Divisor de voltaje de cero o baja corriente para la identificación del interruptor

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¿Es posible diseñar un circuito divisor de voltaje con interruptores que use corriente cero o corriente muy baja? ¿Funcionaría usar un transistor para conectar / desconectar el extremo de la cadena de resistencia de la tierra?

Antecedentes

El circuito hará dos cosas. Cada interruptor en el circuito activará un IC (ATMEGA328P) usando un transistor para enviar un pin de interrupción BAJO. Una vez que el IC se despierta, el ADC tomará muestras de los voltajes provenientes del circuito, permitiendo que el IC sepa qué botón se presionó.

Todo el proyecto funcionará con batería, y tener este divisor de voltaje puede afectar significativamente la vida útil de la batería.

El proyecto 1) leerá archivos de una tarjeta SD, 2) irá a dormir, 3) despertará y reproducirá sonidos cuando se presione uno de los 16 botones, y 4) irá a dormir y repetirá el proceso comenzando en el n. ° 3 al presionar el botón. Anticipo que cuando se está ejecutando tiene un importante consumo de corriente.

Circuito divisor de voltaje existente

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Posible solución de transistor

Al colocar un transistor entre el extremo de la cadena de resistencia y tierra, y al presionar el botón para activar el transistor, se conecta el extremo de la cadena de voltaje a tierra. Esto dará como resultado una lectura de voltaje inicial de 5 V, y una vez que el transistor esté encendido, el voltaje de lectura real será el voltaje deseado. No tengo idea si esto funcionará.

posible circuito divisor de voltaje con transistor

Otras soluciones

Según la pregunta 28897 , podría usar valores altos de resistencias como 10 MOhm. Pero esto todavía tendrá un sorteo actual de cientos de nA. Prefiero cero.

LucasMcGraw
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Si utiliza una batería de 1000 mAh con 5 V en 10 MOhm, la batería durará 228 años, o 6 años con una pequeña celda de litio de 30 mAh. Cada muestra que tome con un ADC también cargará o descargará un límite. Además, las impedancias de entrada de ADC en los controladores tienden a estar en el rango de 10K, y cargará un límite a través de eso con cada muestra. Dado eso, ¿está seguro de que su solución nA realmente tendría un impacto notable en la duración de la batería?
Scott Seidman
Tienes razón, dado que la suma de la corriente de reposo del regulador de voltaje y la MCU (cuando está dormido) es probable que sea de al menos 10 uA. Solo estoy tratando de reducir cualquier drenaje innecesario de corriente.
LucasMcGraw
@ n.taco Algunos datos adicionales ayudarían. ¿Cuál es el voltaje máximo de la batería? ¿Cuál es su voltaje de Vcc? ¿Cómo se alimenta el uC (a través de un regulador lineal, o modo de conmutación, o directamente desde la batería)?
Nick Alexeev
La fuente de la batería probablemente será de 4 celdas D. El regulador de voltaje es un Maxim MAX667 (regulador de voltaje lineal) que suministrará energía a todos los dispositivos (ningún dispositivo verá el voltaje de la batería, excepto el regulador). Vcc es 5V.
LucasMcGraw
@ n.taco BTW, escriba designadores de componentes en sus esquemas. Es mucho más fácil decir "Q23" que "3er BJT inferior desde la derecha". Leer este . Su riesgo de hipertensión aumenta considerablemente si no sigue estas pautas en EE. UU. Advertencia justa.
Nick Alexeev

Respuestas:

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Nueva respuesta

Tu enfoque puede funcionar. Pero, su segundo esquema tiene un error, creo. El ADC siempre verá que V sea del transistor, que siempre es 0.7V más o menos.

Esta variación no debería tener este problema, porque hay una resistencia R39 entre la base y el ADC.

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Antigua respuesta, que no era una respuesta

El divisor se puede cambiar con un transistor para ahorrar batería. Sin embargo, tiene que ser un interruptor lateral alto. Si cambia a tierra, el voltaje de la batería aparecerá en el pin A / D, lo que podría dañar la entrada.

(Originalmente, el esquema se publicó en este hilo ).

Nick Alexeev
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¿Cómo funcionaría esta idea con la restricción de que los interruptores enciendan el transistor?
LucasMcGraw
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Reemplace la señal digital divider On/Off, que controla el transistor, con un interruptor manual. ¿Qué hay sobre eso?
Nick Alexeev
1. Me está costando ver cómo extendería esto para identificar qué interruptor se presiona. Para N interruptores, ¿no tendría que tener N transistores más las resistencias para dividir el voltaje? 2. Si Vcc <= ADC voltaje máximo, ¿podría cambiar a tierra? En ese caso, el voltaje en el ADC comenzará a 5V pero disminuirá al voltaje dividido, ¿correcto?
LucasMcGraw
@NickAlexeev Veo el error, gracias por señalarlo; Tampoco me di cuenta de que esto podría hacerse con un transistor. Esto se ve genial, lo probaré este fin de semana.
LucasMcGraw
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Ni siquiera necesita un transistor para desconectar la cadena de resistencia, simplemente puede conectarlo a un pin de salida MCU. Ajústelo al mismo valor que el otro extremo de la cadena, y usará corriente cercana a cero. He usado este enfoque y funciona bien.

(En su diagrama, dele al transistor su propia tierra y conecte el pin MCU a la parte inferior de la cadena de resistencia).

pjc50
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¿Te refieres al segundo diagrama o al primero?
LucasMcGraw
Además, si ambos pines son ALTOS, ¿habrá alguna caída de voltaje en el divisor?
LucasMcGraw
Primer diagrama (he editado su publicación para incluirlos directamente). Si ambos extremos son altos, entonces el voltaje en todos los puntos a lo largo del divisor será alto y no fluirá corriente.
pjc50
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¿Es posible diseñar un circuito divisor de voltaje con interruptores que use corriente cero ...

Esto debería hacer el truco y no se requiere conmutación a tierra. Se conecta un divisor a la batería solo cuando un interruptor está cerrado y la entrada del ADC se pone a tierra cuando todos los interruptores están abiertos.

Para 5V Vcc, la entrada ADC es:

  • 5.0V = SW1 cerrado
  • 3.3V = SW2 cerrado
  • 1.7V = SW3 cerrado
  • 0V = todos los interruptores abiertos

Por supuesto, puede ajustar los valores de resistencia a su gusto.

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Alfred Centauri
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Ese enfoque puede ser bueno si uno está usando interruptores de calidad. Puede ser muy malo si uno está usando domos de carbono en una placa de PC, ya que la resistencia de un botón ligeramente presionado puede ser inferior a 1 K, o superior a 100 K, o en cualquier punto intermedio, y tal resistencia puede parecer razonablemente estable por una fracción significativa de segundo. Si bien en general está bien que el sistema ignore la presión de un botón de luz, en general es molesto que una pulsación leve de un botón se interprete como un botón totalmente diferente.
supercat
Estoy de acuerdo; usando una resistencia sensible a la presión en lugar de una aproximación razonable de geniune, abierto cuando está apagado, corto cuando está encendido, el interruptor , en este circuito, conducirá a resultados impredecibles.
Alfred Centauri
En muchas aplicaciones, un contacto de domo de carbono, aunque se comporta como una resistencia sensible a la presión, puede usarse como un interruptor (aunque agregar algo de histéresis de hardware o semi-hardware, ciertamente puede ayudar). Solo quería asegurarme de que los lectores supieran que esta no es una de esas aplicaciones.
supercat
De hecho y, por desgracia, es una distinción que tiene que ser hecho. El hecho de que algo se llame "interruptor" no significa necesariamente que sea una buena aproximación de un interruptor ideal.
Alfred Centauri
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Dados dos pines de E / S con umbrales de conmutación razonablemente consistentes, uno podría conectar una tapa a tierra a cada pin del procesador a través de una pequeña resistencia, atar una tapa a cada extremo de la cadena de la resistencia y hacer que cada interruptor conecte un toque en la cadena al VDD o tierra (lo que sea más conveniente; asumiré VDD para esta discusión). Tener una resistencia significativa entre ambos extremos y el primer interruptor. En algún momento, cuando no se presiona ningún interruptor, conecte a tierra los dos pines lo suficiente como para descargar las tapas; luego flote uno y configure el otro en VDD. Mida el tiempo que tarda el pin flotante en cambiar de estado. Si los umbrales de las entradas pueden diferir, repita la prueba para la otra entrada. Luego conecte a tierra los dos pines y luego flótelos: este es el estado inactivo.

Una vez que se ha observado que un pasador cambia de estado, conecte a tierra ambos pasadores el tiempo suficiente para descargar la tapa y flote. Mida el tiempo que tarda cada pin en cambiar de estado. La relación de este tiempo con la línea de base medida anteriormente le indicará la resistencia de cada pin a VDD. Asegúrese de que la suma de las dos mediciones esté razonablemente cerca de la resistencia total de la cadena (de lo contrario, el botón no está haciendo buen contacto, por lo que la lectura puede ser defectuosa).

Si el procesador puede consumir un exceso de corriente cuando las entradas están flotando lejos de los rieles, puede ser una buena idea descargar periódicamente las tapas incluso cuando no se presiona ningún botón. Si se hace esto, las corrientes de reposo para el sistema deberían ser bastante mínimas.

Super gato
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Idea interesante. ¿Los condensadores no consumirán corriente continuamente?
LucasMcGraw
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@ n.taco: aumentar el voltaje en una tapa en una cierta cantidad requiere agregar una cantidad de carga (en coulombs) igual al cambio en el voltaje (en voltios) multiplicado por la capacitancia (en faradios). La disminución del voltaje requiere eliminar la carga. Un amperio representa un culombio por segundo. Cargar un condensador y descargar su carga a tierra a una velocidad periódica requerirá una cantidad de corriente igual a la carga por ciclo multiplicado por la frecuencia. Sin embargo, si el capacitor pasa la mayor parte de su tiempo sentado a un voltaje constante, usará esencialmente corriente cero durante ese tiempo.
supercat