Voltaje creciente

Tengo una señal binaria, 0V a 1.4V, que no puedo cambiar directamente. ¿Qué circuito, (en una PCB) puedo usar para aumentar 1.4V a al menos 2.5V.

¿Necesito un transistor? Supongo que estoy buscando un interruptor que se "cierre" cuando hay 1.4V. Soy un novato completo en electrónica, pero estoy bien en física y entendiendo las ecuaciones

Estás pidiendo un cambiador de nivel lógico.

Hay chips empaquetados que hacen todo por usted, pero tampoco es difícil construir uno usted mismo a partir de partes discretas. Hay muchas formas de hacerlo, cada una con diferentes compensaciones.

Considero que este esquema, del AN10441 de NXP Semiconductors, es una forma bastante elegante de obtener esa función:

Este esquema muestra el cambiador de nivel lógico en un bus I²C, que tiene dos líneas de señal. Si solo necesita una línea desplazada, solo necesita un MOSFET y dos resistencias pull-up, una en su puerta y la otra en su drenaje. Del mismo modo, si necesita cambiar más líneas, simplemente agregue un MOSFET y un par de resistencias pull-up a cada línea.

Para el ejemplo que se muestra en el esquema, con niveles lógicos de 3.3 V y 5 V, cualquier MOSFET de pequeña señal funcionará, como el omnipresente 2N7000. Sin embargo, la mayoría de los MOSFET genéricos tienen un V _{GS (th)} máximo demasiado alto para funcionar con su nivel lógico de 1.4 V. Tendrá que buscar algo más especializado como un Vishay TN0200K o un Zetex (Diodes, Inc.) ZXMN2B14FH .

Los valores de las resistencias pull-up (R _p ) dependen en cierta medida de la aplicación, pero tendrán un amplio rango incluso entonces. 10 kΩ es un valor popular aquí, que ofrece una buena compensación entre velocidad, ruido y consumo de corriente. Pude ver usando un valor tan bajo como 1 kΩ en ciertas circunstancias, y valores al norte de 1 MΩ en otras.

La nota de la aplicación describe cómo funciona el circuito, pero parafraseando:

• Sin nada conectado a la línea de datos que se desplaza, las resistencias pull-up llevan la línea de datos al nivel lógico de bajo voltaje (V _DD1) en un lado y al nivel lógico de alto voltaje (V _DD2 ) en el otro.

• Cuando el lado de bajo voltaje baja la línea de señal, arrastra el pin de fuente del MOSFET hacia abajo. Dado que la puerta está atada en alto, esto hace que el MOSFET se active cuando V _GS pasa el umbral de V _{GS (th)} , por lo que conduce, arrastrando el lado de alto voltaje hacia abajo también.

• Cuando el lado de alto voltaje quiere hacer lo mismo, es más complicado. Este esquema de circuito se basa en el hecho de que cada MOSFET tiene un diodo parásito incorporado, que se muestra en el símbolo MOSFET del esquema anterior. (El símbolo MOSFET no siempre se dibuja con el diodo parásito mostrando, pero siempre está allí). Al arrastrar el pasador de drenaje hacia abajo, el lado de alto voltaje hace que este diodo conduzca, lo que indirectamente arrastra el pasador de fuente del lado de bajo voltaje hacia abajo , haciendo que ocurra lo mismo que en el caso anterior.

Esta tendencia del circuito a "subirse alto" por defecto puede no ser apropiada para todas las aplicaciones. Si un extremo puede desconectarse y el dispositivo que queda conectado no está tirando activamente de la línea de datos hacia abajo, la línea de datos pasará al nivel superior. Esto está bien para I²C, ya que el alto nivel lógico es la condición inactiva normal. Si su línea de datos no funciona así, pero ninguno de los extremos puede desenchufarse y al menos un extremo siempre tira activamente de la línea hacia abajo cuando quiere que la línea esté baja, este circuito seguirá funcionando.

Nota : Se corrigió el problema de inversión lógica.

Segunda actualización : rango de voltaje de salida fijo, usando MOSFET en lugar de BJT

Los conceptos básicos del problema, tal como lo ha descrito, parecen denominarse "cambiador de nivel lógico" o convertidor. La esencia es que tiene una señal de lógica digital (binaria) en un nivel de señal dado, y desea utilizarla para adaptarla a otro nivel de señal.

Las señales lógicas digitales normalmente se clasifican de acuerdo con la familia lógica original a la que pertenecen. Los ejemplos incluyen TTL (bajo: 0, alto: + 5V), CMOS (bajo: 0, alto: 5 a 15V), ECL (bajo: -1.6, alto: -0.75), LowV (bajo: 0V, alto: +3.3 )

Idealmente, también debe tener en cuenta el umbral de conmutación. Por ejemplo , niveles de voltaje de señal lógica que muestra los niveles de voltaje lógico TTL en los dos primeros gráficos.

Si desea amplificar una señal lógica que sea 0 o 1.4V, entonces se puede configurar un solo transistor como un interruptor electrónico para que actúe como un convertidor de nivel.

(fuente: mctylr )

En su aplicación, la salida es la salida de nivel de 5V (0 o 5V dependiendo del estado bajo / alto) y M1podría ser un transistor MOSFET de modo de mejora de canal N de señal pequeña común, el 2N7000 en el orificio pasante de plástico TO-92 , y Embalaje SMT.

Las resistencias R2deben ser de 330Kohms (los detalles adicionales del componente de la resistencia no son críticos, por ejemplo, 1 o 5% de tolerancia, 1/8 a 1/4 vatios están bien).

Los valores de resistencia de la resistencia no son particularmente críticos, elegí un valor estándar aproximado para que si M1no está conduciendo, la salida estará por debajo de ~ 0.8 V, mientras que cuando M1está conduciendo (es decir, la entrada es 1.4V, 'alta') entonces la salida será aproximadamente 5V. Elegí el valor usando una simulación rápida de SPICE.

V3es una fuente de voltaje de + 1.4V, y V2es una fuente de voltaje de + 5V.

Los otros valores (tolerancia y potencia) son valores comunes de componentes de orificio pasante utilizados para seleccionar componentes del mundo real, pero no son críticos en esta aplicación.

Es un circuito muy simple y pequeño, que cuesta aproximadamente veinticinco centavos o menos para tres partes electrónicas comunes.

Como no mencionó ningún requisito de alta velocidad (es decir, velocidad de conmutación), esto debería funcionar en la mayoría de los casos simples.

He adoptado este enfoque de usar un MOSFET en lugar de un transistor de unión bipolar, ya que tuve problemas para hacer que un solo BJT proporcionara el voltaje deseado al cambiar. Desde el punto de vista del diseño, lo bueno de los FET (y MOSFET) es que son dispositivos controlados por voltaje (en términos de un modelo de diseño), en lugar de ser controlados por corriente como lo son los BJT.

Puede construir un cambiador de nivel lógico (así se llama) con algunos componentes discretos (transistores y resistencias) o puede optar por una solución de un componente, es decir, un CI. La mayoría de los circuitos integrados no aceptarán voltajes de entrada tan bajos como 1.4 V, pero encontré el FXLP34 de Fairchild que sí. (Desea el FXLP34P5X, las otras versiones tienen paquetes sin cables y, por lo tanto, son más difíciles de soldar)
Diagrama de conexión:

A es donde suministra la señal de entrada de bajo nivel, Y es su señal de salida de "alto" nivel. Vcc1 es su conexión de 1.4 V, conecte el voltaje de salida requerido a Vcc (hasta 3.6 V).
El dispositivo puede ser difícil de conseguir en pequeñas cantidades, tal vez un distribuidor pueda suministrar algunas muestras.

PD: sí, ese pequeño cursor también está presente en la imagen en la hoja de datos :-)

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Una parte alternativa, en caso de que el espacio de PCB sea una ventaja: el OnSemi NLSV1T34 está disponible en un Damn Small ™ de 1.2 mm x 1 mm DFN . Para mortales también en SOT-353 .

Para cambiar el voltaje, podría usar un transformador de cuerda manual de confianza. Vaya a una librería y recoja una copia del Manual de Licencia de Clase General de ARRL para radioaficionados. Te enseña cómo hacerlo.

Para el interruptor controlado por voltaje, Panasonic hace un IC llamado disparador basado en voltaje 1381. Está diseñado para apagar un interruptor cuando el voltaje cae por debajo de un cierto nivel (generalmente para apagar dispositivos cuando la batería se agota). Está disponible en Solarbotics .

Si solo desea un interruptor que se cierra cuando la señal lógica es 1.4V y se abre cuando es 0V, entonces necesita muy poco:

El transistor se encenderá cuando el nivel lógico sea alto y se apagará cuando sea bajo. Puede conectar lo que quiera controlar entre la fuente de alimentación y el colector del transistor. Esto podría ser solo una resistencia si desea hacer una señal lógica que vaya entre tierra y el suministro, aunque la señal se invertirá desde la señal lógica de entrada. O podría ser un LED con resistencia de limitación de corriente apropiada en serie, o muchas otras cosas. Si la cosa que se maneja puede ser inductiva, entonces se debe agregar un diodo desde el colector a la corriente para atrapar la corriente de retroceso cuando el inductor está apagado.

Esto pone aproximadamente 1 mA a través de la base del transistor cuando está encendido. Calculando una ganancia garantizada de aproximadamente 50 para el transistor, la salida es buena para hasta 50 mA para mantener el transistor funcionando como un interruptor.

El voltaje de alimentación es independiente de los niveles lógicos de entrada y solo necesita no exceder la especificación de Vce máxima del transistor, que es 40V en este ejemplo.

¿Tiene control sobre la forma de onda desde el lado de baja tensión? Si es así, tal vez se pueda usar un circuito doble de voltaje rectificador para cargar la bomba al voltaje más alto. El único problema con este enfoque es que necesita que la salida lateral de bajo voltaje pase de una señalización "alta / baja" a una señalización "portadora / sin portadora".