Pines de potencia analógicos vs pines de potencia digital en chips

Suponiendo que quiere decir que tiene un voltaje analógico en la entrada de una compuerta digital, entonces (como ya se mencionó) detectará un "bajo" desde Vss (generalmente a tierra) hasta algún umbral y un "alto" entre algunos otro voltaje y Vdd (algún voltaje positivo para la mayoría de las familias de lógica). Entre estos voltajes la entrada es indeterminada; es decir, lo que la entrada está detectando no se puede garantizar. El umbral real está en algún lugar entre los niveles garantizados indicados y varía significativamente entre los lotes y la temperatura.

Sin embargo, el problema no termina aquí: si está alimentando una entrada lenta (más lenta que quizás 20 nseg / voltio) a una compuerta CMOS, la parte experimentará una conducción de clase A significativa (es decir, ambos transistores de la etapa de entrada están encendidos al mismo tiempo) y podría quemar la parte. Esto le ha sucedido a muchas personas, algunas de ellas bastante experimentadas.

Cuando tengo una señal lenta que necesita ingresar al dominio lógico, uso un dispositivo de activación Schmitt.

Realice una búsqueda rápida sobre las consecuencias de cambiar lentamente las entradas en la lógica del CMOS.

Supondré que por "potencia analógica" en realidad te refieres a un voltaje analógico.

Los voltajes analógicos pueden variar en cualquier lugar en un rango, de 0 a un máximo, en comparación con las señales digitales, que utilizan nominalmente dos niveles de voltaje: un voltaje bajo (cerca de 0v) para un 0 lógico y un voltaje alto (cerca de la fuente voltaje) para una lógica 1.

Voy a suponer que el voltaje analógico no pasa a ser negativo, si cae por debajo de alrededor de -0.3v, dañaría la puerta digital.

La lógica digital, o pines digitales en un microcontrolador, están diseñados para funcionar de 0 a un cierto voltaje V \ $ _ {DD} \ $ que se usa para alimentar la compuerta o el microcontrolador; Típicamente 3.3v o 5v.

Nuevamente, si su voltaje analógico está muy por encima del voltaje V \ $ _ {DD} \ $, digamos V \ $ _ {DD} \ $ + 0.3v, eso no es algo bueno. Asumiré que el voltaje analógico está en el rango de 0 a V \ $ _ {DD} \ $. Si permanece dentro de ese rango, no puede dañar la entrada digital aplicando una tensión analógica.

Las señales digitales son 0 o 1. Nominalmente, eso significa que 0v significa 0 y V \ $ _ {DD} \ $ volts significa 1. Sin embargo, en realidad hay un amplio margen incorporado en las entradas digitales, por ejemplo (por ejemplo) 0 hasta 0,8v se considera un 0, y cualquier valor entre 2v y V \ $ _ {DD} \ $ se considera un 1 (estos valores son típicos para una V \ $ _ {DD} \ $ de 5v).

¿Qué hay en el rango de 0,8v a 2v? Eso es indeterminado. Puede ser representado como un 0 o un 1.

Entonces, a medida que un voltaje analógico aumenta lentamente de 0v a V \ $ _ {DD} \ $ voltios (no demasiado lento, vea la respuesta de Peter Smith), primero la puerta registrará un 0 y luego un punto por encima de 0,8 v pero por debajo de 2v cambiará a un 1.

No hay nada intrínsecamente diferente entre un voltaje analógico y digital, es más cómo se usan. Además, los voltajes analógicos no tienen para variar en el tiempo, pero a menudo lo son (por ejemplo, una señal de audio de un micrófono).

Las señales analógicas generalmente se conectan a los microcontroladores utilizando un ADC (convertidor de analógico a digital) y un DAC (convertidor de digital a analógico). Cada uno de ellos puede trabajar con una señal analógica (ADC para entrada, DAC para salida) de 0 a alguna tensión de referencia analógica (generalmente V \ $ _ {DD} \ $, pero generalmente puede configurarse en un valor diferente). / p>

Un ejemplo de una señal analógica que no varía en el tiempo, si uno quisiera monitorear un riel de suministro en un sistema, lo conectaría a un ADC. Una vez trabajé en un proyecto donde había 12 voltajes diferentes en una placa, y los monitoreamos a todos. Esos voltajes no van a variar (uno espera), aunque todos se consideran analógicos, incluso si uno tiene el mismo voltaje que las señales digitales en el sistema.

Sí, se trata principalmente de evitar el ruido.

Si ve la red de suministro como una resistencia, y el IC se alimenta como otro, obtiene un divisor de voltaje, y el voltaje en el pin de suministro del IC depende de la relación de las dos resistencias. Durante la operación, la resistencia interna del IC cambia, por lo que el voltaje también cambia.

Si tiene una topología en la que una traza de potencia (con resistencia interna) de la fuente (ideal) primero va a un IC, luego a otro, queda claro de inmediato que el segundo IC verá un voltaje variable en el pin de suministro , dependiendo de lo que haga el primer IC.

Si ambos circuitos integrados tienen lógica digital, esto no importa, ya que una lógica alta puede ser de 5.05 V o 4.95 V, y el único efecto que se puede ver en una tensión de suministro menor es una velocidad de conmutación ligeramente reducida para los siguientes transistores, y mientras el diseño tenga un margen de seguridad adecuado, el resultado de las operaciones lógicas será el mismo.

Sin embargo, las piezas analógicas, como los osciladores, son bastante sensibles a las diferencias de voltaje. Un VCO, como se usa en un PLL, generará una frecuencia diferente cuando se le dé un voltaje diferente. La tensión de control de PLL se genera en relación con la tensión de suministro del bloque PLL, por lo que tolerará felizmente un amplio rango de voltajes de alimentación, siempre que sean estables.

Como el lado digital intenta transiciones rápidas y el lado analógico requiere estabilidad, un buen enfoque es conectarlos por separado a la fuente de alimentación.

En este punto, no hemos terminado del todo, sin embargo, porque todavía estamos asumiendo un suministro ideal, que no tenemos.

Como nuestros componentes siguen siendo bastante tolerantes con los voltajes absolutos, podemos ignorar el DC en la red y mirar solo el AC: ahora los pines de suministro de los IC generan una señal, que nos gustaría evitar que se propague también lejos. Para esto, construimos filtros de paso bajo que coinciden con los espectros generados, generalmente filtros LC.

La mayoría de las veces, aproximarlos es suficiente. En muchos diseños digitales, verá un condensador de 100 nF a través de los rieles de alimentación cerca del IC, y la traza y las vías proporcionan inductividad. Unos pocos condensadores más grandes empujan la frecuencia de corte hacia abajo, y estos a menudo se comparten entre circuitos integrados.

En el lado analógico, tratarías de ajustar los filtros a los componentes de frecuencia esperados y tratar de aislar adecuadamente cada componente. Lo más probable es que necesite menos condensadores pequeños porque el espectro no se extiende tan hacia arriba (de modo que está bien si su filtro pasaría a 1 GHz o más), pero necesita los más grandes porque ya no puede compartir los capacitores grandes fácilmente. / p>