Por que os LEDs na maioria dos projetos incorporados são invertidos?

Percebi que em todos os meus painéis de avaliação eu tinha até esse momento. Os LEDs foram todos conectados em baixa ativa à porta do microcontrolador. Entendo que, do ponto de vista de segurança, é melhor ter linhas RESET baixas ativas e coisas do tipo. Mas por que LEDs?

Ainda é o caso de que os pinos de E / S do MCU geralmente tenham uma corrente de fornecimento de unidade mais fraca que a corrente de dissipação.

Em uma saída típica do CMOS MCU, quando eles dirigem LOW, eles ativam um MOSFET de canal N; e quando eles dirigem ALTO, ligam um MOSFET de canal P. (Eles nunca ligam os dois ao mesmo tempo!) Devido às diferenças de mobilidade que se aplicam ao canal N versus canal P (cerca de um fator de 2 a 3 de diferença), é necessário um esforço extra para tornar o P- O dispositivo de canal exibe "qualidade" semelhante a um comutador. Alguns vão para esse esforço extra. Alguns não. Caso contrário, a capacidade de afundar (canal N) ou fonte (canal P) será diferente.

Alguns deles são quase simétricos, na medida em que podem obter quase tanto quanto podem afundar. (O que significa apenas que eles são tão bons quanto uma mudança para o terra do que uma mudança para o trilho da fonte de alimentação.) Mas mesmo quando se tenta um problema extra, há outros problemas que tornam improvável que os dois dispositivos sejam totalmente semelhantes e ainda é geralmente o caso de o lado da fonte ainda ser pelo menos um pouco mais fraco.

Mas, na análise final, é sempre uma boa ideia ver a própria folha de dados para ver. Aqui está um exemplo do PIC12F519 (uma das partes mais baratas da Microchip que ainda inclui algum armazenamento interno não volátil e gravável para dados).

Este gráfico mostra a baixa tensão de saída (eixo vertical) versus a baixa corrente de afundamento (eixo horizontal), quando a CPU está usando $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Este gráfico mostra a tensão de saída ALTA (eixo vertical) versus a corrente de fonte ALTA (eixo horizontal), também quando a CPU está usando $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ :

Você pode ver facilmente que eles nem se incomodam em tentar mostrar os mesmos recursos atuais de afundamento versus fornecimento.

Para lê-los, escolha uma corrente de magnitude semelhante nos dois gráficos (muito difícil, não é?) Vamos selecionar $5\:\textrm{mA}$ no primeiro gráfico e$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$$25^\circ\textrm{C}$

$2\:\textrm{V}$$10\:\textrm{mA}$

$50\:\Omega$$150\:\Omega$

É bastante comum (embora não tão comum como costumava ser) que os pinos de saída do microcontrolador possam afundar mais corrente no estado baixo do que na fonte no estado alto. Como resultado, os designers se acostumaram a colocar LEDs, ou qualquer outra coisa que precise de uma corrente alta (para um pino de microcontrolador) entre a energia e o pino, em vez de entre o terra e o pino. Quando o micro possui capacidade simétrica de fonte / coletor, isso não é necessário, mas também não causa danos.

Por exemplo, aqui está um trecho da folha de dados do PIC 16F1459 (uma peça de produção razoavelmente recente e certamente mainstream):

Observe como as correntes do gabinete de baixa tensão de saída são mais altas na mesma tensão de alimentação do que do gabinete de alta tensão de saída . E, as correntes do coletor são especificadas para um aumento de 600 mV, enquanto as correntes da fonte para uma queda de 700 mV. Em suma, este micro possui drivers laterais baixos substancialmente mais fortes em seus pinos de E / S regulares.

Muitos micros mais novos são simétricos, aparentemente particularmente aqueles que não têm muita capacidade de fonte / coletor em primeiro lugar.

Quando o LED requer mais corrente do que uma saída digital pode suportar, ou pelo menos mais do que você deseja permitir, é necessário usar um transistor externo. Um interruptor lateral baixo é a escolha natural e simples. O LED é então conectado entre a energia e este transistor.

Usando um design suspenso, é possível alternar um dispositivo (por exemplo, um LED) com uma fonte de 5V, usando um microcontrolador tolerante de 1,8V mas 5V sem componentes externos.

Quando o pino (configurado com dreno aberto) não é puxado para baixo, ele está flutuando, como nenhuma corrente é consumida, a tensão flutua para a tensão de alimentação do led, para 5V. Isso é bom para alguns, mas nem todos os micros de baixa tensão.

Dessa forma, você pode executar os leds diretamente de uma linha de suprimento e usar um conversor de tensão de corrente mais baixa para o micro. Esta é a única maneira de usar, por exemplo. leds azuis em um micro de 1.8v sem adicionar mais componentes.

Por exemplo, os pinos da série NXP LPC81xM são tolerantes a 5v quando o micro é alimentado, mesmo a 1,8v

Banco de dados do NXP LPC81xM

Como os mosfets de dreno aberto geralmente consomem mais corrente do que o push pull e às vezes até toleram uma faixa de tensão mais ampla. O uso de um LED com dreno aberto funciona apenas com uma configuração baixa ativa. Depende do micro, porém, alguns são apenas push pull.