Perché i LED sulla maggior parte dei progetti integrati sono invertiti?

Ho notato che su tutte le mie schede di valutazione ho avuto fino a questo momento. I LED erano tutti collegati in basso attivo alla porta del microcontrollore. Capisco che dal punto di vista della sicurezza è meglio avere linee attive a basso RESET e così via. Ma perché i LED?

È sempre vero che i pin I / O MCU hanno spesso una corrente di approvvigionamento dell'unità più debole rispetto alla corrente di affondamento.

In una tipica uscita MCU CMOS, quando guidano BASSO, attivano un MOSFET a canale N; e quando guidano ALTO attivano un MOSFET a canale P. (Non li accendono mai entrambi contemporaneamente!) A causa delle differenze di mobilità che si applicano per il canale N rispetto al canale P (circa un fattore di differenza da 2 a 3), ci vuole uno sforzo extra per rendere il P- il dispositivo di canale mostra una "qualità" simile a un interruttore. Alcuni vanno a quello sforzo extra. Alcuni no. In caso contrario, la capacità di affondare (canale N) o sorgente (canale P) sarà diversa.

Alcuni sono quasi simmetrici, in quanto possono procurarsi quasi quanto possono affondare. (Il che significa solo che sono circa un interruttore a terra quanto sono un interruttore per la guida di alimentazione.) Ma anche quando si tenta un ulteriore problema, ci sono altri problemi che rendono improbabile che i due dispositivi siano completamente simili e di solito, il lato di approvvigionamento è ancora almeno un po 'più debole.

Ma in ultima analisi, è sempre una buona idea andare a vedere il foglio dati stesso per vedere. Ecco un esempio dal PIC12F519 (una delle parti più economiche di Microchip che include ancora un archivio interno non scrivibile non volatile per i dati.)

Questo grafico mostra la tensione di uscita LOW (asse verticale) rispetto alla corrente di affondamento LOW (asse orizzontale), quando la CPU utilizza $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Questo grafico mostra la tensione di uscita HIGH (asse verticale) rispetto alla corrente di sourcing HIGH (asse orizzontale), anche quando la CPU utilizza $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Si può facilmente vedere che non si preoccupano nemmeno di mostrare le stesse capacità di affondamento e approvvigionamento attuali.

Per leggerli, scegli una corrente di magnitudo simile su entrambi i grafici (molto difficile, vero?) Selezioniamo $5\:\textrm{mA}$ sul primo grafico e$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$$25^\circ\textrm{C}$

$2\:\textrm{V}$$10\:\textrm{mA}$

$50\:\Omega$$150\:\Omega$

È abbastanza comune (anche se non così comune come una volta) che i pin di uscita del microcontrollore possano assorbire più corrente nello stato basso di quanto possano generare nello stato alto. Di conseguenza, i progettisti si sono abituati a mettere i LED o qualsiasi altra cosa che necessiti di una corrente elevata (per un pin del microcontrollore) tra alimentazione e pin anziché tra terra e pin. Quando il micro ha una capacità simmetrica sorgente / sink, questo non è necessario, ma non fa male.

Ad esempio, ecco un frammento della scheda tecnica PIC 16F1459 (una parte di produzione ragionevolmente recente e sicuramente mainstream):

Notare come le correnti per il caso di bassa tensione di uscita sono più elevate alla stessa tensione di alimentazione rispetto al caso di alta tensione di uscita . Inoltre, le correnti di dispersione sono specificate per un aumento di 600 mV, mentre le correnti di origine per un calo di 700 mV. Tutto sommato, questo micro ha driver low side sostanzialmente più potenti sui suoi normali pin I / O.

Molti micro più recenti sono simmetrici, apparentemente in particolare quelli che non hanno molta capacità di source / sink in primo luogo.

Quando il LED richiede più corrente di quella che può gestire un'uscita digitale, o almeno più di quanto si desideri lasciare, è necessario utilizzare un transistor esterno. Un interruttore laterale basso è la scelta naturale e semplice. Il LED viene quindi collegato tra l'alimentazione e questo transistor.

Utilizzando un design a discesa è possibile commutare un dispositivo (ad es. Un LED) con un'alimentazione a 5 V, utilizzando un microcontrollore con tolleranza 1,8 V ma 5 V senza componenti esterni.

Quando il pin (configurato con drain aperto) non viene tirato verso il basso, sta fluttuando, poiché non viene assorbita corrente, la tensione fluttuerà alla tensione di alimentazione del led in modo da raggiungere 5V. Questo va bene per alcuni, ma non per tutti i micro a bassa tensione.

In questo modo è possibile far funzionare i led direttamente da una linea di alimentazione e utilizzare un convertitore di tensione di corrente inferiore per il micro. Questo è l'unico modo di usare ad es. led blu su un micro da 1,8 V senza aggiungere altri componenti.

Ad esempio i pin della serie NXP LPC81xM sono tolleranti a 5 v quando il micro è alimentato, anche a 1,8 v

Set di dati di NXP LPC81xM

Poiché i mosfet a drain aperto generalmente assorbono più corrente del push pull e talvolta tollerano anche un intervallo di tensione più ampio. L'uso di un LED con drain aperto funziona solo con una configurazione attiva bassa. Tuttavia, dipende dal micro, alcuni sono solo push pull.