Dlaczego diody LED w większości osadzonych konstrukcji są odwrócone?

Zauważyłem, że we wszystkich moich komisjach oceniających, które miałem do tej pory. Wszystkie diody LED zostały podłączone w aktywnym stanie niskim do portu mikrokontrolera. Rozumiem, że z punktu widzenia bezpieczeństwa lepiej jest mieć aktywne niskie linie RESET i tym podobne. Ale dlaczego diody LED?

Wciąż jest tak, że piny we / wy MCU często mają słabszy prąd pozyskiwania napędu niż prąd opadający.

W typowym wyjściu MCU CMOS, gdy ustawiają NISKI, włączają N-kanałowy MOSFET; a kiedy jeżdżą WYSOKIE, włączają MOSFET w kanale P. (Nigdy nie włączają obu jednocześnie). Ze względu na różnice w mobilności, które dotyczą kanału N w porównaniu do kanału P (różnica około 2 do 3), dodatkowy wysiłek wymaga wykonania P- urządzenie kanałowe wykazuje podobną „jakość” jak przełącznik. Niektórzy podejmują dodatkowy wysiłek. Niektórzy nie. Jeśli nie, zdolność do pochłaniania prądu (kanał N) lub źródła (kanał P) będzie inna.

Niektóre z nich są prawie symetryczne, ponieważ mogą pozyskiwać prawie tyle, ile mogą zatonąć. (Co oznacza po prostu, że są tak samo dobre do przełączenia do uziemienia, jak do przełącznika na szynę zasilającą.) Ale nawet gdy podejmowane są dodatkowe problemy, istnieją inne problemy, które sprawiają, że jest mało prawdopodobne, aby oba urządzenia były w pełni podobne i nadal zwykle dzieje się tak, że strona pozyskiwania jest co najmniej nieco słabsza.

Ale w końcowej analizie zawsze warto zajrzeć do samego arkusza danych, aby zobaczyć. Oto przykład z PIC12F519 (jedna z najtańszych części Microchip, która wciąż zawiera część wewnętrznej, zapisywalnej nieulotnej pamięci na dane).

Ta tabela pokazuje NISKIE napięcie wyjściowe (oś pionowa) w stosunku do NISKIEGO prądu opadającego (oś pozioma), gdy procesor używa :$V_{CC}=3\:\textrm{V}$

Ta tabela pokazuje WYSOKIE napięcie wyjściowe (oś pionowa) w porównaniu z WYSOKIM prądem pozyskiwania (oś pozioma), również gdy procesor używa :$V_{CC}=3\:\textrm{V}$

Łatwo można zauważyć, że nawet nie próbują wykazać takich samych możliwości tonięcia w porównaniu z obecnymi możliwościami pozyskiwania.

Aby je odczytać, wybierz prąd o podobnej wielkości na obu wykresach (bardzo trudne, prawda?) Wybierzmy na pierwszym wykresie i na Drugi. (Mniej więcej tak blisko, jak to możliwe.) Widać, że PIC12F519 zwykle spadnie około na pierwszym, co sugeruje wewnętrzny opór około . Podobnie widać, że PICF519 zwykle spada o około na drugim wykresie, co sugeruje wewnętrzny opór około$5\:\textrm{mA}$$4\:\textrm{mA}$$230\:\textrm{mV}$$R_{LOW}=\frac{230\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}\approx 46\:\Omega$$600\:\textrm{mV}$$R_{HIGH}=\frac{600\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}\approx 150\:\Omega$. Niezbyt podobne. (UWAGA: Wyodrębniłem dane z krzywych dla .)$25^\circ\textrm{C}$

Więc jeśli projektowałeś to MCU w obwód, w którym chciałbyś bezpośrednio napędzać diodę LED około , w jaki sposób byś to ? Oczywiste jest, że należy rozważyć ustawienie NISKIEGO jako WŁĄCZONEGO, ponieważ jest to jedyny sposób, w jaki arkusz danych mówi, że możesz w ogóle odnieść sukces, bez potrzeby stosowania zewnętrznego tranzystora, aby zwiększyć bieżącą zgodność wyjściową.$2\:\textrm{V}$$10\:\textrm{mA}$

[Możesz również zauważyć, że powyższe obliczenia przy pobliskich prądach tonących w porównaniu do prądów źródłowych wydają się pokazywać dwie wartości rezystancji, które są w przybliżeniu trzy razy większe od siebie (około vs .) Jest to prawdopodobnie nieprzypadkowo z różnicami w mobilności, o których wspomniałem na wstępie, między mosfetami z kanałem P i kanałem N.]$50\:\Omega$$150\:\Omega$

Jest dość powszechne (choć nie tak powszechne jak kiedyś), że styki wyjściowe mikrokontrolera mogą pochłaniać więcej prądu w stanie niskim niż źródła w stanie wysokim. W rezultacie projektanci przyzwyczaili się do umieszczania diod LED lub czegokolwiek innego, co wymaga wysokiego (jak na pin mikrokontrolera) prądu między mocą a pinem zamiast między masą a pinem. Gdy mikro ma symetryczne źródło / ujście, nie jest to konieczne, ale nie szkodzi.

Oto na przykład fragment kodu PIC 16F1459 (stosunkowo niedawna iz pewnością główny nurt produkcyjny):

Zwróć uwagę, że prądy w przypadku wyjściowego niskiego napięcia są wyższe przy tym samym napięciu zasilania niż w przypadku wyjściowego wysokiego napięcia . I prądy opadające są określone dla wzrostu o 600 mV, podczas gdy prądy źródłowe dla spadku o 700 mV. Podsumowując, ta mikro ma znacznie silniejsze przetworniki niskiej strony na swoich zwykłych pinach I / O.

Wiele nowszych mikrometrów jest symetrycznych, najwyraźniej szczególnie tych, które nie mają zbyt wiele możliwości źródła / ujścia.

Kiedy dioda LED wymaga więcej prądu, niż wyjście cyfrowe może obsłużyć, lub przynajmniej więcej, niż chcesz, aby mogła sobie poradzić, musisz użyć zewnętrznego tranzystora. Przełącznik niskiej strony to naturalny i prosty wybór. Dioda LED jest następnie podłączana między mocą a tym tranzystorem.

Dzięki zastosowaniu rozwijanej konstrukcji możliwe jest przełączenie urządzenia (np. Diody LED) na zasilanie 5 V, przy użyciu mikrokontrolera o tolerancji 1,8 V, ale 5 V, bez żadnych elementów zewnętrznych.

Gdy kołek (skonfigurowany z otwartym drenem) nie jest wyciągnięty, pływa, ponieważ nie jest pobierany prąd, napięcie będzie płynąć do napięcia zasilania diody LED, tak że do 5 V. Jest to poprawne w przypadku niektórych, ale nie wszystkich mikrosoków niskiego napięcia.

W ten sposób możesz wyprowadzić diody bezpośrednio z linii zasilającej i użyć konwertera napięcia o niższym natężeniu dla mikro. Jest to jedyny sposób użycia np. niebieskie diody LED na mikro 1.8v bez dodawania kolejnych komponentów.

Na przykład piny serii NXP LPC81xM mają tolerancję 5 V przy zasilaniu mikroprocesora, nawet przy 1,8 V

Zestaw danych NXP LPC81xM

Ponieważ mosfety z otwartym drenem generalnie pochłaniają więcej prądu niż pchanie, a czasem nawet tolerują większy zakres napięcia. Użycie diody LED z otwartym spustem działa tylko przy aktywnej niskiej konfiguracji. Zależy jednak od mikro, niektóre są tylko push pull.