erstellte ein PCB-

File, in welchem ich die Komponenten für den Start der Layout-Aufgaben von morgen

übersichtlich plazierte.

Donnerstag, 3. April 2003

Soll

Ist

Erstellen

des

Layout

6

Std

6

Std

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 2

Std

2

Std

Total:

8

Std

8

Std

Verbleibend:

80

Std

80

Std

Ich habe mit dem Layout begonnen und bin sehr gut vorangekommen. Ich musste einige Dinge

zwar mehrmals abändern, wodurch ich etwas Zeit verlor. Zudem habe ich noch einen

Schemafehler entdeckt, den ich aber leicht ändern konnte. Daraus entstand kein Mehraufwand

da ich die entsprechende Stelle zu jener Zeit noch nicht gelayoutet hatte. Ich bin nun fast fertig

mit dem Layout, bin also dem Zeitplan einige Zeit voraus. Ich werde allem Anschein nach den

Print früher abschicken können als geplant. Es bedarf jedoch noch einer Besprechung mit Herrn

Riedo, vielleicht hat er ja noch einen Verbesserungsvorschlag oder etwas zu beanstanden.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 10

---

S PHI

Freitag, 4. April 2003

Soll

Ist

Erstellen des Layout

6 Std

4 Std

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 2

Std

3

Std

Total:

8

Std

7

Std

Verbleibend:

72

Std

73

Std

Ich habe noch alle Polygon-Planes gemacht, einige Silk-Screens geändert und einige

überflüssige Vias gelöscht. Nachdem ich das Schema ein weiteres Mal überprüft habe und mir

dieses Mal kein Fehler ins Auge stach, gerberte ich die Daten. Somit ist die Layout-Phase

abgeschlossen und Phase ,,Nichts-tun" rückt wieder ein wenig näher. Ich werde den Print vor-

aussichtlich am Mittwoch in Auftrag geben.

Den Nachmittag verwendete ich dazu, in der Doku die Aufgabenstellung sowie die Projekt-

unterteilung zu formulieren. Während des Nachmittags wurde ich während einer Stunde mit

anderen Aufgaben aufgehalten. Deshalb ist diesem Arbeitstag nur 7 Stunden der IPA zuzu-

schreiben. An der verbleibenden Zeit ändert dies nichts.

Mittwoch, 9. April 2003

Soll

Ist

Erstellen

des

Layout

6

Std

3

Std

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 2

Std

5

Std

Total:

8

Std

8

Std

Verbleibend:

65

Std

65

Std

Ich habe mir über das Wochenende Gedanken zur Befestigung des Prints gemacht. Wird er

gemäss seinem Zweck in den Adapter gesteckt, ist eine zusätzliche Befestigung zwar nicht

nötig, ich habe aber trotzdem noch zwei 3mm Löcher zur mechanischen Befestigung eingebaut,

so dass man den Print auch in einem Gehäuse befestigen könnte. Dies erforderte zusätzlichen

Zeitaufwand und anschliessend musste ich das ganze Layout noch einmal gerbern. Nachdem

ich alle Bestellinformationen beisammen hatte, habe ich den Print nun definitiv in die Produktion

geschickt. Er wird laut Liefertermin spätestens am 5. Mai hier eintreffen.

Am Nachmittag, um 1330 Uhr kam Herr Schmid auf eine kurze Visite vorbei. Wir einigten uns

darauf, dass ich ihm kurz vor den Ostern den aktuellen Stand der Arbeit übermittle. Den Rest

des Tages führte ich noch die Dokumentation und stiess dabei auf ein Problem. Ich und Nik

haben bis jetzt nicht herausgefunden, wie man ein *.SCH- resp. ein *.PCB-File ins Word

importiert. Vielleicht kommen wir noch darauf, doch ich befürchte, dass das nicht der Fall sein

wird. Nachdem ich die Dokumentationen jetzt nachgeführt habe, werde ich die IPA zwei Tage

früher als geplant unterbrechen. Den nächsten Eintrag ins Arbeitsjournal erfolgt spätestens am

7. Mai.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 11

---

S PHI

Donnerstag, 24. April 2003

Soll

Ist

Bestücken

7 Std

3 Std

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 1

Std

1

Std

Total:

8

Std

4

Std

Verbleibend:

57

Std

61

Std

Eigentlich hatte ich schon befürchtet, meine Bestellung sei nicht angekommen. Niklaus` Prints

waren eine volle Woche schneller. Allerdings sind sie heute gegen den Mittag nun endlich

gekommen und ich stürzte mich gleich wieder in die Arbeit. Das Bestücken des ersten

Versuchsprint hat nicht lange gedauert, schliesslich ist er ja auch nicht übermässig gross. Ich

habe ihn allerdings noch nicht vollständig bestückt, weil es für das Ausmessen besser ist, wenn

man die Buchsenleisten offenlässt. Man kann so besser auf die zu testenden Pin zugreifen.

Nach dem Bestücken des Prototyps habe ich zum ersten Mal versucht, ihn in Betrieb zu

nehmen. Ich hatte heute beim Durchstudieren der Datenblätter eine Schrecksekunde erlebt,

denn ich glaubte, ich hätte die Richtung DIR beim Levelshifter vertauscht. Dies erwies sich aber

Gott sei dank als unbegründet und auch der Rest des Print schien zu funktionieren. Genaueres

hatte ich noch nicht überprüft. Mit dem effektiven Messen werde ich erst in einer Woche

beginnen, da es sich nicht lohnt, vor meinen Ferien den ganzen Messplatz einzurichten.

Den Rest des Tages habe ich für die Dokumentation verwendet.

Mittwoch,

7.

Mai

2003 Soll

Ist

Messen 6

Std

7

Std

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 2

Std

2

Std

Total:

8

Std

9

Std

Verbleibend:

53

Std

52

Std

Heute habe ich mit dem Ausmessen der Schaltung begonnen. Zuerst habe ich eine

Messwertetabelle erstellt, die die meiner Meinung nach wichtigen Werte enthält und diese

anschliessend mit Herrn Riedo besprochen, welcher sie auch absegnete.

Danach begann ich mit dem Aufbau des Messplatzes. Das Auftreiben eines Funktionsgenera-

tors machte mir Mühe, da diese zu dem Zeitpunkt schon von anderen Personen verwendet

wurden. Als es dann endlich soweit war, machten mir die HF-Eigenschaften das Leben schwer.

Die ersten Messungen waren besonders bei der High-Flanke stark verzerrt. Das Problem löste

ich schliesslich mit einer konsequenten Schirmung der Sonden und Anschlüsse aller

dynamischen Messwerte. Dies erforderte spezielle Anschlussstecker die ich erst fertigen

musste. Mein Mitstift konnte in dieser Beziehung auf die Hilfe von Herr Basedau zurückgreifen,

worauf er dieses Wissen auch an mich weitergab. Alles in allem ging das Messen relativ lange,

so dass ich mich entschloss, meinen Arbeitstag um eine Stunde auszudehnen. Im Gegensatz zu

den Tagen zuvor arbeitete ich nicht am Stück sondern immer wieder ein bisschen an der

Dokumentation. Gesamthaft resultierten daraus etwa zwei Stunden. Ich muss jedoch gestehen,

dass ich diesen Arbeitsjournaleintrag mit einem Tag Verspätung schreibe.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 12

---

S PHI

Donnerstag, 8. Mai 2003

Soll

Ist

Messen 6

Std

1

Std

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 2

Std

7

Std

Total:

8

Std

8

Std

Verbleibend:

44

Std

44

Std

Diesen Morgen habe ich nochmals schnell ein Auge auf die Messwerte geworfen. Ich hatte die

Messschaltung absichtlich noch nicht abgebaut, um bei ev. Fehlern in den Resultaten die

Schaltung nicht noch einmal aufbauen zu müssen. Die Physik scheint sich seit gestern nicht

geändert zu haben, denn die Messwerte sind immer noch die gleichen.

Sollte Herr Basedau den schnellen Funktionsgenerator (150MHz) nicht mehr benötigen, so

werde ich das Frequenzmaximum noch messtechnisch bestimmen.

Den Rest des Tages arbeitete ich an der Dokumentation weiter. Diese kommt nun langsam aber

sicher zu einem Abschluss, d.h. jetzt müsste ich langsam erfahren, wie man die Protel-Schemen

und Layouts ins Word importiert. Bis jetzt ist es noch niemandem in der Firma gelungen, dies

herauszufinden, und unsere Oberstiften, die eben dies taten, können leider nicht mehr zu Rate

gezogen werden. Ich werde voraussichtlich meine IPA morgen oder am nächsten Mittwoch

abschliessen.

Freitag, 8. Mai 2003

Soll

Ist

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 8

Std

8

Std

Total:

8

Std

8

Std

Verbleibend:

36

Std

36

Std

Heute widmete ich mich ausschliesslich der Dokumentation. Ich habe nun endlich

herausgefunden, wie man Schema-Dateien ins Word importiert. Beim Layout musste ich mich

allerdings mit einem Print-Screen behelfen. Ich habe die Dokumentation nun so gut wie beendet,

gegliedert, das Inhaltsverzeichnis aufgesetzt und das Schlusswort geschrieben. Ich werde die

Dokumentation über das Wochenende nach Hause nehmen, um sie gründlich durchzulesen und

auf Fehler zu überprüfen. Ich plane, die IPA am Mittwoch um 12:00Uhr abzugeben.

Mittwoch, 14. Mai 2003

Soll

Ist

Dokumentation

erstellen

/

nachführen 8

Std

2

Std

Total:

8

Std

2

Std

Verbleibend:

28

Std

34

Std

Ich habe über das Wochenende die Dokumentation nochmals durchgelesen. Nachdem ich sie

orthographisch und inhaltlich ein letztes Mal verbessert hatte, habe ich die Printscreens der

Layout und das Schlusswort noch einmal überarbeitet und den Zeitplan nachgeführt. Mit dem

Eintrag ins Arbeitsjournal schliesse ich meine IPA am 14.05.03 um 10:45Uhr hiermit ab.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 13

---

S PHI

Kostenberechnung

Bei einem solchen Projekt sind in der Regel die Entwicklungskosten immer am höchsten. Der

Sinn der Kostenberechnung ist es, abzuklären, wieviel das gesamte Board kosten würde.

Ich bin, um einen repräsentativen Wert zu erhalten, von einem Stundenlohn von Fr.27.-

ausgegangen. Zudem habe ich bei den Komponenten stets den höchsten Preis verwendet.

Serienproduktionen kämen demnach wesentlich günstiger.

Material:

Komponenten:

Fr.88.15.-

Leiterplatte:

Fr.135.-

Arbeit:

96

Stunden

an

Fr.27.-

Fr.2592.-

Total:

Fr.2815.15

Unter Berücksichtigung der kürzeren Arbeitszeit von 66 Stunden ergibt sich:

Totat

:

Fr.2815.15 ­ 30Std. x Fr.27.-

Fr.2005.15.-

Schlusswort:

Nach über einem Monat und einer effektiven Produktionszeit von 62 Stunden bin ich nun endlich

am Ziel angekommen. Eine gute Gelegenheit, die Zeit kurz Revue passieren zu lassen:

Ich habe alle Ziele der Spezifikation erreicht und dies mit einem Vorsprung von immerhin 34

Stunden. Ich brauchte also nur zwei Drittel der mir gegebenen Prüfungszeit. Die IPA verging für

mich wie im Flug, und sie brachte mir, ausser ein Paar Messpannen, keine grossen Unannehm-

lichkeiten. Profitiert habe ich besonders bei der Dokumentation und dem Messen, die Layout-

Erstellung war für mich Routinesache.

Die hohen Frequenzen beim Messteil bereiteten mir am meisten Sorgen. Allerdings weiss ich

nun einiges mehr über HF-Messungen und wie vorgegangen werden sollte. Schade fand ich es

allerdings, dass ich den Print nicht an seiner Frequenz-Obergrenze testen konnte. Die 50Mbaud

waren zwar laut Spezifikation ausreichend, aber ich hätte doch gerne das Ausgangssignal bei

110Mbaud gesehen, so aus persönlichem Interesse heraus. Hingegen erfreut war ich, dass der

Print von Anfang an funktionierte, ohne dass ich irgendwelche Modifikationen vornehmen

musste.

Ich bin mit meinem Ergebnis zufrieden und hoffe, dass nun der letzte Teil, die Präsentation,

ebenso planmässig von Statten geht wie die Arbeit an sich.

Lukas Lanzendörfer, 8. Mai 2003 (nachgeführt 14.Mai)

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 14

---

S PHI

Technische Dokumentation

2003

Date of release: May 14th. 2003

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 15

---

S PHI

Spezifikationen

Spezifikationen des PXI-Interface

Generell:

P3A03A11

Signale

Speisungen

Galv. Trennung

- Galvanische Trennung mittels digitaler Koppler

- 8 Bit Datenübertragung, unidirektional

- Hohe Datenübertragung, mindestens 20MBaud, (je höher, desto besser)

- Ausgangsbufferung mittels LevelShifter

- Externe Speisungen steckbar auf 2mm Buchsen

- Externe Speisungsversorgung ist abtrennbar. Dies kann erforderlich werden, um mehrere

PXI-Interfaces nebeneinander zu stecken, falls der Platz knapp einmal werden sollte. Die

Trennlinie ist markiert.

Speisungen:

- 3 Speisungen, mittels Schalter wählbar zwischen interner und externer Versorgung

- VCC1

extern: 3.3V ... 5.0V vom PXI:

5.0V

- VCC2

extern sowie vom Evaluation Board:

5.0V

- VCC3

extern sowie vom Evaluation Board:

1.5V ... 3.6V

Ein- / Ausgänge:

- 8 Signaleingänge:

ViHIGH = 2.4V ... VCC1

ViLOW = 0V ... 0.8V

- 8 Signalausgänge:

Vo

= 0V ... VCC3

- Ein- und Ausgänge sowie die Speisungen sind steckbar auf den PXI-Adapterprint.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 16

---

S PHI

Schema

1

2

3

4

5

6

D

D

J1

J3

Vcc1

J6

A0

Richtung

C0

A1

RN1

C1

A2

r

Vcc1

Vcc2

C2

A3

C3

r
a
t
o

A4

IC1B

Vcc2

C4

a
r
d

ne

A5

o

e

C1

C2

C5

100nF

100nF

A6

C6

A7

R1

10k

C7

t
i
on B

IC9A

t
t
e
r
n G

GND1

GND2

22

A7 A6

A5 A4 A3 A2 A1

A0

OE

2 DIR

GND1

IC1A

a
l
ua

C

C

Pa

A0

3

14

B0

J5

J2

J4

A1

4

13

B1

B0

3

21

C0

Ev

A0

A2

5

12

B2

B1

4

B0 20

1

2

C1

J7

A1

B1

3

4

GND1

A3

6

11

B3

B2

5 A2

B2 19

5

6

C2

B3

6 A3

B3 18

7

8

C3

B4

7

17

C4

A4

B5

8

B4 16

9

10

C5

A5

B6

9

B5 15

11

12

C6

A6

B6

13

14

IC2A

B7

10 A7

B7 14

15

16

C7

Vcc1

A4

3

14

B4

A5

4

13

B5

74LVC4245

HEADER 8X2 1:1

GND1

A6

5

12

B6

R2

A7

6

11

B7

4k7

S1

BU1

Vcc2

Vcc3

GND2

GND2

Ext. Vcc1

Vcc1

Vcc2

Vcc2

Vcc3

C9

100nF

IC9B VccA

VccB

S3

C5

C6

BU2

100n

100n

BU3

IC2B

Ext. GND1

Ext.Vcc3

C3

C4

100nF

100nF

B

B

GND1

S2

GND2

BU4

Ext.Vcc2

GND1

GND2

C7

C8

100nF

100nF BU5Ext.GND2

Richtung

GND2

G
N
U
N
N
E
R
T
E

A

CH

A

I
S

Title

AN
V
L

Coupler-Levelshifter-Board

A
G

Size

Number

Revision

B

P3A03A11

Date:

9-May-2003

Sheet of

File:

C:\Lanzendörfer\..\P3A03A11.Sch

Drawn By:

1

2

3

4

5

6

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 17

---

S PHI

Erläuterungen zum Schema

Die Erläuterung erfolgt dem Schema starr von links nach rechts. Jedes Bauteil ist in seiner

Funktion untenstehend beschrieben. Die Galvanische Trennung ist auf dem Schema ebenfalls

eingezeichnet, sowie die Richtung, in welche die Signale laufen.

J1, J3:

Diese Leisten dienen zur Einspeisung des Signals. Via J1 (Buchsenleiste) wird

der Print direkt auf den PXI-Adapter gesteckt, J1 ist deshalb auf der Bottom-Seite

bestückt. J3 (Stiftleiste) ist für den universellen Einsatz bestimmt und deshalb für

den direkten Zugriff auf der Top-Seite bestückt.

J2, J4:

Über diese Leisten wird die interne Speisung VCC1 angeschlossen. Die

Bestückung und Bestimmung ist bei J2 entsprechend J1 und bei J4 entsprechend

J3.

BU1, BU2:

Die 2mm Buchsen dienen zur Einspeisung der externen Speisung VCC1 (BU1)

sowie des externen Ground GND1(BU2).

C9:

Dient als Abblockkondensator, um Spannungsspitzen rauszufiltern.

S1:

Ermöglicht das komfortable Umschalten zwischen interner und externer

Speisespannung VCC1.

RN1:

Das Widerstandsnetzwerk sorgt dafür, dass auf den Eingängen der digitalen

Koppler nicht undefinierte Pegel auftreten. Das Netzwerk zieht in Richtung VCC1,

kann jedoch auch Richtung Masse umgesteckt werden.

IC1, IC2:

Dies sind sog. digitale Koppler, die wie Optokoppler ebenfalls eine Galvanische

Trennung ermöglichen, jedoch wesentlich schneller arbeiten (bis 110MBaud). Die

Typenbezeichnung lautet IL715. Sie funktionieren mit Logikpegeln von UHIGH =

3.3V...5.0V.

C1...C4:

Sie dienen wie C9 als Blockkondensatoren für die Speisespannungen.

R1:

Um den Levelshifter auf die gewünschte Richtung einzustellen, muss der Eingang

DIR auf HIGH gelegt werden. Um bei Überspannung ein Zerstören der internen

Logik zu vermeiden (In der Regel sind nur die Speisungen mit Schutzdioden

versehen) limitiert dieser Widerstand den Stromfluss.

R2:

Wäre eigentlich nicht zwingend nötig. Wurde jedoch gewünscht, da dadurch

Messungen erleichtert werden. Zieht den OE auf Masse hinunter, da dieser

Eingang LOW-Aktiv ist.

IC9:

8-fach Levelshifter (74LVC4245). Wird verwendet um die Spannung flexibel zu

reduzieren. Da wir am Ausgang der Koppler 5.0V-Pegel erwarten, jedoch gemäss

Spezifikation am Ausgang des Boardes 1.5V...3.6V benötigen, regelt dieser

Levelshifter die Ausgangssignale auf die Spannung VCC3 hinunter.

C5, C6:

Sie dienen wie C9 als Blockkondensatoren für die Speisespannungen.

J5:

Abgriff der Ausgangssignale auf der Top-Seite des Prints.

S2:

Ermöglicht das komfortable Umschalten zwischen interner und externer

Speisespannung VCC2.

S3

Ermöglicht das komfortable Umschalten zwischen interner und externer

Speisespannung VCC3.

J6, J7:

Wie J1 und J2, nur statt der Eingangssignale halt die Ausgangssignale. Diese

werden ebenfalls auf das Evaluationsboard gesteckt.

C7, C8:

Sie dienen wie C9 als Blockkondensatoren für die Speisespannungen.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 18

---

S PHI

Layout

Top-Layer

Top-Layer mit Top Overlay (Silkscreen), ohne Polygon Plane zur besseren Ersichtlichkeit

Bottom-Layer

Bottom-Layer mit Bottom Overlay (Silkscreen), ohne Polygon Plane zur besseren Ersichtlichkeit

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 19

---

S PHI

Erläuterungen zum Layout

Obwohl das Schema einem auf den ersten Blick geringen Spielraum für das Layouten einräumt,

gibt es doch auch hier einige Punkte, die man beachten sollte. Zudem enthält das Layout einige

Spezialitäten, die ich ebenfalls zur Sprache bringen will.

Kondensatoren:

Die Kondensatoren sind so angelegt, dass der Strom gezwungen ist, über eben diese zu flies-

sen. Sie liegen also nie in einem ,,Seitenarm" der Leiterbahn sondern sind immer auf direktem

Wege untergebracht. Grafisch dargestellt sieht das in etwa so aus:

direkt:

indirekt:

Diese Methode verbessert die Entstörung der Speisungen und wurde auf dem ganzen Board

konsequent angewendet.

Stecker:

Die Schalter S1...S3 sind so angeordnet, dass konsequent die linke Stellung extern und die

rechte Stellung interne Spannungsversorgung anzeigt. Dies ist auch direkt auf dem Board am

Silkscreen ersichtlich.

Galvanische Trennung:

Die galvanische Trennung ist bewusst dick (1mm) um hohen Spannungsdifferenzen gewachsen

zu sein. Diese können durchaus sehr hoch sein, was im Allgemeinen eher unterschätzt wird. Die

galv. Trennung ist auf dem Silkscreen markiert, ist aber zusätzlich auch an der Farbänderung

des Printgrüns ersichtlich.

Wärmestoppfallen:

Es ist für ein sauberes Löten sehr wichtig, beim Groundplane Wärmestoppfallen einzubauen,

damit die Lötstelle überhaupt genug Wärme annehmen und das Lot gut fliessen kann. Diese

Fallen sollten wegen der Wärmeableitung eine möglichst kleine Verbindung zum Groundplane

haben, müssen aber dennoch gross genug sein, um sich des Stromflusses wegen nicht zu

erwärmen.

Silkscreen:

Ziel war es, den Silkscreen so zu gestalten, dass man das Interface betreiben kann, ohne auch

nur einmal eine Dokumentation in die Hände zu nehmen, es sollten also alle wichtigen Punkte

für den Betrieb ersichtlich sein. Dazu gehören in erster Linie die Schalter. Es ist jeweils die

Schalterstellung wie auch die Stellgrösse angegeben.

Des weiteren beschriftet sind alle Stecker, extern sowie intern. Wichtig dabei ist vor allen die

Angabe der Ground-Position, da diese im bestückten Zustand nicht mehr so klar ersichtlich ist.

Ground-Plane:

Das Groundplane ist so gross wie möglich, da grossen Wert auf eine stabile, störungsfreie

Spannungsversorgung gelegt wurde. Die dadurch entstehenden höheren Leiterkapazitäten

wurden in Kauf genommen, da sie weniger stören als eine unstabile Versorgung.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 20

---

S PHI

Bauteile

Da die Preise wichtig sind, um die Produktionskosten zu bestimmen, habe ich diese ebenfalls in

der Liste aufgeführt. Sie orientieren sich an den Preisen für Einzelbestellungen, es sind also die

höchstmöglichen Preise aufgeführt. Dies sollte negative Überraschungen bei Nachbestellungen

vermeiden.

Ebenfalls angegeben ist die Seitenzahl des Distributor-Kataloges, auf welcher sich das Bauteil

befindet. Dies sollte ein schnelles Wiederauffinden des Bauteils ermöglichen. Diese

Seitenzahlen orientieren sich an den aktuellsten Ausgaben der Kataloge, stand April 2003.

Wenn keine Seitenzahl angegeben ist, so wurden die Bauteile übers Internet ...

· Digitale Koppler: http://www.hy-line.ch/

... oder im Philips Sample Service intern bestellt.

Bauteil

Footprint

Designator Beschreibung

Distributor

Seite Preis

100nF 1206

C5

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C6

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C1

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C2

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C3

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C4

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C7

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C8

Distrelec

262

SFr.

0.30

100nF 1206

C9

Distrelec

262

SFr.

0.30

10k

1206 R1

Distrelec

342

SFr.

0.20

4,7k

1206 R2

Distrelec

342

SFr.

0.20

Buchse GND1

BUCHSE2MM

BU2

2mm Buchse

Multi Contact

27

SFr. 0.20

Buchse GND2

BUCHSE2MM

BU5

2mm Buchse

Multi Contact

27

SFr. 0.20

Buchse Vcc1

BUCHSE2MM

BU1

2mm Buchse

Multi Contact

27

SFr. 0.20

Buchse Vcc2

BUCHSE2MM

BU4

2mm Buchse

Multi Contact

27

SFr. 0.20

Buchse Vcc3

BUCHSE2MM

BU3

2mm Buchse

Multi Contact

27

SFr. 0.20

Stiftleiste CON4

IDC04

J4

Distrelec

587

SFr. 5.90

Buchsenleiste CON4

IDC04_B

J2

Distrelec

592

SFr. 7.30

Buchsenleiste CON4

IDC04_B

J7

Distrelec

592

SFr. 7.30

Stiftleiste CON16

IDC16

J3 Distrelec

587

SFr.

5.90

Buchsenleiste CON16

IDC16_B

J1

Distrelec

592

SFr. 7.30

Buchsenleiste CON16

IDC16_B

J6

Distrelec

592

SFr. 7.30

Header 8X2 1:1

IDC32

J5

Distrelec

586

SFr. 3.40

10k

SIP10 RN1

Netzwerk

Distrelec 370

SFr.

0.65

IL-715

SOL16

IC1

Digitaler Koppler HY-Line AG

-

SFr. 15.20

IL-715

SOL16

IC2

Digitaler Koppler HY-Line AG

-

SFr. 15.20

74LVC4245

SOP24

IC9

Levelshifter

PS Sample

-

SFr. 2.00

SS.12 SDP2

SW_ON_ON

S1

On/On Switch

Distrelec

740

SFr. 2.20

SS.12 SDP2

SW_ON_ON

S3

On/On Switch

Distrelec

740

SFr. 2.20

SS.12 SDP2

SW_ON_ON

S2

On/On Switch

Distrelec

740

SFr. 2.20

Total:

SFr.

88.15

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 21

---

S PHI

Messprotokoll

Messschema:

P3A03A11

f = 1MHz

CH2

Input 0

Output 0

...

...

Input 7

Output 7

CH1

VCC1

VCC2 V

CC3

GND

GND

GND

=

geschirmte Kabel

A

A

A

Achtung:

Das Oszilloskop überbrückt

die galvanische Trennung.

Dies lässt sich allerdings für

die Messung der Durch-

schaltzeiten nicht vermeiden.

GND GND GND

Messmittel:

Oszilloskop:

Tektronix TDS220 Digital

LAB310

So: B040927

Funktionsgenerator:

Hewlett Packard 33120A

LAB105

So: US36025586

Philips

PM5715

Pulsgenerator So: 24 35 63

Speisungen:

Hewlett

Packard

E3631A

PE231

So: KR64304999

Hewlett

Packard

E3631A

PE228

So: KR64304989

Amperemeter:

HP34401A

Digital

Multimeter

PE097

So: US30019890

Angaben zur Messung:

Ausgeführt von:

Lukas Lanzendörfer, Elektronikerlehrling 4. Lehrjahr Tel: 327

Ort:

PHILIPS

Semiconductors

Zürich

Binzstrasse

44

CH-8045

Zürich

Abteilung:

Testfloor: Labor Messtisch 10

Datum und Zeit:

8. März 2003 / 8:53Uhr

Temp: 23°C

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 22

---

S PHI

Messwerte

Messblatt

Notizen

Delays

gem essen bei f = 10MHz

Erw artet:

Fall1:

VCC1 = 3,3V

Signal IN = 3,3V

VCC2 = 5V

tDELAY = tCOUPLER + tSHIFTER

tDELAY = 10ns + 4ns = 14ns

trise

tfall

VCC3 = 1,5V

17ns

21ns

kleinste Verzerrung

VCC3 = 2,4V

15ns

20ns

VCC3 = 3,3V

14ns

20ns

VCC3 = 3,6V

14ns

19.6ns

höchste Geschwindigkeit

Fall2:

VCC1 = 5V

Signal IN = 5V

VCC2 = 5V

trise

tfall

VCC3 = 1,5V

15.6ns

24ns

VCC3 = 2,4V

14ns

22ns

VCC3 = 3,3V

14ns

20.4ns

VCC3 = 3,6V

14ns

20ns

Fall3:

VCC1 = 3,3V

Signal IN = 3,3V

VCC2 = 3,3V

trise

tfall

VCC3 = 1,5V

18.8ns

25.6ns

ungünstigster Betriebsm odus

VCC3 = 2,4V

16.8ns

23.2ns

VCC3 = 3,3V

16ns

22.8ns

VCC3 = 3,6V

16ns

22.4ns

Stromaufnahme:

m ax

m in

IVCC1

8,3m A

3m A

IVCC2

17m A

9,8m A

IVCC3

>1m A

1m A

hängt von der Belastung ab

Einige Messwerte sind auf dem Blatt noch nicht aufgeführt. Ich liefere sie hiermit nach:

Anstiegs- und Abfallzeiten von VOUT:

tLH = 2.6ns

tHL = 2.6ns

Maximale

Messfrequenz:

fMAX > 100MHz

Überlegungen:

Die Fall-Time ist grösser, da Halbleiter wegen dem Abbau der Sperr-

schicht allgemein höhere Ausschalt- als Einschaltzeiten haben.

Bei hohem VCC2/3 schaltet die Schaltung wie erwartet am schnellsten.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 23

---

S PHI

Datenblatt

Anschlussbelegung:

TOP VIEW

BOTTOM

TOP

TOP

BOTTOM

Externe Spannungsversorgungen

PATTERN GENERATOR

EVALUATION BOARD

Signale (Kanal 0 ... Kanal 7)

Speisespannung VCC1

Nicht verbunden

Ground GND1

Speisespannung VCC2

Ground GND2

Speisespannung VCC3

Schalterstellungen:

Stets externe Spannungsversorgung. Gilt für alle Schalter.

VCC1:

Spannungsversorgung von Pattern Generator

VCC2/3:

Spannungsversorgung von Evaluation Board

Empfohlene Betriebskonditionen:

Parameters

Symbol

Min.

Max.

Einheiten

Umgebungstemperatur

TA

- 40

85

°C

Speisespannung 1

VCC1

3.3

5.0

Volts

Speisespannung 2

VCC2

5.0

Volts

Speisespannung 3

VCC3

1.5

3.6

Volts

Eingangsspannung Logisch High

VIH

2.4

VCC1

Volts

Eingangsspannung Logisch Low

VIL

0

0.8

Volts

Maximale Baudrate

50

MBaud

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 24

---

S PHI

Durchschalt-Verzögerungszeiten:

VCC1

= Speisespannung des digitalen Kopplers (Seite: Pattern Generator)

VCC2

= Speisespannung des digital Kopplers und der +5V-Seite des Levelshifters

VCC3

= Speisespannung der +3.3V-Seite des Levelshifters und Ausgangsspannung VOUT

VIN

= High-Pegel des Eingangssignals auf Kanal 0...7

tPLH

= Durchschaltzeit (propagation delay) High-Flanke

tPHL

= Durchschaltzeit (propagation delay) Low-Flanke

PWD = Pulsbreitenverzerrung (pulse width distortion)

VIN

GND

tPHL

tPLH

VOUT

GND

Wertetabelle:

C-MOS Betrieb

(3.3V)

gemessen bei:

VCC1 = 3.3V

VIN = 3,3V

VCC2 = 5.0V

tPLH

tPHL

PWD

VCC3 = 1,5V

17.0ns

21.0ns

4.0ns

VCC3 = 2,4V

15.0ns

20.0ns

5.0ns

VCC3 = 3,3V

14.0ns

20.0ns

6.0ns

VCC3 = 3,6V

14.0ns

19.6ns

5.6ns

TTL-Betrieb

(5.0V)

gemessen bei:

VCC1 = 5.0V

VIN = 5.0V

VCC2 = 5.0V

tPLH

tPHL

PWD

VCC3 = 1,5V

15.6ns

24.0ns

8.4ns

VCC3 = 2,4V

14.0ns

22.0ns

8.0ns

VCC3 = 3,3V

14.0ns

20.4ns

6.4ns

VCC3 = 3,6V

14.0ns

20.0ns

6.0ns

Messungen ergaben, das es möglich ist, das Interface auch vollständig mit 3,3V

Spannung zu betreiben (VCC2 = 3.3V). Jedoch ist dabei zu berücksichtigen, dass sich

dies sowohl auf tPLH/tPHL also auch auf PWD negativ auswirkt.

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 25

---

S PHI

AC-Charakteristiken:

Gemessen bei Frequenz: f = 1MHz und f = 10MHz (Werte stellten sich als frequenzunabhängig heraus)

Anstiegs- und Abfallzeiten:

VOUT

VOUT

= Signal-Ausgangsspannung

tLH

= Anstiegszeit von 10% auf 90% von VOUT

GND

tHL

= Abfallzeit von 90% auf 10% von VOUT

tHL

tLH

Pulsbreitenverzerrung: PWD = tPHL - tPLH

Skew-Zeiten:

(skew = engl. schieflaufen)

VXOUT

VYOUT

VXOUT

= Ausgangsspannung eines belieb. Kanals

VYOUT

= Ausgangsspannung eines anderen Kanals

tPSK

= Zeitverschiebung (Propagation Delay Skew)

GND

tPSK

tPSK

Anstiegszeit High-Flanke: tLH

= 2.6ns

Abfallzeit LOW-Flanke:

tHL

= 2.6ns

VOUT

Zeitverschiebung tPSKmax = 4.0ns

Maximale Pulsfrequenz:

fMAX > 50MHz (maxFrequenz des verwendeten Pulsgenerator)

DC-Charakteristiken:

max. Stromaufnahme:

IVCC1 = 08.3mA

Ruhestrom:

IVCC1 = 3.0mA

IVCC2 = 17.0mA

IVCC2 = 9.8mA

IVCC3 = 100.0mA*

IVCC3 = 1.0mA

* max ICC von 74LVC4245 Levelshifter.

Eingangsspannungen:

VINLOWmax = 1,2V

VINHIGHmin

=

1.8V

Ausgangsspannungen:

VOUT = VCC3 = 1,50V / 2,40V / 3,30V / 3,60V

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 26

---

S PHI

Anhang

2003

Datenblätter:

-

74LVC4245 Levelshifter
- IL715 HighSpeed 4-Kanal Digital Koppler

IPA Lukas Lanzendörfer

Coupler Levelschifter-Board

Seite 27

---