ZX-Backplane

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siggi
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von siggi » 17.04.2017, 21:57

Mir kommt es nur auf dicke Masse und +5V an. Manch einer hier hatte schon Ärger beim Schreiben von Daten auf USB-Stick im VDRIVE2. Ich hatte diese Probleme noch nicht, aber ich habe immer kurze und dicke Drähte an dicke Leiterbahnen zur Stromversorgung des VDRIVE angelötet.
Beim Schreiben von MMC/SD-Karten am internen Mini-Mefisdos-Interface hatte ich anfangs auch Probleme beim Schreiben, trotz dicker Drähte und dicker Leiterbahnen. Am Oszi habe ich dann kurze Spannungseinbrüche auf den 5V des SD-Cardreaders gesehen. Die habe ich dort durch 2 Kondensatoren wegbügeln können und die Schreibfehler sind weg.
Auf Stromversorgungsleiterbahnen geht schon was ab, die sind nie zu dick :wink:

Gruß
Siggi

Nachtrag: eines meiner geplanten Bastelprojekte ist eine neue Version meines schnellen MMC-Interfaces, an dem dann käufliche SD-Cardreader-Platinchen (2 - 4 Stück) hängen sollen. Die wollen alle mit ausreichend Strom versorgt sein ...
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PokeMon
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von PokeMon » 17.04.2017, 22:23

tokabln hat geschrieben:
17.04.2017, 21:37
Hallo Siggi,

ich frage mich gerade was für Ströme Du da drüberschieben willst

GND = 100mil -> rein theoretisch etwas über 7A (7,86A bei 35um Kupferstärke / 20°C)
+5V / +9V / (+12V) = je 49mil -> rein theoretisch etwas über 3A (3,74A bei 35um Kupferstärke / 20°C)

.... reicht das nicht ?
Klar Antwort - Nein, resp es kommt hier dann sehr auf die LÄNGE der Leiterbahn an. Dazu hatte ich auch schon mal was geschrieben.
Diese Berechnungen sind mit Verlaub Quatsch resp. gelten nur für Gleichströme. Der Wechselstromwiderstand ist völlig anders und massiv höher. Es geht halt um Impulslasten wenn ein Interface plötzlich ein paar 100mA braucht (innerhalb Bruchteilen von Millisekunden). Ein Kondensator mit 100uF verliert bei einer Last von 1A innerhalb von 100 Mikrosekunden 1V Spannung. Wenn nichts (oder zu wenig) nachkommt.

Bei GND ist das besonders problematisch, weil es das Bezugspotential ist und möglichst überall im Gesamtsystem gleich sein soll. Je weniger 100mV oder besser 10mV Abweichung (bei dynamischer Last), umso besser. Eine flächige GND Anbindung ist daher immer zu bevorzugen. Auf Versorgungsspannungen kann man noch Kompromisse machen, die hören aber bei GND auf. Weil bei TTL der Störabstand eher klein ist.

Zulässig ist ein Pegel von 0.8V am Eingang für ein Low. Diese 0.8V gelten in Bezug auf GND. Hier wird es spannend, wenn für Sekundenbruchteile das GND Potential aufgrund von Versorgungsströmen auf einer zu kleinen Leiterbahn kurzzeitig angehoben wird. Wenn der Ausgang jetzt unter Last gar keine 0.0V sondern nur 0.4V oder 0.6V schafft (das Signal schaltet ja nur vielleicht für 1us) und das GND Potential an anderer Stelle 0.2V niedriger ist ist mit +0.6V hier schon die Grenze zu 0.8V erreicht.

Die meisten Gates schalten bei 1.3-1.4V, Schmitt Trigger aber durchaus auch schon bei 1.1-1.2V. Du siehst wie dünn hier die Luft wird und in der Praxis ist es oft viel schlimmer als man gemein hin denkt. Möglicherweise treten dann Störungen auch nur sporadisch und nur in bestimmten Konstellationen auf (wenn Karte xy auch am Bus hängt und zufällig gerade dann ein Verbindungsaufbau macht, wenn die CPU was in die PIO schreiben will).

Um sowas aus dem Weg zu gehen, kann man es hier mit Paranoia eigentlich kaum übertreiben. Für viele Probleme mit instabilen digitalen Schaltungen ist ein schlechter GND oft hauptverantwortlich. Auch wenn es schwer einzusehen ist. :wink:


Ich weiß nicht, ob ich den Link schon mal gepostet hatte aber diese Erklärung hier über unterschiedliche Stromwege bei Signalen ist recht aufschlussreich. Das gilt sinngemäß genauso für Versorgungsspannungen, die eben nicht gleichmäßig fließen sondern Impulsartig und in diesem Punkt wie ein Signal betrachtet werden können. Zumindest entstehen da genau die gleichen Probleme.

http://www.ti.com/lit/an/scaa082/scaa082.pdf

Bildschirmfoto 2017-04-17 um 22.45.13.png
Bildschirmfoto 2017-04-17 um 22.45.13.png (235.08 KiB) 191 mal betrachtet
Das Thema ist wirklich sehr komplex. Man muss nicht alles sofort verstehen aber den Unterschied zwischen AC und DC Signalen - eigentlich gibt es so gut wie keinen DC in der Praxis außer bei einer unveränderlichen Last wie einem Widerstand oder einer Glühbirne an einer konstanten Spannung. DC bei Digitalschaltungen gibt es nur in der Theorie. Das gilt eben auch für die Spannungsversorgungen von Digitalschaltungen. Und so ein 100nF Kondensator reißt nicht immer viel raus. Bei 100nF sinkt die Spannung um 1V bereits bei 100mA innerhalb von 1 Mikrosekunde. Das kann passieren, wenn eine PIO 16 LEDs einschaltet. Oder einen kleinen Motor. Oder oder oder.
Zuletzt geändert von PokeMon am 18.04.2017, 11:53, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von tokabln » 18.04.2017, 09:44

Danke für die Info's... aber nochmal zu meinem Verständnis...

Die von mir angegebenen Leiterbahnbreiten sind doch erst einmal von der Auslegung her geeignet die angegebenen Ströme zu verarbeiten!? Mehr wollte ich da nicht ausdrücken.

Das das mit zunehmender Länge dann kritisch wird ist mir schon klar... Spannungsabfall... blablabla... :mrgreen:

Das GND hier "kräftig" genug sein soll / muß ist auch klar... aber 100mil sollten doch für eine Europakarte zunächst mal reichen, zumal es eine Prototypenkarte sein soll. Wenn ich es dann von der Warte her betrachte und wieder auf die maximalen Ströme zurückkomme... dann sind das auch die Breiten die ich beim Bus Driver und bei der Backplane eingesetzt habe.

Ich kann gerne die noch freien Flächen zu GND umwandeln...

Ist meine Denke so falsch?

Nachtrag: bei dem von Dir eingefügten Link landet man auf einer anderen Seite als wohl geplant... irgendwas mit Microsoft :|
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von PokeMon » 18.04.2017, 12:28

tokabln hat geschrieben:
18.04.2017, 09:44
Danke für die Info's... aber nochmal zu meinem Verständnis...

Die von mir angegebenen Leiterbahnbreiten sind doch erst einmal von der Auslegung her geeignet die angegebenen Ströme zu verarbeiten!? Mehr wollte ich da nicht ausdrücken.

Das das mit zunehmender Länge dann kritisch wird ist mir schon klar... Spannungsabfall... blablabla... :mrgreen:
Danke - Link korrigiert.
Da war ich gestern offenbar auf der falschen Spur. Zum Glück habe ich nicht die Facebook Seite von meiner Gspusi gepostet. :mrgreen:

Es ist so, dass in aller Regel die Strombelastbarkeit eine untergeordnete Rolle spielt, außer Du designst vielleicht gerade ein Netzteil. Das ist eine Orientierungsgröße (maximale Belastung) die Dich auch vom Denken in eine völlig falsche Spur bringt. Viel interessanter in der Digitalschaltung (wenn man nicht gerade eine Ampel baut, die im Sekundentakt schaltet) sind parasitäre Effekte von Leiterbahnen und Leiterplatten, allen voran induktive Anteile.

Die wichtigste Erkenntnis, die Du vielleicht mitnehmen solltest: Die AC Aspekte (hohe Frequenzen) einer Schaltung überwiegen den DC Aspekten. Wenn Du von Spannungsabfall sprichst, solltest Du nie nur den DC Spannungsabfall in Betracht ziehen (die meisten Kalkulatoren spucken hier einen in der Praxis wenig nützlichen Wert aus) sondern das Zusammenspiel der Komponenten. Jeder Schaltvorgang des Prozessors, Zugriff auf das RAM, Einschalten von Modulen wie PIO, USB, Zeddy Net und Co. erzeugt hier eine hohe dynamische Last im Versorgungsbereich, der nur zum Teil durch Kondensatoren ausgeglichen wird und auch nur, wenn diese korrekt bemessen sind.

Jetzt sind viele Leute der Meinung, das beträfe nur Signalleitungen - diese Betrachtung ist falsch. Natürlich sind Signale häufig schneller (es gibt aber auch schnelle Lastwechsel auf Versorgungsleitungen) und die Leiterbahnen dünner, dafür sind die Ströme auf Versorgungsleitungen deutlich höher und wirken sich auch schon bei kleinen Induktivitäten aus. Und (!) - das kommt ganz erschwerend hinzu - auf den Versorgungsleitungen sammeln sich die Ströme von sehr vielen kleinen Stromkreisen. Da fließen Ausgleichsströme, die sich im Mikrosekundentakt ändern, hin und her, sich zum Teil auslöschen zum Teil aber auch addieren so dass eine echte Simulation hier sehr schwer ist.

Und GND ist das wichtigste "Signal" in einer Schaltung auch wenn viele Leute das "nur" als Spannungsversorgung betrachten. GND ist das Bezugspotential und jedes Signal wird gegen GND gemessen. Darum ist es so immens wichtig, dass GND möglichst überall in der Schaltung gleich ist und zwar zu jedem Zeitpunkt. GND hat in dem Sinne eine Doppelfunktion. Es dient der Stromversorgung und ist eben besagtes Bezugspotential.

Jetzt ist das für die Europakarte vielleicht nicht so immens wichtig, weil es sich ja nur um ein Experimentalboard handelt und man hier auch selbst Kupfer "nachziehen" kann. Aber das ist der Grund für mich, warum ich mit Universal-Busplatinen aus dem Elektromarkt nicht viel anfangen kann, weil das nicht wissen kann wo die wichtigen Signale laufen, wo GND konkret ist und alles nur mit 20 mil Leiterbahnen über weite Strecken verbunden ist (wenn überhaupt).
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von siggi » 18.04.2017, 12:45

Hallo Torsten
Nachtrag zu Stromversorung: 9V (auch 12V) braucht meiner Ansicht nach fast keiner bei solchen Basteleien, die brauchen also auch keine Leiterbahnen, die kann man direkt am Stecker abholen (mit dickem Kabel). Umso mehr Platz bleibt für +5V und GND.

Gruß
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von tokabln » 18.04.2017, 13:14

Hallo siggi,

ich baue es soweit um, dass ggf. wenigstens ein (1) Anschluß für +9V (+12V) vorhanden ist.

Have fun...
Lieben Gruß Torsten
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von tokabln » 19.04.2017, 17:39

So siggi,

so wird die Platine aussehen. Die +12V / +9V liegen nur an der VG Leiste an. GND und +5V haben eine Breite von 100mil (2,54mm)

Bohrungen für einen Frontplattenhalter sind integriert. Über eine 64polige Lötleiste können die ZX96 Bus Signale abgegriffen werden.
Ich will gerade noch eine kleine andere Platine designen und würde dann in den nächsten Tagen 10Stück (5 für Dich / 5 für mich ordern wenn das für Dich okay ist). Beim Preis muss ich noch passen, da ich noch keine Daten bei seeed hochgeladen habe.

ZX Backplane - Prototype Board.png
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von siggi » 19.04.2017, 21:34

Hallo Torsten
die 5 nehme ich gern. Mal sehen, wie lange die reichen :)

Danke und Gruß
Siggi
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von tokabln » 22.04.2017, 23:45

Hallo siggi,

alles klar... dann werde ich Ende der kommenden Woche diese Platinen ordern. Ich habe gerade noch eine gleiche Platine für den MFA entworfen und darüber hinaus noch für das VDrive am H4TH Rechner (siehe entsprechenden Thread). Stellt sich die Frage ob Du (oder Joachim, da bin ich mir gerade nicht sicher) für den MFA auch welche haben möchtest... ich würde ggf. auch hier 10 Stück ordern.

Die Platinen werden wie folgt aussehen... (das Rendering meines Rechners ist leider nicht ganz so gut, deshalb sind die 3D Bilder etwas ungenau)

ZX Prototypen Board
ZX Backplane - Prototype Board.png
ZX Backplane - Prototype Board.png (415.55 KiB) 68 mal betrachtet

MFA Prototypen Board
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MFA Prototype Board.png (417.32 KiB) 68 mal betrachtet
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von siggi » 23.04.2017, 11:28

Am MFA-Rechner habe ich noch nicht viel gebastelt. Aber ich würde mir 3 Stück der Prototypen-Karte auf Lager legen (wenn ich dann mehr Zeit dafür habe: "Die Rente ist sicher" :mrgreen: )

Siggi
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Re: ZX-Backplane

Beitrag von tokabln » 23.04.2017, 11:30

Hallo Siggi,

okay... dann order ich je 10 Stück der Prototyp Karten und Du bekommst 5 ZX und 3 MFA Karten.

Alles klar, Danke.
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