대부분의 임베디드 디자인에서 LED가 반전되는 이유는 무엇입니까?

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나는이 시점까지 내가 가지고 있었던 모든 평가 보드에서이를 발견했다. LED는 모두 액티브 로우에서 마이크로 컨트롤러 포트에 연결되었습니다. 안전 측면에서 낮은 리셋 라인을 활성화하는 것이 좋습니다. 그러나 왜 LED인가?

led embedded

— 누군가
소스

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예전에는 NMOS와 NPN 트랜지스터가 PMOS 나 PNP보다 훨씬 강력했습니다. 그래서 우리 모두는 소스 전류가 아닌 로직 입력이 싱크되도록 LED를 배치하는 습관을들이 었습니다. 그것은 더 이상 중요하지 않지만 오래된 습관은 열심히 죽습니다. 때때로 다른 방법으로 LED를 연결했습니다. IO의 현재 제한을 존중하는 한 정상적으로 작동합니다.

— mkeith

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마이크로 컨트롤러의 IO 핀이 소스보다 더 많은 전류를 싱크 할 수있는 경우가 종종 있습니다. 이는 전체 칩의 총 최대 전류 소스를 초과하지 않고 더 밝은 LED를 만들 수 있습니다. 마일리지는 물론 다를 수 있으므로 항상 데이터 시트를 확인하십시오.

— Wossname 2016 년

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TTL은 액티브 로우 드라이브의 개념을 계승했으며 CMOS I / O는 액티브 풀업 유무에 관계없이 항상 비활성 하이 또는 플로팅 입력입니다. 따라서 재설정 후 LED 꺼짐

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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역사적 참고 사항 : TTL 입력은 높은 플로팅을 수행했으며 입력을 낮게 구동하려면 전류를 끌어 와야했습니다. 그렇기 때문에 TTL 출력은 낮은 상태에서 상당한 전류를 "싱킹"해야했지만 높은 상태에서는 많은 전류를 "소싱"할 필요가 없었습니다. (사실, 오픈 컬렉터 출력이 있는 TTL 부품 은 높은 상태에서 전류를 전혀

— Solomon Slow

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하나 더요 "좋은 옛날"에 LED는 매우 비효율적이었고 LED를 합리적으로 보이게하려면 실제로 20mA가 필요했습니다. 요즘 5mA는 눈부신 것이므로 소스 또는 싱크는 일반적으로 문제가되지 않습니다.

— Dirk Bruere

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여전히 MCU I / O 핀이 싱크 전류보다 구동 소싱 전류가 약한 경우가 있습니다.

일반적인 CMOS MCU 출력에서 LOW를 구동하면 N 채널 MOSFET이 켜집니다. 그리고 HIGH로 구동하면 P- 채널 MOSFET을 켭니다. N- 채널과 P- 채널에 적용되는 이동성의 차이 (약 2 ~ 3의 차이) 때문에 P-를 만들기 위해 추가 노력이 필요합니다. 채널 장치는 스위치와 유사한 "품질"을 나타냅니다. 일부는 그 추가 노력에 간다. 일부는 그렇지 않습니다. 그렇지 않은 경우 싱크 (N- 채널) 또는 소스 (P- 채널) 전류 기능이 달라집니다.

그들 중 일부는 거의 대칭 적입니다. (단, 전원 공급 장치 레일의 스위치만큼 접지로 전환하는 것이 좋다는 것을 의미합니다.) 그러나 추가적인 문제가 발생하더라도 두 장치가 완전히 유사하지 않을 가능성이있는 다른 문제가 있습니다. 여전히 소싱 측면이 여전히 다소 약한 경우가 여전히 있습니다.

그러나 최종 분석에서는 항상 데이터 시트 자체를 살펴 보는 것이 좋습니다. 다음은 PIC12F519 (마이크로 칩에서 가장 저렴한 부품 중 하나이며 데이터를위한 쓰기 가능한 내부 비 휘발성 스토리지를 여전히 포함하고 있음)의 예입니다.

이 차트는 CPU가 사용할 때 LOW 출력 전압 (수직 축) 대 LOW 싱킹 전류 (수평 축)를 보여줍니다 . $V_{CC}=3\:\textrm{V}$

이 차트는 CPU가 사용하는 경우에도 HIGH 출력 전압 (수직 축) 대 HIGH 소싱 전류 (수평 축)를 보여줍니다 . $V_{CC}=3\:\textrm{V}$

당신은 그들이 동일한 싱킹 대 소싱 현재 기능을 보여 주려고 애쓰는 것을 쉽게 알 수 없습니다.

그것들을 읽으려면 두 차트에서 비슷한 크기의 전류를 선택하십시오 (매우 어렵지 않습니까?) 첫 번째 차트 에서 를 선택하고 첫 번째 차트에서 를 선택하십시오 두번째 것. PIC12F519는 일반적으로 첫 번째 약 을 떨어 뜨려 약 의 내부 저항을 나타냅니다 . 마찬가지로, PICF519가 일반적으로 두 번째 차트에서 약 하여 내부 저항이 약 $5\:\textrm{mA}$ $4\:\textrm{mA}$ $230\:\textrm{mV}$ $R_{LOW}=\frac{230\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}\approx 46\:\Omega$ $600\:\textrm{mV}$ $R_{HIGH}=\frac{600\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}\approx 150\:\Omega$ . 별로 비슷하지 않습니다. (참고 : 대한 커브에서 데이터를 추출했습니다 .) $25^\circ\textrm{C}$

당신은 당신이 직접 운전하고 싶어하는 회로에이 특정 MCU를 설계 할 경우에 따라서 약에 LED , 어떤 방법은 것입니다 당신이 그것을 연결할? 데이터 시트에서 출력의 전류 컴플라이언스를 높이기 위해 외부 트랜지스터가 필요하지 않은 유일한 방법이기 때문에 LOW를 ON으로 고려해야한다는 것이 분명합니다. $2\:\textrm{V}$ $10\:\textrm{mA}$

[또한 근처의 싱킹 대 소싱 전류에서 위의 계산은 서로 약 3의 계수 인 약 2 개의 저항 값 (약 vs ) 을 나타내는 것으로 나타납니다 . 처음에 언급 한 이동성, P- 채널과 N- 채널 mosfets의 차이점과 일치하지 않습니다.] $50\:\Omega$ $150\:\Omega$

— k 크
소스

안녕 jonk, 내 의견 아래 Olin에 대한 예를 참조하고 재고하십시오. MCU가 그런 식이었고 논리 칩은 일반적으로 사용되었지만 오늘날에는 그렇지 않다고 말하는 것이 공정합니다. 마이크로 칩은 당신이 둘 다 살펴본 예외 인 것처럼 보이지만 그들은 그다지 많은 양의 시장이 아닙니다 :-)

— TonyM

@TonyM 저는 약 10 년 전에 MSP430에서 Microchip PIC 장치에 이르기까지 수많은 장치를 테스트했습니다. 많은 경우에 MCU가 소스 대 싱크 기능에서 훨씬 더 가까워 졌지만 소스 기능이 싱크 기능과 같거나 초과하는 것을 발견 한 사례는 단 한 가지였습니다. 그리고 그것은 오직 하나의 PIN만이 지정되고 달성 된 장치에있었습니다. 그렇지 않으면 모두 드라이브가 더 낮았습니다. 내가 준 예제 장치의 요점은 아니지만 알만한 가치가 있습니다. 예를 들어, MSP430은 약 60ohm 싱크 및 약 100ohm 소스를 제공합니다.

— jonk

@TonyM 따라서 세부 사항은 다양하지만 일부 장치는 다른 장치보다 더 가깝지만 (때로는 더 가깝습니다) 요점은 남아 있습니다. 여기에서 답변을 개선하기 위해 조사 할 수있는 싱크 및 소스 전류에 대한 자세한 곡선을 제공하는 특정 장치가 있습니까? 선택한 장치가 작동해야한다고 가정 해 봅시다.

V_{C C} = 3 V

$V_{CC}=3\:\textrm{V}$

지금 당신은 묻는다, 나는 모두 폐쇄했다. Silicon Labs 부분을 살펴보면 일반적으로 NXP 데이터 시트가 좋으므로 조금 다시 확인해야합니다. 그러나 나의 예는 오늘날 논리 칩이 균형을 이루고 있으며 불균형을 발견 할 수있는 유일한 파고를 보여준다. 이 출력에서 LED를 명확하게 걸 수 있으며 제대로 작동합니다. 1.6mA 싱크 및 0.4mA 소스, 4 대 1 비율의 74LS 출력과 같은 오래된 로직이 사라 졌음을 알기 위해 출력을 실제로 정확하게 균형을 맞출 필요는 없습니다. 따라서 요점이 남아 있다고 말할 수 없으며 대부분 오래된 습관이 퍼져 있습니다. Microchip 만 좋아하지 않는 한 :-)

— TonyM

@TonyM 내 요점은 데이터 시트를보고 관련 위생 검사를 수행하는 것보다 장치에 대한 것보다 더 중요합니다. 그러나 약간의 차이 를 예상 하는 것은 무리가 없습니다 . 그리고 선택의 여지가 있다면 오늘날에도 active-LOW를 사용하는 것이 조금 더 안전하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 항상 확인하십시오! 분명히 일부 응용 프로그램 (예 : LED)의 경우 20 년 전보다 훨씬 더 가능성이 높습니다. 그러나 OP는 "왜?" 그들은 찾은 것을 찾습니다. 내 대답은 그 질문에 대한 답변입니다. 3V에서 일부 장치의 일부 곡선 (테이블 행이 아닌)을보고 싶습니다.

— jonk

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마이크로 컨트롤러 출력 핀이 하이 상태에서 소싱 할 수있는 것보다 로우 상태에서 더 많은 전류를 싱킹 할 수있는 것은 상당히 일반적입니다 (전과 같지는 않지만). 결과적으로 설계자들은 LED 또는 접지와 핀 대신 전력과 핀 사이에 높은 (마이크로 컨트롤러 핀의) 전류를 필요로하는 모든 것을 배치하는 데 익숙해졌다. 마이크로에 대칭 소스 / 싱크 기능이있는 경우에는 필요하지 않지만 해를 끼치 지 않습니다.

예를 들어, 다음은 PIC 16F1459 (합리적으로 최근의 주류 생산 부품) 데이터 시트의 스 니펫입니다.

의 전류 방법을 참고 출력 저전압의 경우는보다 같은 공급 전압에서 높은 출력 고전압 케이스. 또한 싱크 전류는 600mV 상승으로 지정되고 소스 전류는 700mV 강하로 지정됩니다. 대체로이 마이크로는 일반 I / O 핀에서 실질적으로 더 강력한 로우 사이드 드라이버를 가지고 있습니다.

많은 최신 마이크로는 대칭 적이며, 특히 처음에는 소스 / 싱크 기능이 많지 않은 것들입니다.

LED가 디지털 출력이 처리 할 수있는 것보다 더 많은 전류를 요구하거나 적어도 처리하고자하는 것보다 많은 전류를 필요로하는 경우 외부 트랜지스터를 사용해야합니다. 로우 사이드 스위치는 자연스럽고 간단한 선택입니다. 그런 다음 LED는 전원과이 트랜지스터 사이에 연결됩니다.

— 올린 라스 롭
소스

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안녕하세요, 귀하의 답변에 대한 수정 : [ 마이크로 컨트롤러 출력 핀 이 하이 상태에서 소싱 할 수있는 것보다 낮은 상태에서 더 많은 전류를 싱크 할 수있는 것이 일반적 이었습니다 . 지난 10 년 이상의 마이크로 컨트롤러는 싱킹되는만큼의 출력을 밸런싱 했습니다.] 완전히 8048, 8051, 6811 및 모든 구식의 경우에 해당하지만 2005 년 이후 나 그 이후의 것들에는 해당되지 않습니다. 모든 ARM처럼. 감사.

— TonyM

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@Tony : 비대칭 소스 / 싱크는 여전히 흔하지 만, 예전보다 적습니다. 방금 PIC 16F1xxx (구체적으로 16F1359) 부품 중 하나를 확인했습니다. 5V Vdd를 사용하면 높은 출력에서 700mV 드롭으로 3.5mA를 소싱 할 수 있습니다. 낮은 출력은 600mV 드롭으로 8mA를 싱크 할 수 있습니다. 이것은 현대 마이크로에서도 사라지지 않았습니다.

— Olin Lathrop

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PIC16F1xxxx는 기존 PIC16Fxxx 라인에서 업그레이드되었지만 여전히 고대 기술입니다. 그것들은 일반적으로 25 %의 넓은 공차로 가능한 한 가깝게 대칭입니다. 1 / Vdd에 민감합니다.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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찾아 주셔서 감사하지만 Microchip 부품은 오해의 소지가 있습니다. Iol = Ioh = 20 mA 인 NXP P89LPC933 (8051, 2004); Iol = Ioh = 4 mA 인 NXP LPC1111 (ARM, 2010); Iol = Ioh = 같은 (구성 가능한) mA를 갖는 TI OMAP5910; Iol = Ioh = 8 mA 인 TI TMS320C620; Iol = Ioh = 같은 (구성 가능) mA 인 Silicon Labs EFM32GG380 (2014). 싱크에서 누락 된 '-'를 무시하십시오. 데이터 시트 라이브러리에서 단 5 분만에 계속 갈 수 있었지만 개인적으로 수십 년 동안 불균형을 보지 못했습니다. 내 이전 의견과 비슷한 답변을 다시 편집 할 수 있습니까? 전체 그림을 제공하고 답변에 무해합니다.

— TonyM

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@OlinLathrop "6F1xxx 시리즈는 최근 16Fxxx 시리즈와 최근에 동일합니다." 예, 알고 있습니다. 그러나 RdsOn 사양을 업그레이드하지 않기로 선택했습니다. Vol, Voh는 동일하므로 스트립 라인 특성 및 링잉에 영향을주는 레거시 보드 설계에서 Q가 변경되지 않습니다. 제어되지 않은 임피던스 트랙 (읽기 유도 성)에서 드라이버 Z를 반으로 변경하면 링에서 잘못된 가장자리가 발생할 수 있습니다. 따라서 최대 f.clk에서 작동하는 드라이버에 대해서는 할아버지 사양이 적용됩니다. Q = 2pi * F * L (F) / 소스 드라이브 ESR

— 토니 스튜어트 Sunnyskyguy EE75

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풀다운 설계를 사용하면 외부 부품없이 1.8V ~ 5V 허용 마이크로 컨트롤러를 사용하여 5V 전원으로 장치 (예 : LED)를 전환 할 수 있습니다 .

(오픈 드레인 구성) 핀을 잡아 당기지 않으면 전류가 흐르지 않으므로 전압이 LED의 공급 전압으로 플로팅되어 5V가됩니다. 이것은 일부 저전압 마이크로는 괜찮습니다.

이런 식으로 공급 라인에서 직접 LED를 작동시키고 마이크로 용 저 전류 전압 변환기를 사용할 수 있습니다. 이것이 예를 들어 사용하는 유일한 방법입니다. 더 많은 부품을 추가하지 않고 1.8V 마이크로의 청색 LED.

예를 들어 NXP LPC81xM 계열의 핀은 1.8V에서도 마이크로 전원 공급시 5V 허용

NXP LPC81xM의 Dataseet

— 펠레
소스

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때문에 오픈 드레인 의 MOSFET는 일반적으로 때때로 푸시 풀 싱크 전류보다 심지어는 더 넓은 전압 범위를 허용. 오픈 드레인이있는 LED를 사용하는 것은 활성화 된 낮은 구성에서만 작동합니다. 마이크로에 따라 일부는 푸시 풀입니다.

— 전압 스파이크
소스