Was ist der Sinn dieser Komponenten auf dem Schaltplan? (Digispark ATtiny85)

C1 + C2: Diese dienen der „Netzentkopplung“. Logikschaltungen wie ein Mikrocontroller ziehen in kurzen Spitzen Strom aus der (5-V-)Versorgung. Dies würde dazu führen, dass die Versorgungsspannung abfällt und nicht konstant wird, was sich auf alle Schaltkreise auswirkt.

Dies kann durch das Hinzufügen von "Versorgungsentkopplungskondensatoren" (manchmal auch als Bypass-Kondensatoren bezeichnet) gelöst werden, da sich diese wie ein lokaler Energiespeicher in der Nähe der Chips verhalten. Wenn ein Chip eine Stromspitze aus der Versorgung zieht, versorgt ihn der Kondensator anstelle des USB-Anschlusses, des Netzteils oder der Batterie. Dies macht die Stromschleife kurz (zwischen IC und Kondensator) und minimiert somit Funkwellenemissionen (EMI). Außerdem verhindert es Probleme in anderen Schaltkreisen innerhalb des Chips und auch in anderen Chips.

Für die Dioden: siehe Indradeels Antwort.

Die Diode D3 ist in diesem Digispark-Schaltplan falsch dargestellt und entspricht nicht der tatsächlichen Hardware-Konfiguration. Tatsächlich enthält die Digispark-Hardware es mit umgekehrter Polarität, sodass der USB +5 V an das Gerät liefern kann, während eine externe Stromversorgung den USB nicht mit Strom versorgt (um externe Host-Geräte zu schützen, die über USB angeschlossen sind, wenn der Digispark wird über 5-V- oder VIN-Pins mit Strom versorgt).

Durch die in diesem schematischen Diagramm dargestellte umgekehrte Diodenpolarität wäre der USB nicht in der Lage, das Digispark-Gerät mit Strom zu versorgen, was er tatsächlich tut.

Eine Implikation der D3-Diode ist, dass bei der Stromversorgung eines Digispark-Geräts mit 3,3 V am 5-V-Pin zuerst der USB physisch getrennt werden muss (außer dem Entfernen des Linearreglers).

Das Digispark-Gerät nutzt eine Bit-Bang-Implementierung des USB-Protokolls über PB3 und PB4; Die beiden Zenerdioden D1 und D2 sind Teil der zugehörigen physikalischen Schnittstelle und begrenzen die Spannung der USB-Datenleitungen auf 3,6 V, was (in etwa) der USB-Standardspezifikation entspricht. Tatsächlich wird USB D- auf +5 V hochgezogen, um dem USB-Host ein Gerät mit niedriger Geschwindigkeit anzuzeigen, und das D1-R3-Netzwerk verringert die D- Spannung auf 3,6 V. Auch wenn der IC die USB-Schnittstelle über PB3 und PB4 ansteuert, reduzieren die R1-D1- und R2-D2-Netzwerke die Schnittstellenspannung von USB D- bzw. USB D+ und begrenzen sie auf 3,6 V. Diese vereinfachte physische USB-Schnittstelle hat den Nachteil, zusätzlichen Strom zu ziehen, auch wenn USB nicht verwendet wird, wie nachfolgend erläutert wird.

Das Netzwerk aus zwei Bypass-Kondensatoren ist ein Standardansatz, wenn ein IC mit Strom versorgt wird, wobei die beiden Kappen so nah wie möglich an den Vcc- und GND-Pins platziert werden (es entspricht auch den im ATtiny85-Datenblatt erwähnten Noise Cancelling-Techniken). Der größere Kondensator glättet niederfrequente Schwankungen in der Versorgungsspannung und verwaltet Übergangsströme, die auftreten, während der IC Zustände wechselt (insbesondere beim Ansteuern externer Geräte), und der kleinere Kondensator unterdrückt hochfrequente Transienten des Takts.

Beachten Sie, dass R3-D1 den Nachteil hat, immer Strom zu verbrauchen (etwa 1 mA bei 5 V = 5-3,6 V) / 1,5 kOhm in diesem Schaltplan), was eine vernünftige Leistung ist, insbesondere wenn der Linearregler entfernt wird (um ihn zu aktivieren Stromversorgung des Digispark über externe +5 V ohne Rückspeisung des 78M05-Linearreglers), R4 wird entfernt (um die PWR-LED zu deaktivieren, die Strom verbraucht) und der ATtiny85-IC wird in den Power-Down-Schlafmodus versetzt. Eine Problemumgehung wäre, den R3-Pullup von 5 V auf USB V+ zu verschieben, indem die Diode D3 ausgenutzt wird, sodass die D-Schnittstelle auf 3,6 V eingestellt wird, wenn das USB-Gerät angeschlossen ist (Verlust von etwa 5 mW), während kein Strom von D3- gezogen wird. R3-D1, wenn der Digispark über einen 5-V-Pin mit Strom versorgt wird. Außerdem kann PWR LED-R4 an USB V+ anstelle von 5 V angeschlossen werden,

Eine allgemeinere Implikation der beiden Zener-Dioden ist, dass das Setzen von PB3 und PB4 auf High (entweder im Eingangs- oder Ausgangsmodus) einen (signifikanten) zusätzlichen Strom nach den Ausdrücken (V[PB3]-3,6)/R1 und (V[PB4]- 3.6)/R2 (z. B. 21 mA bei 5 V, daher ist es besser, PB3 und PB4 nicht mit 5-V-Logik zu verwenden, während dieses Problem mit einer 3,3-V-Stromversorgung bei 8 MHz überwunden wird).

Informationen zu den Kondensatoren finden Sie in Bimpelrekkies Antwort.

Die Zenerdioden D1 und D2 reduzieren die USB-Datenleitungen auf USB-High von 3,6 V.

Die Diode D3 verhindert, dass USB-5-V-Transienten oder Überspannungen den 5-V-Reglerchip V1 oder die übrigen Komponenten beschädigen. Das Gerät scheint nicht nur ein USB-Gerät zu sein. Es hat auch einen eigenen Stromeingang für den Standalone-Betrieb. Die Diode schützt diese Stromversorgung und alles andere auf der Platine, wenn sie an USB angeschlossen ist. Die USB-Spezifikation hat eine höhere Grenze von 5,25 V, sodass der integrierte 5-V-Regler möglicherweise beschädigt werden könnte. Ich würde vermuten, dass es die Aufgabe des PC-Designers wäre, eine Diode am USB-Anschluss anzubringen, um den USB-Chip zu schützen. In jedem Fall kann die 5-V-Verbindung zu USB selbst ohne negative Auswirkungen entfernt werden, und dann wäre die Diode nicht erforderlich. Dies liegt daran, dass die Datenleitungen massebezogen sind.