Protezione GPIO Raspberry PI3

[bios85]

Salve a tutti, in questi giorni sto lavorando ad un progetto che prevede l'utilizzo di una raspberry PI3, alla quale è collegata una shield con a bordo lo stadio di alimentazione ed un RTC, Il tutto ubicato in un alloggiamento da installare poi su guida DIN.
Questo dispositivo deve dare la possibilità di collegare in futuro dei moduli aggiuntivi collegati mediante un BUS su guida din. I segnali che ho pensato di rendere disponibile sul BUS sono:
1) I2C
2)SPI
3)Qualche GPIO
4)Alimentazione e massa
Arriviamo al dunque, tutti questi segnali (alimentazione a parte) provengono direttamente dal connettore GPIO da 40 pin della raspberry, quindi direttamente dal processore! Questo è un problema perché rende il tutto molto delicato e di facile rottura.
A tal punto sto cercando di trovare un modo per proteggere questi segnali da sovratensione e scariche varie, cercando in rete ho notato che vengono utilizzati dei buffer tipo il SN74LVC1G125 della TI.
Qualcuno di voi ha avuto qualche esperienza simile? Potete darmi qualche consiglio su come muovermi?
Ringrazio tutti anticipatamente

[boiler]

La risposta è semplice: né I2C né SPI sono adatti ad essere portati a spasso. Se poi parli di guida DIN, probabilmente è in ambiente "rumoroso".

Se dovessi farlo io userei un transceiver RS-485 e userei questa interfaccia come bus per la comunicazione tra i diversi moduli.

Si pilota come fosse una UART.

Il bus è solidissimo e se lo tieni corto supporta anche velocità sostenute (in ogni caso maggiori ad un I2C!). Puoi avere parecchi apparecchi sullo stesso bus.

Vedi per esempio qui:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd485e.pdf
La protezione ESD, per tornare al tema iniziale, è integrata nel transceiver.

Boiler

[boiler]

Per intenderci, quando scrivo di tenerlo "piuttosto corto", intendo che a 30 metri fai comunque ancora 1 Mbps in scioltezza

[bios85]

Ciao, grazie per la risposta e i consigli che mi hai dato!
So benissimo quali sono i limiti di I2C e SPI, ma l'idea di portare su bus questi segnali l'ho trovata in rete su dispositivi che sono appunto in vendita!
Ovviamente il bus su guida DIN avrà i suoi limiti, stiamo parlando di aggiungere moduli di espansione per una lunghezza massima del BUS di circa 30 cm. Comunque, l'utilizzo di I2C e SPI sul BUS mi permette di creare moduli di espansione senza l'utilizzo su essi di microcontrollori, cosa invece necessaria se si utilizza il 485, considerando che come dispositivo master ho una raspberry PI 3 mi sembra poco logico utilizzare anche dei microcontrollori, il tutto si traduce anche in minori costi di progettazione!
Giusto per capire di cosa sto dicendo, vi metto il link della custodia per raspberry su guida din che voglio utilizzare:
https://www.phoenixcontact.com/online/portal/it/?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2202874&library=itit&pcck=P-01-12-01-07&tab=1&selectedCategory=ALL
da quello che ho potuto capire io, il bus è appositamente fatto per segnali e alimentazione, quindi non dovrei avere problemi a rigurdo.... l'unica cosa che stavo cercando è come proteggere elettricamente tutti i GPIO che metterò a disposizione sul bus? Dei buffer tipo il SN74LVC1G125 della TI possono andare bene? Cosa si usa generalmente?
Grazie ancora

[boiler]

So benissimo quali sono i limiti di I2C e SPI

Quali sono allora? E come pensi di risolvere i problemi che ti daranno?

ma l'idea di portare su bus questi segnali l'ho trovata in rete su dispositivi che sono appunto in vendita!

Non vuol dire niente.

il tutto si traduce anche in minori costi di progettazione!

Questo non solo è sbagliato, ma è sbagliatissimo.
Un "progetto" arraffazzonato produrrà problemi sul campo, la cui soluzione sarà di ordini di grandezza piú costosa rispetto ad un progetto ben fatto.

il bus è appositamente fatto per segnali e alimentazione

Quale bus?

l'unica cosa che stavo cercando è come proteggere elettricamente tutti i GPIO che metterò a disposizione sul bus?

Mettere a disposizione dei GPIO su un bus?!?
Cosa stai dicendo?

Dei buffer tipo il SN74LVC1G125 della TI possono andare bene?

Lo stadio di uscita di quei buffer è identico (per quanto riguarda la tecnologia) allo stadio di uscita del microprocessore. Si guasterà quello e vabbè... lo cambiamo, costa poco... Classica soluzione ad minchiam.

Cosa si usa generalmente?

Un bus adatto, come un RS-485, CAN, Industrial-Ethernet, HART,...

Se proprio vuoi proterregere i tuoi GPIO, sicuramente ti serve una protezione ESD. A dipendenza di cosa ci si collega può essere necessaria anche un filtraggio EMC, una protezione da sovratensioni,... non c'è una ricetta universale. Dipende dall'applicazione e dai suoi requisiti.

Ci sono ad ogni modo componenti integrati per questo tipo di protezioni:
http://www.bourns.com/docs/Product-Data ... -0502B.pdf
Sono in generale da preferire a diodi discreti per una questione di carico capacitivo parassita sul bus (guarda che gentile, ti sto dando un suggerimento per rispondere alla prima domanda di questo messaggio) e di induttanza parassita in serie alla via di scarico in caso di intervento.

Boiler

[bios85]

Ok grazie