¿Por qué se invierten los LED en la mayoría de los diseños integrados?

Me di cuenta de que en todos mis paneles de evaluación tenía hasta este momento. Todos los LED estaban conectados en activo bajo al puerto del microcontrolador. Entiendo que, desde el punto de vista de la seguridad, es mejor tener líneas activas de RESET bajas y demás. ¿Pero por qué los LED?

Todavía es el caso de que los pines de E / S MCU a menudo tienen una corriente de fuente de disco más débil que la corriente de hundimiento.

En una salida típica de CMOS MCU, cuando conducen BAJO, encienden un MOSFET de canal N; y cuando conducen ALTO encienden un MOSFET de canal P. (¡Nunca los encienden a ambos al mismo tiempo!) Debido a las diferencias de movilidad que se aplican para el canal N frente al canal P (un factor de diferencia de 2 a 3), se necesita un esfuerzo adicional para hacer que el P- El dispositivo de canal exhibe una "calidad" similar a la de un interruptor. Algunos van a ese esfuerzo extra. Algunos no lo hacen. De lo contrario, la capacidad de hundir (canal N) o fuente (canal P) será diferente.

Algunos de ellos son casi simétricos, ya que pueden generar casi tanto como pueden hundirse. (Lo que solo significa que son tan buenos como un interruptor a tierra como lo son para un cambio al riel de la fuente de alimentación). Pero incluso cuando se intenta un problema adicional, hay otros problemas que hacen que sea poco probable que los dos dispositivos sean completamente similares y todavía suele darse el caso de que el lado de aprovisionamiento sea al menos algo más débil.

Pero en el análisis final, siempre es una buena idea ir a ver la hoja de datos en sí para ver. Aquí hay un ejemplo del PIC12F519 (una de las partes más baratas de Microchip que todavía incluye algo de almacenamiento interno, no volátil y grabable para datos).

Este gráfico muestra el voltaje de salida BAJO (eje vertical) frente a la corriente de hundimiento BAJO (eje horizontal), cuando la CPU está utilizando $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Este gráfico muestra la ALTA tensión de salida (eje vertical) frente a la ALTA corriente de abastecimiento (eje horizontal), también cuando la CPU está utilizando $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Puede ver fácilmente que ni siquiera se molestan en tratar de mostrar las mismas capacidades actuales de hundimiento frente a abastecimiento.

Para leerlos, elija una corriente de magnitud similar en ambos gráficos (muy difícil, ¿no?) Seleccionemos $5\:\textrm{mA}$ en el primer gráfico y$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$

Es bastante común (aunque no tan común como solía ser) que los pines de salida del microcontrolador puedan absorber más corriente en el estado bajo de lo que pueden generar en el estado alto. Como resultado, los diseñadores se acostumbraron a colocar LED o cualquier otra cosa que necesite una corriente alta (para un pin de microcontrolador) entre la alimentación y el pin en lugar de entre la tierra y el pin. Cuando el micro tiene capacidad simétrica de fuente / sumidero, esto no es necesario, pero tampoco hace daño.

Por ejemplo, aquí hay un fragmento de la hoja de datos PIC 16F1459 (una parte de producción razonablemente reciente y ciertamente dominante):

Observe cómo las corrientes para el caso de salida de bajo voltaje son más altas con el mismo voltaje de suministro que para el caso de salida de alto voltaje . Y, las corrientes de sumidero se especifican para un aumento de 600 mV, mientras que las corrientes de origen para una caída de 700 mV. En general, este micro tiene controladores de lado bajo sustancialmente más fuertes en sus pines de E / S regulares.

Muchos micros más nuevos son simétricos, aparentemente particularmente aquellos que no tienen mucha capacidad de fuente / sumidero en primer lugar.

Cuando el LED requiere más corriente de la que puede manejar una salida digital, o al menos más de lo que desea permitir que maneje, debe usar un transistor externo. Un interruptor lateral bajo es la opción natural y simple. El LED se conecta entre la alimentación y este transistor.

Al utilizar un diseño desplegable, es posible cambiar un dispositivo (por ejemplo, un LED) con un suministro de 5 V, utilizando un microcontrolador tolerante a 1,8 V pero 5 V sin ningún componente externo.

Cuando el pin (configuración de drenaje abierto) no se tira hacia abajo, está flotando, ya que no se consume corriente, el voltaje flotará hasta el voltaje de alimentación del led, por lo tanto, a 5V. Esto está bien para algunos pero no todos los micros de bajo voltaje.

De esta manera, puede ejecutar los leds directamente desde una línea de suministro y utilizar un convertidor de voltaje de corriente más bajo para el micro. Esta es la única forma de usar, por ejemplo. leds azules en un micro de 1.8v sin agregar más componentes.

Por ejemplo, los pines de la serie NXP LPC81xM son tolerantes a 5v cuando el micro está alimentado, incluso a 1.8v

Conjunto de datos de NXP LPC81xM

Debido a que los mosfets de drenaje abierto generalmente hunden más corriente que el empuje y algunas veces incluso toleran un rango de voltaje más amplio. El uso de un LED con drenaje abierto solo funciona con una configuración baja activa. Sin embargo, depende del micro, algunos son solo push pull.