Galvanische Trennung für einen Logic-Analyzer mit 8 Kanälen

(27.11.2012) Galvanische Trennung für Logic Analyzer mit 8 Kanälen. Geeignet für den Einsatz bis zu 2MBit mit 2V-Pegel und bei höheren Pegeln auch etwas schneller. Wie immer ist alles frei verfügbar, inkl. Schaltplan, Board, Ätzmaske und sogar ein Reichelt Einkaufskorb.

Ich habe ein Evaluations-Kit erworben, welches sich mit Sigrok zu einem sehr guten Logic-Analyzer umfunktionieren lässt. Allerdings fehlt dort eine galvanische Trennung. Daher habe ich einen dazu passenden Adapter mit galvanischer Trennung entworfen, der auch auf andere Logic-Analyzer übertragbar ist. Die Box trennt 8 Kanäle des Logic Analyzers galvanisch vom zu untersuchenden Gerät (DUT).

Versorgt wird die Box von Seiten des Logic-Analyzers, daher sollte dieser 5V bereit stellen oder eine externe 5V Versorgung angeschlossen werden. Mein Logic-Analyzer verwendet eine 10pol-Buchse, auf die im Original 8 Kanäle und zwei GND-Pins verfügbar sind. Einen GND-Pin habe ich abgeklemmt und vom USB-Anschluss über eine Schottky-Diode 5V (danach 4,8V) angelegt. Die Belegung stimmt jetzt mit den Atmel AVR-Kits überein. Pin 1-8 sind Kanal 0-7 des Logic Analyters, Pin9 ist GND und Pin10 4,8V.
Wer an seinem Analyzer keine 5V herausführen kann, der kann auch den DC/DC-Wandler neu verdrahten und so von Seiten des zu prüfenden Gerätes 5V beziehen.

Die Versorgung der Box ist notwendig, weil dort Hi-Speed Optokoppler (HCPL 2631, 10MBit) zum Einsatz kommen. Als Impedanzwandler am Eingang dient ein 74HCT245. Um die Versorgungsspannung von Ein- und Ausgangsseite zu trennen, wird ein DC/DC-Wandler verwendet. Der TME 0505S kann auch problemlos durch einen SIM1-0505 SIL4 erstzt werden. Ein Reichelt Warenkorb OHNE PLATINE UND IC-SOCKEL ist vorbereitet.

Features:

  • Trennung des Ziels vom Logic Analyzer. Im Vergleich zu USB-Isolatoren ist so der Logic-Analyzer selbst auch geschützt.
  • Galvanisch getrennte Versorgung des Zielgerätes möglich (4,8V..5V, max 100mA).
  • 8 galvanisch getrennte Kanäle
    ! nicht untereinander Kanalweise getrennt, aber gegenüber dem PC/Analyzer !
  • 10MBit-Übertragung möglich (bis 2MBit@2V und 5MBit@5V empfohlen)
  • Leichter Austausch defekter Bauteile, da keine SMDs.
    ! Nur wenn alle ICs und DC/DC-Wandler gesockelt sind !
  • Empfindliche Schaltschwelle (Laut Datenblatt 2V, im Test bei Raumtemperatur auch empfindlicher)

Ich vermeide mal Äußerungen über die Isolationsspannung des fertigen Gerätes, da diese sehr vom Layout und die Qualität des Ätz- oder Fräsvorgangs der Platine abhängt. Ich empfehle noch den Einsatz eines isolierenden Schutzlacks (z.B. KontaktChemie „Plastik“).
So viel sei gesagt: Der DC/DC-Wandler ist laut Datenblatt bis 1kV(DC) und der HCPL2631 bis 2,5kV(Vrms) ausgelegt.

Versuche:

Tests am Signalgenerator in Verbindung mit einem Oszilloskop zeigen aber eine Eignung bis 1,6V und 2MBit und 5MBit bei 3V-Pegel. Signale bis 10Mbit kommen zwar problemlos durch, können aber durch die Verschleppung der Signalflanken nicht mehr ordentlich beurteilt werden. Dann setzt am Ausgang eine starke Dämpfung ein, aber 20MHz am Eingang werden auch mit 20MHz am Ausgang abgebildet. Ich konnte nicht über 20Mhz testen, da mein Signalgenerator nicht schneller ist.
Digitale Schnittstellen mit 2MBit und 1,6V Pegel und sogar 5MBit Schnittstellen mit 3V-Pegel können aber sinnvoll untersucht werden, bei 8MBit treten erste Probleme auf und ab 10MHz taugt das Gerät für den praktischen Einsatz nur noch bedingt, da ein Rechtecksignal mit 50% Tastverhältnis zwar mit der richtigen Frequenz aber stark verfälschtem Tastverhältnis durchkommt. Allerdings ist der HCPL2361 nach Herstellerangaben auch nur bis 10MBit geeignet.
Mein Logic Analyzers beherrscht aber sowieso nur eine maximale Abtastrate von 24MHz. Daher ist das in Verbindung mit meinem Gerät praktisch keine Einschränkung. Wer es aber an einem anderen Logic-Analyzer verwendet, sollte das berücksichtigen.
Außerdem sind das Werte aus einem praktischen Test mit meinen Bauteilen bei Raumtemperatur -> Temperaturschwankungen und Bauteiltoleranzen werden nicht berücksichtigt!!

Schaltplan:

Schaltplan galvanische Trennung für 8-Kanal Logic Analyzer

Schaltplan galvanische Trennung für 8-Kanal Logic Analyzer

Eigenbau:

Der Eigenbau gestaltet sich denkbar einfach. Die Leiterplatte passt optimal in eine Strapubox (2029) und wenn man je links und rechts einen gewinkelten Stecker verwendet, muss man nur je eine kleine Öffnung machen und die Handhabung ist denkbar einfach.

Isolation 8 Kanal Logic Analyzer - Leiterplattenansicht oben

Isolation 8 Kanal Logic Analyzer – Leiterplattenansicht oben

8 Kanal Isolation gerendert oben

8 Kanal Isolation gerendert oben

Steckerbelegung:

8 Kanal Logic Analyzers Isolator PinOUT

8 Kanal Logic Analyzer Isolator PinOUT

Bilder der fertigen Version:

Shot 8CH LA housing

8 Kanal Isolation für den Logic Analyzers im Gehäuse

8CH LA isolation final PCB top

Platine des Isolators fertig Bestückt von oben

8CH LA isolation final PCB bottom

Platine des Isolators von unten

Bitte beachten (Buchsen und DC/DC-Wandler):

Im vorliegenden Layout werden zwei gewinkelte 10pol-Wannen eingebaut. Allerdings sind diese nur nach links abgewinkelt verfügbar. Daher habe ich einfach zwei nach links abgewinkelte Buchsen verwendet und bei einer die Stifte gezogen und so angeordnet, dass die Buchse nach rechts abgewinkelt wird. Wer das nicht machen möchte, kann auch eine gerade Wanne an der einen Seite der Platine verwenden.
Der DC/DC-Wandler wird so verbaut, dass Pin1 auf der Seite des Logic-Analyzer-Anschlusses liegt, also am Pin wo auf der Platine die Beschriftung JP1 wäre.

Und wie immer:
Ihr seid für den Einsatz des Gerätes und seinen Folgen selbst verantwortlich. Keine Haftung oder Gewähr bei Schäden!

Alternativen:

Analog Devices hat SMD-ICs mit der iCoupler-Technologie, wie den ADUM1200 (2 Kanäle in gleiche Richtung) und den ADUM1201 (2 Kanäle jeweils entgegengesetzt z.B. für UART) im Programm. Diese haben allerdings eine ziemlich hohe Eingangsimpedanz (1,1mA bis 2MHz und 4,8mA bis 25MHz), so dass auch hier wieder ein 74HCT245 sinnvoll wäre. Reichelt hat diese auch im Programm (ADUM 1200 AR – 1,90€ und ADUM1201 AR – 2,45€).

Download und Links:

2 thoughts on “Galvanische Trennung für einen Logic-Analyzer mit 8 Kanälen

  1. Hallo, wir betreiben hier eine ’77er Hitachi Maschine mit älterer TTL-Logic und einigen Funktionsproblemen. Deshalb haben wir uns einen Deditec Logic-Analyser LOGI-500 zugelegt. Da die Hitachi im Logikzustand ‚H‘ mit 10V – 12V arbeitet, wollten wir hierzu den Deditec Trennverstärker, der auch höhere Pegel verarbeiten kann, erwerben. Nun ist dieser leider nicht mehr lieferbar und ich bin somit, bei der Suche nach Ersatz, auf Ihren Artikel gestoßen. Können Sie mir freundlicher Weise mitteilen, ob ich Ihre ‚Galvanische Trennung für einen Logic-Analyser mit 8 Kanälen‘, z.B. mit veränderten Eingangswiderständen, hier einsetzen könnte? Freue mich auf Ihre Antwort.
    Mit freundlichen Grüßen,
    Werner Lienesch
    ADOX Fotowerke GmbH
    Produktionsleitung
    Pieskower Str. 30 A
    15526 Bad Saarow

    • Hallo Werner,
      wenn das ein Gerät aus den 77ern ist, dann gehen wir mal davon aus, dass hier die 1..4MHz nach außen nicht überschritten werden.
      Die Baugruppe zur galvanischen Trennung ist gegen höhere Spannungen nur bedingt geschützt, lässt sich aber aufbohren:
      Die Eingangswiederstand im Schaltplan links sind ein Spannungsteiler und eine Überstrombegrenzung (1k/1M).
      Zusammen mit der Eingangskapazität ist das aber auch schon die Eckfrequenz der Messung (etwa 33..47pF => 4MHz)

      Wenn du einen Spannungsteiler nimmst, müsste der sehr klein sein und würde die Stelle an der du die Messung machst stark belasten.
      Denn bei 47k/47k Spannungsteiler kommst du zwar wieder in die 5V-Region, aber kannst nur bis etwa 30..50kHz Messen.
      Wenn du mit sagen wir 0,5mA belasten kannst kommen wir auf einen Spannungsteiler von 12k/12k => Im günstigsten Fall 200kHz.

      Selbst wenn du mit dem Original-Aufbau arbeitest, müsstest du den Eingangswiderstand von 1k auf 10k ändern. Die Überspannung wird über die
      ESD-Dioden abgeführt. Die können 0,5..1mA ab. Dann wären auch nur Messungen bis 400kHz drin.

      Am sinnvollsten wird es wohl sein, dass du eine diskrete Eingangsstufe (z.B. bipolar) aufbaust und damit den Logic-Analyzer fütterst.
      Oder du brauchst die MHz-Region nicht und kommst mit 200kHz aus.

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