S88 Rückmeldung

Der S88 Bus wird in der Modellbahnsteuerung zur Rückmeldung von verschiedensten Zuständen auf der Anlage genutzt. Dies können z.B. Kontaktgeleise, andere Rückmelder, entsprechende Kontakte an Weichenantrieben oder auch manuell bediente Taster sein. Mit einer Rückmeldung wird ein automatischer Fahrbetrieb auf der Modellbahnanlage ermöglicht. Viele aktuelle Modellbahnsteuerungen verfügen über einen S88 Anschluss, es werden auch Adapter für den direkten Anschluss an einen PC angeboten.

Interner Aufbau

Der S88 Bus ist lediglich ein langes serielles Schieberegister, welches mit den Bausteinen 4014 aufgebaut ist. Um auch sehr kurze Potenzialänderungen zu regsistrieren wird den eigentlichen Schieberegistereingängen noch jeweils ein Flip-Flop vorgeschaltet (Baustein 4044). Die meisten käuflichen S88 Module beinhalten zwei Schieberegister Bausteine mit je 8 Eingängen, total also 16 Eingänge. Die eigentliche Bauweise würde jedoch jede Modulgrösse mit einem Vielfachen von 8 Eingängen erlauben.

S88-N

S88-N ist elektrisch absolut identisch mit S88, die Verbindung zwischen den Decodern wird jedoch mit kostengünstigen Ethernet-Kabeln hergestellt.

Grundlegendes Problem des S88

In der Datenübertragung ist es üblich Fehlererkennungs- und immer öfters Fehlerkorrektur-Mechanismen zu verwenden. Der S88-Bus ist weder mit Fehlererkennung (z.B. Parity oder CRC) noch mit einer Fehlerkorrektur (z.B. ECC) ausgestattet. Entsprechend werden Fehler bei der Datenübertragung zuverlässig als Wahrheit entgegengenommen. Selbstverständlich bringen eben diese Fehler den Automatik-Betrieb einer Modelleisenbahn-Anlage zuverlässig durcheinander. In extremen Fällen kann dies die Dimension einer Kirmes-Beleuchtung annehmen.

Das beste Kabel für S88-N: Cat. 5e UTP

In Internet-Foren - aber teilweise auch von Herstellern - erhält man oft den Rat geschirmte Ethernetkabel zu verwenden. Ich bin hier ganz klar anderer Meinung, geschirmte Kabel sind nicht nötig. Im Gegenteil: Je nach Zentrale sind sie sogar kontraproduktiv.

Die besten Resultate in Sachen Kabel habe ich mit ungeschirmten Cat. 5e UTP Kabeln erreicht. Die Erfahrung und auch Oszilloskop-Messungen haben mir gezeigt, dass Cat. 6 und Cat. 7 Kabel (mit Schirm) weniger gut geeignet sind. Bei den geschirmten Kabeln (Cat. 5 STP und FTP, sowie Cat. 6 & 7) wird das Signal zu stark durch den Schirm beeinträchtigt. Mit Cat. 5e Kabeln habe ich inzwischen 17 LDT-Rückmeldemodule an einem Bus. Der Bus ist in denselben Kabelkanälen wie die Bahnstromversorgung und der 230V-Leitung. Dies ohne Probleme.

Bei neu verkauften Kabeln wird heute üblicherweise auf das "e" bei Cat. 5e verzichtet. Neu verkaufte Kabel Cat. 5 erfüllen üblicherweise die Standards von Cat 5e.

Galvanische Trennung

In der Anfangszeit wurde der S88-Bus entweder am Märklin Memory 6043 oder am Märklin Interface 6050/6051 angeschlossen. Bei dieser ersten Generation von Märklin Digital-Komponenten war die S88-Masse intern elektrisch verbunden mit der Bahnstrom-Masse.

Seit der Märklin Central Station arbeitet Märklin hingegen nicht mehr mit der gemeinsamen Masse, sondern für den Gleisanschluss mit einer Gegentacktendstufe. Damit ein S88-Bus mit einer Gegentendstufe zuverlässig funktioniert ist es jedoch unerlässlich, dass die S88 Masse galvanisch absolut zuverlässig getrennt ist von der Bahnstrom Masse.

Bei einigen Central Station 2 habe ich festgestellt, dass diese Voraussetzung nicht gegeben ist. Ein zuverlässiger Betrieb ist deshalb nur möglich, wenn diese zwingende galvanische Trennung statt in der Zentrale sonst gemacht wird. Das kann einerseits mit Optokopplern im S88-Bus zwischen Zentrale und erstem Modul gemacht werden. Oder es können ausschliesslich Rückmelder mit Optokopplern am Eingang verwendet werden.

Gängiger Fehler bei der Verkabelung

Die meisten S88-Module haben einen separaten Masseanschluss. Dieser Masseanschluss ist ausschliesslich dafür da, um mit einem Schalter oder Reed-Relais das Potenzial der Rückmeldeeingänge auf Low zu ziehen. Dieser Masseanschluss darf aber nie mit der Masse der Modellbahn verbunden werden. Man merke sich: S88-Masse ≠ Bahnstrom-Masse! In den allermeisten Fällen, in denen ich eine Anlage mit einem problematischen S88-Bus gesehen habe wurde genau dies jedoch gemacht. Dies kann zu sehr hohen Ausgleichströmen im S88-Bus führen, was diesen auch stark beeinträchtigt.

Es gibt einige wenige Zentralen, die es erfordern an einem einzigen (wirklich nur einem einzigen!) Modul eben diese Masseverbindung zu machen (weil es in der Zentrale nicht gemacht wird). Wenn es wirklich nötig ist, dann ist dies in der Zentralen-Dokumentation beschrieben. Ansonsten darf diese Masseverbindung nicht gemacht werden.

Es gibt leider Rückmeldemodule, welche in der Bedienungsanleitung eben diese Masseverbindung fordern. Das ist absoluter Mist. Nie auf die Bedienungsanleitung der Rückmeldemodule achten, sondern immer nur auf die Anleitung der Zentrale.

Dieser Verkabelungsfehler führt sehr oft zu undefiniertem Auslösen von Rückmeldern bis hin zur Kirmesbeleuchtung auf dem Bildschirm. Übersprechen von Datenleitungen und/oder Bahnstromleitungen konnte ich bisher hingegen noch nirgends nachvollziehen (wird aber in Online-Foren oft vermutet).

Oszilloskop-Bilder

Diese Bilder sind von einer Anlage, welche einen ca. 12m langen S88-Bus hat. Dabei ist die S88-Masse als einziger Punkt am ersten Modul mit der Bahnstrom-Masse verbunden. Gemessen wird jeweils am letzten Modul, bzw. am Gleis ca. 10 Meter vom Booster entfernt.

Oben links: Die Massedifferenz zwischen S88-Masse und Bahnstrom-Masse. Der Unterschied kann bis zu 3V betragen. GND ist dabei die Bahnstrom-Masse.

Oben mitte: Dieselbe Messung nochmals, zusätzlich ist auch die 5V-Leitung des S88-Bus aufgezeigt. Dabei ist die S88-Masse und S88-5V immer schön 5V Differenz. Das ist wichtig und korrekt.

Oben rechts: Nochmals dieselbe Messung, jedoch mit einem Knick von 2V nach unten.

Unten links: GND des Oszilloskops ist nun die S88-Masse. Gelb ist S88-5V, wobei nur leichte Unschönheiten sichtbar sind, welche nicht weiter tragisch sind. Blau hingegen ist die Bahnstrom-Masse. Sehr gut sichtbar in diesem Bild: Die Bahnstrom-Masse tanzt gegenüber der S88-Masse um 6V rauf und runter. Das darf, bzw. muss sie auch, damit der S88-Bus zuverlässig funktioniert. Wohlgemerkt: die Untere Messung ist über 12m S88-Kabel plus 5m 0.75mm2-Bahnstrom-Masse-Kabel direkt miteinander verbunden. Würde ich nun die Bahnstrom-Masse und die S88-Masse nicht nur am ersten Modul, sondern auch am letzten Modul machen, dann hätte ich zwar eine schöne blaue Linie, ich hätte aber eine sehr unschöne Spannungsversorgung der S88-Module (die Differenz zwischen gelb und blau). Die Spannungsversorgung schwankt dann zwischen 2V und 7V. 7V dürfte für die meissten Module kein Problem darstellen, 2V ist aber für alle Module definitiv zu wenig. Hinzu kommt, dass die S88-Masse nun einen Teil des Bahnstromes führt, was die Datenleitungen induktiv beeinflussen kann. Undefinierte Logikzustände und Kirmesbeleuchtung bei der Steuerung sind die Folge.

Unten mitte: Woher kommen denn diese "Schweinereien"? Gelb ist das Digitalsignal auf dem Gleis, blau die Massendifferenz. Offensichtlich hat das einen Zusammenhang.

Unten rechts: Dasselbe nochmals, jedoch 100x schneller. Nicht verwirren lassen, die Skalen der beiden Kurven sind nicht identisch.

S88-N-Booster

Eine Verbesserung der Signalqualität konnte ich mit dem S88-N-Booster erreichen. Je nach Zentrale ist dies nötig oder eben nicht. Entscheidend ist der verwendete Treiberbaustein in der Zentrale sowie die Kabellängen des S88-Buses.

HSI-88-Clone

Zuverlässiges Arbeiten mit dem S88-Bus habe ich mit meinem HSI-88-Clone erreicht. Dieser filtert einmalige Ereignisse (insbesondere Fehler) aus.