Pulldown-Widerstandsverwirrung

Ich kann anscheinend keine anständigen Informationen zu diesem Thema finden, da alle Artikel nur allgemeine Konzepte von Klimmzügen und Klimmzügen erklären oder Klimmzüge nur eingehender behandeln.

Ich verstehe das allgemeine Konzept von Pull-up-/Pull-down-Widerständen. Ich verstehe die Funktionsweise eines Pull-up-Widerstands und wie man seinen Wert berechnet. Es ist das Konzept der Spannungsabfälle, das bei der Berechnung von R für einen Pulldown-Widerstand berücksichtigt wird, das mich verwirrt.

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Ich beginne mit einem Pull-up (ignoriere den 100-Ohm-Widerstand):

  1. Schalter offen: Digitaleingang wirkt im HIGH-Zustand als Stromsenke. Es hat einen Leckstrom von ~20uA und Vhigh(min) = 2V. Daher vereinfacht sich die Schaltung auf +5V -> 10k Widerstand -> GND.

Rmax = (5,0 - 2,0)/(20*10^-6) = 150k

Bei geschlossenem Schalter und R = 150 k haben wir also eine V = 2 V an der Verbindungsstelle, was die Mindestspannung ist, die erforderlich ist, um als logisch HIGH zu registrieren. Durch Auswahl eines kleineren Widerstandswerts können wir sicherstellen, dass der Spannungsabfall über R kleiner ist, sodass die Spannung am Übergang näher an +5 V liegt. Zum Beispiel hätte ein 10k-Widerstand nur einen Spannungsabfall von 0,2 V, was bei geöffnetem Schalter 4,8 V an der Verbindungsstelle übrig lässt.

  1. Schalter geschlossen: Digitaleingang wirkt als Stromquelle im LOW-Zustand. Dieser Strom wird direkt auf Masse gezogen. Wir können dies also auf zwei separate Schaltkreise vereinfachen: Vin -> GND und +5V -> 150k -> GND.

Der Wert des Pull-up-Widerstands muss also im Wesentlichen hoch genug sein, um einen Kurzschluss zu verhindern, wenn der Schalter geöffnet ist, und niedrig genug, um keinen ausreichend hohen Spannungsabfall zu verursachen.

Jetzt komme ich nicht zu denselben logischen Schlussfolgerungen, wenn ich dieselbe Methode für den Pulldown anwende (wiederum den 100-Ohm-Widerstand ignorieren):

  1. Schalter offen: Digitaleingang als Stromquelle im LOW-Zustand. Es hat einen Leckstrom von 400uA und Vlow(max) = 0,8V. Wie verwende ich diese Informationen?

In meinen Augen sehe ich das so: Der Eingang ist direkt mit GND verbunden, der Abfall über R wird immer 5 V betragen, egal was passiert, was genau 0 V ergibt.

  1. Schalter geschlossen: Der größte Teil des Stroms umgeht R, daher fließt eine große Strommenge bei 5 V direkt in den Eingang (schlechte Sache?).

Warum also sprechen die Leute immer von Spannungsabfällen an R, wenn es um Pulldowns geht? Es ergibt für mich keinen Sinn, es nervt mich schon eine Weile, jede Hilfe wird sehr geschätzt!

Antworten (3)

Der Pulldown ist genauso wie der Pullup. In beiden Fällen geht es um die Situation bei geöffnetem Schalter, da der Widerstand sonst nicht eintritt (außer um zu verhindern, dass die Versorgung kurzgeschlossen wird, wie Sie sagen).

Im Fall des Pullups haben Sie einen Eingang, der (sagen wir) bei 2,0 V liegen soll und einen Strom von 20 uA senkt . Der Strom fließt durch den Widerstand. Der Maximalwert ist also (5V-2V)/0,02mA = 150K.

Im Falle des Pulldowns haben Sie einen Eingang, der (sagen wir) 800 mV betragen soll und einen Strom von 400 uA liefert . Dieser Strom fließt durch den Widerstand. Nach dem Ohmschen Gesetz beträgt der maximale Widerstand also 0,8 V / 0,4 mA = 2 K.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

In Wirklichkeit würden wir wahrscheinlich 2,4 V und 0,4 V für die Spannungen verwenden, um in einem realen Design eine 400-mV-Rauschimmunität (LSTTL-Pegel) zu erzielen - anstatt eine Rauschimmunität von Null -, sodass die Widerstände 130 K / 1 K betragen würden und 130 K eine zu hohe Impedanz wäre und lädt EMI zur Eingabe ein, also wäre es wahrscheinlicher, dass es so etwas wie 10K oder 4,7K und 1K sein würde.

Was ich nicht verstehe, ist, warum R1 in Ihrer Schaltung überhaupt eine Rolle spielt. Wenn ein Strom von 400 uA fließt, bedeutet dies, dass an der Stelle, an der er fließt, ein höheres Potenzial vorhanden sein muss. Das ist im Grunde dasselbe wie einen einzelnen Widerstand in Reihe mit einer Batterie zu haben. Daher ist der Spannungsabfall über dem Widerstand immer gleich diesem Potenzial, irre ich mich?
Warten Sie, I1 und I2 sind Stromquellen, keine Spannungsquellen, richtig? Das heißt, der Strom ist fest, die Spannung variiert, habe ich recht?
@Hypomania Ja, genau das passiert. Das sind Stromquellen, sie sinken oder liefern und V über dem Widerstand ist immer I * R. In einer idealen Stromquelle bleibt der Strom unabhängig von der an ihm anliegenden Spannung konstant.
Das macht jetzt alles klar, ich ging davon aus, dass der Leckstrom von einer Konstantspannungsquelle stammt :) Danke!

Dies hängt von der Last ab, die der digitale Eingangspin darstellt. Im Allgemeinen verwenden wir einen möglichst großen Widerstand, der den Anforderungen des digitalen Eingangspins entspricht.

Wenn der digitale Eingang CMOS ist und daher nA benötigt, ist ein 1-Meg-Widerstand, sogar ein 10-Meg-Widerstand, entweder für Pullup oder Pulldown in Ordnung, obwohl niedrigere Werte akzeptabel sind.

Wenn es sich um TTL handelt, muss tatsächlich kein Strom in den Pin eingespeist werden, die TTL-Eingangsquellen liefern ohnehin bis zu 400 uA. Du siehst jedoch typischerweise Werte von 2,2k bis 10k für Klimmzüge.

Wir vermeiden im Allgemeinen Pulldowns mit TTL, da sie diese 400 uA auf 0,8 V senken müssen, um einen gültigen '0'-Pegel zu erzeugen, was einen Widerstand von 2 k oder weniger erfordert.

Sobald Sie auf 2k und weniger herunterkommen, kann der Strom, den der Widerstand aufnimmt, einen erheblichen Teil Ihres Leistungsbudgets ausmachen, was beunruhigend ist, wenn Sie mit Batterien arbeiten. Wenn Sie TTL verwenden, werden Sie wahrscheinlich nicht mit Batterien betrieben.

Vielen Dank, ich weiß Ihre Antwort zu schätzen. Ich würde jedoch gerne verstehen, wie diese Werte anhand von Spannungsabfällen und Strömen, die durch die Widerstände fließen, abgeleitet werden. Es fällt mir nicht leicht, den Wert einfach zu akzeptieren. Ich verstehe nicht, von welchen Werten Pulldowns abhängen oder wie sie überhaupt funktionieren. Ich weiß, was sie tun sollen, ich sehe nicht, wie sie es tun.
was as they have to sink that 400uA down to 0.8v to make a valid '0' level, which needs 2k or lower value resistor.verstehst du nicht? Ich habe die Eingangsspezifikationen für TTL dargelegt, damit es richtig funktioniert, und dann gibt es noch das Ohmsche Gesetz.
Was ich falsch gemacht habe, ist anzunehmen, dass der Leckstrom von einer Stromspannungsquelle abgeleitet / bezogen wurde, sodass sich meine Mathematik nicht summierte, da ich dachte, der Spannungsabfall am Widerstand sei immer gleich gewesen. Ich habe es jetzt verstanden, vielen Dank für Ihre erneute Antwort :)

Das gleiche Prinzip gilt für den Pulldown. Wenn der Leckstrom 400 uA beträgt, bedeutet dies, dass bei geöffnetem Schalter die Spannung über dem Pulldown 400 uA beträgt* R P u l l D Ö w N . Sie müssen sicherstellen, dass in diesem Szenario 400uA* R P u l l D Ö w N < 0,8 v um sicherzustellen, dass der digitale Eingang eine '0' liest (das Maximum, das als logische Null gelesen wird, beträgt 0,8 V).

Dieser Link sollte Ihre Frage beantworten; es erklärt die Auswahl von Pullup und Pulldowns basierend auf den Leckage- und I*R-Abfällen:

http://www.ti.com/lit/an/slva485/slva485.pdf

Hinzufügen: Dies ist der Leckstromfluss, wenn der Schalter für den Pull-Down-Fall offen ist. Halten müssen ICH L R < .8 v , das gibt dir deinen maximalen R-Wert. Tatsächlich spielt der 100-Ohm-Widerstand eine Rolle, aber er ist im Vergleich zu typischen Werten für Pullups/Pulldowns (in kOhm) so klein, dass er das Ergebnis nicht wesentlich ändern wird.

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Aber das verwirrt mich, wird der Spannungsabfall in einem solchen Fall nicht immer 5 V betragen? Da haben wir Vin -> Rpulldown -> GND.
@Hypomania im Pulldown-Fall, wenn der Schalter geöffnet ist, werden 5 V vom Pulldown getrennt. Sie haben einen Pfad vom digitalen Eingang zur Masse durch den Pulldown, 5 V sind nicht im Bild. Ihre erste Abbildung zeigt es.
Ja, aber woher kommt der Strom? Es gibt einen Leckstrom, der durch den Widerstand vom Eingang zu GND fließt. Bedeutet das nicht, dass Vin auf einem bestimmten Spannungspotential liegen muss?
@Hypomania Das sage ich in meiner Antwort. Der Leckstrom erzeugt im Fall des Pulldowns einen Spannungsabfall über R. Wenn dieser Spannungsabfall zu hoch ist (was einem hohen R-Wert entspricht, V=IR), dann wird der Eingang möglicherweise nicht als a gelesen logisch 0 (<0,8 VDC). Siehe bearbeitet
Okay, ich verstehe, was du meinst. Aber warum spielt der Spannungsabfall eine Rolle? Wird es nicht jedes Mal dasselbe sein? Ich sehe es als einen einzelnen Widerstand, der in Reihe mit einer Batterie geschaltet ist.
@Hypomania Es ist wichtig, denn wenn es zu hoch ist, sagen wir 1 V, gemäß Ihrer Gerätespezifikation, wird dies nicht als logische 0 gelesen, da der maximal angegebene Wert dafür 0,8 V beträgt. Alles, was dort größer als 0,8 VDC ist, wenn Sie eine logische 0 erwarten, kann jeder raten, als was das interpretiert würde.
Aber was ich zu sagen versuche ist, dass ich es so sehe, dass der Widerstand den Spannungsabfall NICHT beeinflussen kann. Sie haben eine einzelne Spannungsquelle, die mit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist, also Vin = Vout.
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