Mengapa LED pada sebagian besar desain tertanam terbalik?

Saya perhatikan, bahwa di semua papan evaluasi saya bahwa saya telah sampai pada titik waktu ini. Semua LED terhubung secara aktif rendah ke Port Microcontroller. Saya mengerti bahwa dari sudut pandang keselamatan, lebih baik memiliki jalur RESET rendah yang aktif dan semacamnya. Tapi mengapa LED?

Pin MCU I / O masih memiliki arus sumber drive yang lebih lemah daripada saat tenggelam.

Dalam output CMOS MCU yang khas, ketika mereka mengemudi RENDAH, mereka menyalakan NOSFET saluran-N; dan ketika mereka mengemudi TINGGI mereka menyalakan P-channel MOSFET. (Mereka tidak pernah menyalakan keduanya pada saat yang sama!) Karena perbedaan mobilitas yang berlaku untuk saluran-N vs saluran-P (sekitar faktor perbedaan 2 hingga 3), perlu upaya ekstra untuk membuat P- perangkat saluran menunjukkan "kualitas" yang sama sebagai saklar. Beberapa pergi ke upaya ekstra itu. Beberapa tidak. Jika tidak, kemampuan untuk menenggelamkan (saluran-N) atau sumber (saluran-P) saat ini akan berbeda.

Beberapa dari mereka hampir simetris, di mana mereka dapat sumber sebanyak yang mereka bisa tenggelam. (Yang berarti mereka hampir sama bagusnya dengan beralih ke ground seperti mereka beralih ke rel catu daya.) Tetapi bahkan ketika masalah ekstra dicoba, ada masalah lain yang membuatnya tidak mungkin kedua perangkat akan sepenuhnya sama dan biasanya masih terjadi bahwa sisi sumber masih setidaknya agak lebih lemah.

Namun dalam analisis akhir, selalu merupakan ide bagus untuk melihat datasheet itu sendiri untuk dilihat. Berikut adalah contoh dari PIC12F519 (salah satu bagian termurah dari Microchip yang masih menyertakan beberapa penyimpanan data non-volatile internal yang dapat ditulis.)

Bagan ini menunjukkan tegangan output RENDAH (sumbu vertikal) vs arus tenggelam RENDAH (sumbu horizontal), ketika CPU menggunakan :$V_{CC}=3\:\textrm{V}$

Bagan ini menunjukkan tegangan output TINGGI (sumbu vertikal) vs arus sumber TINGGI (sumbu horizontal), juga ketika CPU menggunakan :$V_{CC}=3\:\textrm{V}$

Anda dapat dengan mudah melihat bahwa mereka bahkan tidak repot-repot mencoba menunjukkan kemampuan yang sama vs sumber saat ini.

Untuk membacanya, pilih arus yang besarnya sama pada kedua grafik (sangat sulit, bukan?) Mari pilih pada grafik pertama dan pada kedua. (Tentang sedekat yang bisa kami dapatkan.) Anda dapat melihat bahwa PIC12F519 biasanya akan turun sekitar pada yang pertama, menunjukkan resistensi internal sekitar . Demikian pula, Anda dapat melihat bahwa PICF519 biasanya akan turun sekitar pada grafik kedua, menunjukkan resistensi internal sekitar$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$. Tidak terlalu mirip. (CATATAN: Saya telah mengekstraksi data dari kurva selama .)$25^\circ\textrm{C}$

Jadi, jika Anda mendesain MCU khusus ini ke dalam sirkuit di mana Anda ingin secara langsung menggerakkan LED di sekitar , ke arah mana Anda akan ? Jelas bahwa Anda harus menganggap RENDAH sebagai AKTIF, karena itulah satu-satunya cara datasheet mengatakan Anda mungkin berhasil, sama sekali, tanpa perlu transistor eksternal untuk meningkatkan kepatuhan saat ini dari output.$2\:\textrm{V}$$10\:\textrm{mA}$

[Anda juga dapat mencatat bahwa perhitungan di atas pada sinking vs sumber arus terdekat menunjukkan dua nilai resistansi yang kira-kira merupakan faktor tiga dari satu sama lain (sekitar vs .) Ini mungkin tidak kebetulan dengan perbedaan dalam mobilitas yang saya sebutkan di awal, bahwa antara M-channel dan M-channel MOSFET.]$50\:\Omega$$150\:\Omega$

Ini cukup umum (meskipun tidak biasa seperti dulu) bahwa pin output mikrokontroler dapat tenggelam lebih banyak saat ini dalam keadaan rendah daripada mereka dapat sumber dalam keadaan tinggi. Akibatnya, desainer terbiasa menempatkan LED, atau apa pun yang membutuhkan arus tinggi (untuk pin mikrokontroler) antara daya dan pin alih-alih antara ground dan pin. Ketika mikro memiliki kemampuan sumber / sink simetris, ini tidak perlu, tetapi tidak ada salahnya juga.

Sebagai contoh, berikut adalah cuplikan dari datasheet PIC 16F1459 (bagian produksi yang cukup baru dan tentunya arus utama):

Perhatikan bagaimana arus untuk kasing Tegangan Rendah Output lebih tinggi pada tegangan suplai yang sama daripada untuk kasing Tegangan Tinggi Output . Dan, arus wastafel ditentukan untuk kenaikan 600 mV, sedangkan arus sumber untuk penurunan 700 mV. Secara keseluruhan, mikro ini memiliki driver sisi rendah yang jauh lebih kuat pada pin I / O regulernya.

Banyak micros baru yang simetris, terutama yang tidak memiliki banyak sumber / kemampuan sink di tempat pertama.

Ketika LED membutuhkan lebih banyak arus daripada yang bisa ditangani oleh keluaran digital, atau setidaknya lebih dari yang Anda inginkan, Anda perlu menggunakan transistor eksternal. Saklar sisi rendah adalah pilihan alami dan sederhana. LED kemudian dihubungkan antara daya dan transistor ini.

Dengan menggunakan desain pull-down, dimungkinkan untuk mengganti perangkat (mis. LED) dengan pasokan 5V, menggunakan mikrokontroler yang toleran 1,8V tetapi 5V tanpa komponen eksternal.

Ketika pin (open-drain dikonfigurasi) tidak ditarik ke bawah, ia mengambang, karena tidak ada arus yang ditarik, tegangan akan mengambang ke tegangan suplai led ke 5V. Ini ok untuk beberapa tetapi tidak semua mikro tegangan rendah.

Dengan cara ini Anda dapat menjalankan led langsung dari jalur suplai dan menggunakan konverter tegangan arus rendah untuk mikro. Ini adalah satu-satunya cara untuk menggunakan mis. led biru pada mikro 1.8v tanpa menambahkan lebih banyak komponen.

Misalnya pin dari seri NXP LPC81xM toleran 5v ketika mikro diaktifkan, bahkan pada 1.8v

Dataseet dari NXP LPC81xM

Karena MOSFET tiriskan terbuka umumnya lebih banyak tenggelam daripada push pull dan kadang-kadang bahkan mentolerir rentang tegangan yang lebih luas. Menggunakan LED dengan saluran terbuka hanya berfungsi dengan konfigurasi rendah aktif. Bergantung pada mikro, ada pula yang hanya push pull.