Signalansteuerung mit Multiplex Technik

Prinzip

    Multiplex Technik mit dreiwertiger Logik (engl. Charlieplexing) ist eine Technik zur Reduzierung der Leitungszanzahl zu den Leuchtstellen und damit besonders für Signale auf der Modellbahn interessant, wo die Zahl der Zuleitungen im Signalmast aus optischen Gründen minimal sein soll. Bei Charlieplexing werden die die LEDs nicht gegen GND oder VCC angesteuert, sondern sind zwischen den Ausgangsleitungen verdrahtet. Dabei werden die einzelnen Ausgänge und damit die zwischengeschalteten LEDs dann im Zeitmultiplex aktiviert, wobei jeder Ausgang den Zustand HIGH, LOW oder TRI-State annehmen kann.
    Die Zahl der maximal möglichen LED ergibt sich in Abhängigkeit von der Leitungszahl einfach durch Kombinatorik; im folgenden beschränken wir uns auf max. 4 Leitungen.
    Charlieplexing 12 LEDs
    Daraus ergeben sich 12 theoretisch mögliche Ansteuermöglichkeiten für LEDs, welche zwischen 2 beliebigen Pins liegen können (2 aus 4, multipliziert mit 2 (wegen Polarität). Angesteuert wird das dadurch, dass man der Reihe nach jeden der 4 Pins für ein viertel der Zykluszeit high setzt und dabei die entsprechenden anderen Pins entweder Tri-State oder Low schaltet. Wenn dabei 2 LEDs in Reihe zu liegen kommen, so wird doch wegen der direkten LED kein Strom über die Reihenschaltung fließen, sofern die Summe der 'Forward'-Spannungen dieser beiden LEDs kleiner als die der direkten LED ist.
    Probleme bereiten hierbei fallweise unterschiedliche Durchlaßspannung und Helligkeiten der LEDs.
    Es ist zu beachten, dass der entsprechende Vorwiderstand in der Ausgangsleitung des Dekoders vorgesehen wird.

Beispiel: Viessmann KS-Signale

    Mit Erscheinen der Viessmann KS-Signale (z.B. 4043 oder 4046, 5224) sind Signale mit dieser Technik kommerziell verfügbar geworden. Leider hat Viessmann beim zugehörigen Decoder 5229 zur Ansteuerung nicht auf den erweiterten Signalbegriff von DCC aufgesetzt, sondern notgedrungen eine gestelzte Lösung mit mehreren kombinierten Weichenbefehlen realisiert, um mit bisherigen Zentralen und auch mit der Motorolawelt kompatibel zu sein. Es wurde mir aber mitgeteilt, dass nach einem Update in Zukunft auch mit der Ansteuerbarkeit des 5229 über die erweiterten DCC-Signalbefehle zu rechnen ist.

    Zur eleganten Ansteuerung mit DCC extended accessory kann man OpenDecoder verwenden, die Abbildung der dort genannten LEDs auf die Viessmannsignale ist im folgenden dargestellt.

    Im Mast sind die vier Leitungen verlegt, im Signalbild selbst befindet sich die LED-Matrix, jedoch noch keine Vorwiderstände. Die Leitungen sind auf einen quadratischen Stecker zusammengeführt, der Stecksockel (System Stiftbuchsen, Pitch 2.00 mm) ist wie folgt angeordnet, wobei ein Markierungsstrich bzw. Aufkleber bei den Pins 1-3 ist:
    Pinanordnung: 
    24
    13
    Multiplex-Pinbelegung, Ansicht von oben auf die Dekoderplatine (Stifte).
    (Die Nummerierung erfolgt hier gemäß der bei Flachbandverbindern üblichen Reihenfolge; wenn man von unten auf die am Signal angecrimpten Buchsenkontakte sieht, invertiert sich Reihenfolge.)
    In den Viessmannsignalen sind sehr helle Diode verbaut, 1mA Strom (bei Normalbetrieb) reicht. Nimmt man einen Multiplexfaktor von 8 an, so ergeben sich ca. 8mA Strom. Da in jeder Ausgangsleitung ein Widerstand ist, verteilt sich das auf beide Widerstände und mit 180 Ohm kommt man in etwa auf diesen Strom.
    Viessmann Anschluß
    Es ergibt sich folgende Ansteuertabelle:
    LED Pin+  Pin- Leuchtende LED
    112W2, Rangiersignal (oben)
    213Ks2, Gelb
    314-
    421W3, Rangiersignal (unten)
    523Ks1, Grün
    624Zs3, Geschwindigkeitstafel (Weiß, nur wenn reduzierte Geschwindigkeit)
    731W1, kurzer Abstand
    832Hp0, Rot
    934-
    1041-
    1142Zs3v, Geschwindigkeitstafel (unten)
    1243-
    Je nach Signalausführung sind nicht alle LEDs bestückt.

Details zur Ansteuerung

    Es ist darauf zu achten, dass immer nur eine LED leuchtet, damit sich nicht 2 LEDs mit unterschiedlicher Durchflußspannung parallel befinden und die LED mit der höheren Durchflußspannung nicht leuchtet. Man muß hierbei aber nicht alle 12 möglichen Phasen einzeln durchtakten, selbst beim komplexen Signalbegriffen leuchten nicht mehr als 8 LEDs gleichzeitig. (Zs0 mit 3 weißen LEDs, kombiniert mit Hp00 sind es 5 LEDs. Des weiteren gibt es Ziffern bei Zs2/Zs2v/Zs3/Zs3v und das extra Licht bei kurzem Signalabstand, max. 7 Ausgänge).

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