docs: Refine power multiplexer descriptions and formatting
- Enhanced VBackup-Multiplexer section with corrected technical details - Fixed component reference priorities (VDD supply via Q2, not Q1) - Improved Power-Multiplexer (External Sources) technical description - Added comprehensive component references in code format throughout - Clarified sequential activation logic and power-good signal behavior - Enhanced system advantages with voltage spike prevention details - Improved professional technical terminology and structure
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7c53764696
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177ed5ed57
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@ -4,6 +4,45 @@
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<!-- @import "[TOC]" {cmd="toc" depthFrom=1 depthTo=6 orderedList=false} -->
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- [Hardware-Dokumentation: Energieversorgung](#hardware-dokumentation-energieversorgung)
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- [Inhaltsverzeichnis](#inhaltsverzeichnis)
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- [Übersicht](#übersicht)
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- [Primäre Energiequellen](#primäre-energiequellen)
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- [Interne Spannungsversorgungen](#interne-spannungsversorgungen)
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- [Systemarchitektur](#systemarchitektur)
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- [Detailbeschreibung](#detailbeschreibung)
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- [Externe Energiequellen](#externe-energiequellen)
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- [USB-C-Anschluss](#usb-c-anschluss)
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- [Debug-Anschluss](#debug-anschluss)
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- [Batteriesystem](#batteriesystem)
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- [Li-Ion-Akku](#li-ion-akku)
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- [Akkuschutzschaltung](#akkuschutzschaltung)
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- [Fuel Gauge](#fuel-gauge)
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- [Backup-Batterie (CR1220)](#backup-batterie-cr1220)
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- [Energiebilanzierung](#energiebilanzierung)
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- [Ausgangsdaten](#ausgangsdaten)
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- [Verbrauchsanalyse](#verbrauchsanalyse)
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- [Spannungswandlung](#spannungswandlung)
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- [Power-Multiplexer (Externe Quellen)](#power-multiplexer-externe-quellen)
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- [Ladeschaltung](#ladeschaltung)
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- [Buck-Boost-Wandler (3,3 V)](#buck-boost-wandler-33-v)
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- [SD-Karten-Schalter](#sd-karten-schalter)
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- [Low-Dropout-Regulator (3,3 V)](#low-dropout-regulator-33-v)
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- [VBackup-Multiplexer](#vbackup-multiplexer)
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- [Bauteilauslegung](#bauteilauslegung)
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- [N-Kanal-MOSFETs](#n-kanal-mosfets)
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- [P-Kanal-MOSFETs](#p-kanal-mosfets)
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- [Referenzen und Datenblätter](#referenzen-und-datenblätter)
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- [Energiemanagement-ICs](#energiemanagement-ics)
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- [USB-Erkennung](#usb-erkennung)
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- [Spannungsregler](#spannungsregler)
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- [Diskrete Halbleiter](#diskrete-halbleiter)
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<!-- /code_chunk_output -->
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## Übersicht
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Das Energieversorgungssystem des PowerProfilers basiert auf einem dreistufigen Konzept:
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@ -230,7 +269,22 @@ Diese Standzeit von über 7 Monaten gewährleistet ausreichend Schutz vor Tiefen
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**Implementation:** Diskrete Lösung mit P-Kanal-MOSFETs
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**Funktion:** Intelligente Umschaltung zwischen USB-C und Debug-Anschluss
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*[Detailbeschreibung folgt]*
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**Funktionsprinzip:**
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**Debug-Priorität (Standby-Zustand):**
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Die Versorgung vom Debug-Anschluss wird durch den Pull-Down-Widerstand `R1` am Gate von `Q1` durchgeschaltet, sobald eine Spannung am Debug-Anschluss anliegt. Gleichzeitig wird `Q2` durch `R3` sperrend gehalten, da sein Gate über `R3` auf 5 V gezogen wird.
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**USB-Priorität (Aktiv-Zustand):**
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Beim Anschluss einer USB-Versorgung wird `Q1` sofort sperrend, da das Gate von `Q1` durch `R2` auf die USB-Spannung gezogen wird. Nach einer definierten Verzögerungszeit schaltet der `bq24239` den `n_CHG_AL`-Open-Drain-Ausgang auf GND und zieht damit das Gate von `Q2` über `R4` auf Masse. `Q2` wird leitend und die Laderversorgung erfolgt vom USB-Anschluss.
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**Umschaltverhalten:**
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Während der Umschaltung zwischen den Quellen ist das System kurzzeitig stromlos (bei nicht angeschlossenem Akku). Dies ist akzeptabel, da es sich um einen aussergewöhnlichen Betriebszustand handelt. Die Schaltung gewährleistet:
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- Betrieb ausschliesslich vom Debug-Anschluss (ohne Akku/USB)
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- Verhinderung von Kurzschlüssen zwischen den Versorgungsquellen
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- USB-Priorisierung im Normalbetrieb (Debug-Anschluss nicht gesteckt)
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#### Ladeschaltung
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**Hauptbaustein:** bq24296M (Texas Instruments)
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@ -337,24 +391,32 @@ SD-Karten können auch im Idle-Zustand signifikanten Stromverbrauch aufweisen. D
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**Dropout-Verhalten:**
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Bei Akkuspannungen unter 3,3 V arbeitet der LDO im Dropout-Bereich, wobei die Ausgangsspannung der Eingangsspannung minus Dropout-Spannung folgt. Dies kann zu I²C-Pegelkonflikten führen, weshalb der VBackup-Multiplexer bei aktivem DC/DC-Wandler auf VDD umschaltet.
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#### Power-Multiplexer
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**Baustein:** TPS2116 (Texas Instruments)
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**Funktion:** Intelligente Umschaltung zwischen DC/DC-Wandler und LDO für VRTC
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#### VBackup-Multiplexer
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**Implementation:** Diskrete Lösung mit Schottky-Dioden und P-Kanal-MOSFET
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**Funktion:** Intelligente Umschaltung zwischen DC/DC-Wandler und LDO für VRTC
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**Funktionsprinzip:**
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**LDO-Betrieb (DC/DC-Wandler inaktiv):**
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Bei ausgeschaltetem DC/DC-Wandler wird das Gate von `Q1` über `R2` nach GND gezogen, wodurch der N-Kanal-MOSFET ausgeschaltet bleibt. Das Gate von `Q2` wird über `R5` auf die Spannung an der Source gezogen, wodurch auch dieser P-Kanal-MOSFET ausgeschaltet bleibt. Die Versorgung von `VRTC` erfolgt über die Schottky-Diode `D1` direkt vom LDO.
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**DC/DC-Betrieb (DC/DC-Wandler aktiv):**
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Beim Einschalten des DC/DC-Wandlers wird von diesem das `Power Good`-Signal (Open-Drain-Ausgang) zunächst auf GND gezogen. `Q1` bleibt sperrend, der Mikrocontroller verbleibt im Reset-Zustand. Sobald die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers stabil ist, schaltet dieser den Open-Drain-Ausgang `Power Good` frei, wodurch das Gate von `Q1` über `R1` auf 3,3 V gezogen wird. `Q1` wird leitend und zieht folglich das Gate von `Q2` über den leitenden `Q1` auf GND, wodurch auch `Q2` leitend wird.
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Der Stromfluss vom LDO über `D1` wird unterbunden, da die Ausgangsspannung des LDO gleich gross oder kleiner als die des DC/DC-Wandlers ist. Die Versorgung von `VRTC` erfolgt nun direkt über `Q2` vom DC/DC-Wandler.
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**Prioritätenschema:**
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1. **Priorität 1:** VDD (DC/DC-Wandler aktiv)
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2. **Priorität 2:** LDO-Ausgang (DC/DC-Wandler inaktiv)
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1. **Priorität 1:** VDD (DC/DC-Wandler aktiv) - Direktversorgung über `Q2`
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2. **Priorität 2:** LDO-Ausgang (DC/DC-Wandler inaktiv) - Versorgung über `D1`
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Der Multiplexer gewährleistet:
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- Unterbrechungsfreie Versorgung der RTC
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- Einheitliche Signalpegel für I²C-Kommunikation
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- Automatische Umschaltung ohne MCU-Eingriff
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*[Detailbeschreibung der diskreten Implementierung folgt]*
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**Systemvorteile:**
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- Unterbrechungsfreie Versorgung der RTC während Umschaltungen
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- Einheitliche Signalpegel für I²C-Kommunikation bei aktivem DC/DC-Wandler
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- Automatische Umschaltung ohne Mikrocontroller-Eingriff
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- Minimaler Spannungsabfall durch direkte MOSFET-Schaltung bei hoher Priorität
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- Sequenzielle Aktivierung verhindert Spannungsspitzen während des Starts
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## Bauteilauslegung
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File diff suppressed because it is too large
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Before Width: | Height: | Size: 61 KiB After Width: | Height: | Size: 112 KiB |
File diff suppressed because it is too large
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Before Width: | Height: | Size: 129 KiB After Width: | Height: | Size: 143 KiB |
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