Comparación de protección de entrada de MCU

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Estoy trabajando para crear un circuito de protección simple para un pin de E / S de una MCU. La señal de entrada provendrá de una variedad de dispositivos diferentes y querré monitorear los valores digitales altos / bajos de los siguientes tipos de entrada:

  • Reed Switch (normalmente abierto) que se conecta a GND cuando está cerrado.
  • Normalmente, el relé / FET abierto se conecta a GND cuando está cerrado.
  • pulso de entrada de alta frecuencia de 12v-24v. La señal es típica ~ 0v, y periódicamente envía un pulso rápido (5ms) de entre 12v y 24v (la MCU contará estos pulsos).
  • la señal de 0v y 24v proviene de un termostato (utilizada para activar sistemas HVAC, solo estaré monitoreando esta línea, no controlandola).
  • señal serial + 5v (Rx UART) a 9600 baudios.

El dispositivo funciona con una batería de litio de 3,3 V, por lo que es importante un consumo de corriente mínimo (en cualquier estado de señal de entrada). Vdd es ~ 3v.

Estoy comparando dos soluciones. Uno usa la matriz de diodos Schottky, y el otro usa transistores con pre-polarización. Tengo curiosidad por saber qué solución se recomendaría y cuáles serían las ventajas y desventajas de cada enfoque.

Matriz de diodos

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Transistores predispuestos

simular este circuito

Nota: en realidad tendré dos de estas líneas de entrada, así que si uso la solución Diode Array necesitaré hacer dos de esos circuitos idénticos para cada entrada. Para el Transistor prepintado lo modelé utilizando el DS30345 para que el único IC admita ambas entradas.

Consulte Protección de entrada y Solución para aceptar 3-24v como alta digital para microcontroladores para publicaciones sobre cada diseño.

    
pregunta apaul

1 respuesta

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Sus requisitos dificultan el diseño de un circuito. Y creo que tendrás que transigir en alguna parte.
Todavía tengo que encontrar un puerto IO como el que usted describe en algo industrial. Que es lo que estás preguntando con la calificación de 24V.

Pero, vamos a definir los requisitos:

  1. Entrada digital de extracción a tierra.
  2. Entrada digital de 24Vcc (por ejemplo: IEC1131-2)
  3. Contador de alta frecuencia de 24V.
  4. nivel TTL UART.

Pero vamos a añadir:

  1. Inmunidad al ruido, no desea que la entrada cambie a la frecuencia de la red debido al ruido o eventos cercanos.

Ahora, esto presenta algunos desafíos serios, el rango de umbral de entrada son < 0.8V y > 2.0V, pero también < 5V y > 15V.
Para agregar complicaciones, la entrada de 24 V deberá sumir algo de corriente (~ 3 mA), mientras que la uart tendrá que levantar la línea ya que el transmisor la baja.

Creo que no puedes hacer esto sin algunos interruptores de selección.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

R1 debe ser lo suficientemente bajo como para permitir que pase uart. R2 debe proporcionar suficiente corriente si el transmisor uart no es push-pull (a menudo no lo son). Si no, baje R1 y R2, pero vigile la corriente y la potencia. Ya están haciendo 50 mW.
R3 debería tomar suficiente corriente para 24 voltios para no excitar el diodo Zener y proporcionar inmunidad al ruido, ya que requiere corriente para superar el umbral de voltaje de los búferes.
C1 proporcionará algunos filtros para fallas rápidas, pero no será muy efectivo. Ya que no puede ralentizar la señal por debajo de 10 kHz (velocidad de transmisión de uart).

El búfer está allí como componente de sacrificio, o como componente con umbrales más estrictos, o umbral con menos distribución entre las partes.
Schmitt trigger son muy recomendables.

El compromiso aquí es que una extracción a tierra puede tener una recuperación lenta debido a R2. Pero no se puede reducir mucho R2, ya que los umbrales de bajo nivel serán un problema.

Las simulaciones son geniales, pero definitivamente lo pondría en una placa de pruebas antes de ordenar el PCB. Especialmente la parte UART es complicada.

    
respondido por el Jeroen3

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