Kategorier
Jordning

Jordning

Inom en apparat

Vad man ska tänka på är hur strömmarna i jordförbindelserna från de olika delarna går, och se till så att starka strömmar från kretsar som förbrukar mycket ström inte går samma väg som svaga strömmar från lågnivåkretsar. I så fall kan man nämligen få självsvängningar, störningar eller distorsion i sin apparat.

Strömmar i gemensam jordledning

I bilden ovan har man dragit jorden från slutsteget till jord i chassit och på vägen kopplat på jorden från lågnivåsteget och sedan strömförsörjningen. Om vi antar att jorden är minus, så har vi inte ritat ut plusmatningen i bilden, den får man tänka sig. Slutsteget drar en stor ström I1 och lågnivåsteget en liten ström I2 från strömförsörjningen och dessa ska naturligtvis tillbaka till strömförsörjningen genom jordledningen. Jordledningen mellan slutsteg och lågnivåsteg har resistansen R1 och mellan lågnivåsteg och strömförsörjningen resistansen R2.

Strömmen genom R2 blir naturligtvis I1+I2, och den orsakar spänningsfallet R2*(I1+I2) = R2*I1 + R2*I2 i jordledningen från lågnivåsteget till strömförsörjningen. När nu slutsteget lämnar en stark signal till sin belastning, kommer det att dra en stor och varierande ström I1. Denna ström ger ett märkbart spänningsfall R2*I2 i jordledningen, vilket får till effekt att lågnivåstegets jordreferens ”hoppar upp och ner” i takt med signalen från slutsteget. Det innebär i sin tur att en del av signalen från slutsteget överlagras på insignalen till lågnivåsteget, och vi får återkoppling som kan leda till självsvängning, oftast lågfrekvent, s.k. ”motorboating” på engelska, det låter som en tändkulemotor, om vi har riktig otur. Har vi mindre otur kommer vi bara att få in andra störningar från slutsteget till lågnivåsteget via jordledningen.

Istället ska man koppla separata jordledningar från varje del av apparaten till en gemensam jordpunkt, som bör ligga nära strömförsörjningen, eftersom det är dit som alla strömmar ska komma tillbaka.

Rätt sätt att koppla jordledningar

Analog jord och strömförsörjningen

Man bör se upp med vart man kopplar in den analoga jorden till strömförsörjningen. Om man har en strömförsörjning med positiva och negativa spänningar, t ex för operationsförstärkare, ska man inte koppla den analoga jorden till den ena reservoarkondensatorn, som visas i bilden nedan:

I ledningen mellan de båda kondensatorerna går nämligen starka laddningsströmpulser till kondensatorerna, och om man kopplar som i bilden så kommer man att få in störningar från dessa pulser in i lågnivakretsarna via den analoga jorden.

Istället ska man koppla så här:

Den korta, grova anslutningen ska gå ut från ledningen mellan kondensatorerna, exakt mitt på denna. Analoga jorden kopplar man sen till änden på denna anslutning, då kommer det inte att gå några störströmmar i den korta anslutningen och man slipper störningar in i lågnivåstegen via jorden.

Mellan apparater

Kategorier
Digitala gränssnitt

Digitala gränssnitt

I2C

I2C är ett tvåtrådsgrässnitt som uppfanns av Philips för att använda i hemelektronik mellan kretsar i en apparat. Det skulle vara enkelt och billigt men ändå hyfsat snabbt, från början 100 kbit/s men nu kommer den upp i 3.4 Mbit/s för dubbelriktad kommunikation. Kretsarna på bussen adresseras med en 7-bitars adress vilket alltså tillåter 128 adresser. Man skickar datapaket mellan kretsarna på bussen, och vilken krets som helst kan vara master eller slav. Ledningarna på bussen är öppen kollektor, dvs de måste drivas till hög nivå med ett motstånd till plus, och kretsarna driver ledningarna låga via sina utgångar. På så vis kan man koppla ihop alla kretsarna på samma ledningar. Kretsarna upptäcker om två stycken försöker sända samtidigt och kan då försöka igen.

SPI

SPI uppfanns av Motorola ungefär samtidigt som Philips uppfann I2C. Det är en fyrtrådsbuss med en master och en eller flera slavar, där ledningarna är klocksignal, data master till slav, data slav till master och ”Slave Select”, som pekar ut en viss slavkrets som mottagare. För att kommunicera med flera slavar kan mastern antingen använda sig av flera Slave Select-ledningar, eller så kan slavarna skicka vidare data till varandra i en kedja. Dataledningarna är tristate, dvs de kopplas elektriskt bort från bussen när de inte är aktiva.

Kategorier
Displayer, lampor etc

Displayer

Det finns många displayer man kan använda till exempelvis en Arduino. Vill man visa både text och bild eller grafik finns ett antal små trevliga displayer, både monokroma (visar bara en enda färg) och med färg. Det bekvämaste är troligen att välja en display som har antingen IIC/I2C-gränssnitt eller SPI-gränssnitt. Dessa är seriella gränssnitt som använder fyra trådar per enhet för SPI, respektive två trådar för samtliga I2C-enheter. Jag beskriver SPI och I2C kort längre fram, och även i andra blogginlägg.

TFT/OLED

Vanligast för grafiska displayer är TFT eller OLED. TFT är den äldre tekniken och TFT betyder Thin Film Transistor LCD, alltså flytande kristalldisplay med tunnfilmstransistorer. Vad betyder nu detta? Jo, att varje pixel i displayen styrs av en egen transistor på displayen. Det är alltså en äldre teknologi som kräver bakgrundbelysning. Bakgrundsbelysningen är numera LED-baserad.

Exempel på TFT-display:
128×160 px med SPI-gränssnitt och bakgrundsbelysning
128x160 px SPI TFT

OLED, Organic Light-Emitting Diode, är en display där varje bildpunkt utgörs av en liten lysdiod av organiskt material. Den behöver alltså ingen bakgrundsbelysning, vilket gör att den drar mindre ström, kan visa djupare svarta fält, blir tunnare och lättare än en TFT-display och kan ge högre kontrast än en TFT-display när det är låg omgivande ljusnivå.

Exempel på OLED-displayer:
Liten billig display (128×32 px) med I2C-gränssnitt
128x32 px OLED
Lite större display (128x64px) med I2C-gränssnitt
128x64 px OLED