Was entscheidet, ob ein IC Strom aufnehmen oder abgeben kann?

Korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber bisher habe ich gelernt, dass einige ICs Strom liefern können, während andere nur sinken können (Open-Collector), während andere beides können. Und es wird entschieden, indem man sich das Datenblatt ansieht, Ioh- und Iol-Messwerte, die in mA-Werten sein sollten, um eine LED zu leuchten. Aber ich habe das Gefühl, dass ich falsch liege, da eine LED nicht der einzige Faktor sein sollte, um das Sink / Source-Konzept zu entscheiden. Außerdem können Ioh und Iol unterschiedliche Werte haben (wie einer in uA, während der andere in mA), sodass dies nicht mit der im IC erzeugten Wärme zusammenhängt, da die erzeugte Wärme direkt mit dem Strom im IC zusammenhängt. Meine Frage ist also, was tatsächlich entscheidet, ob ein IC in der Lage sein wird, zu sinken oder zu sourcen, während die Spannungsausgänge für niedrige und hohe Zustände für alle ähnlich sind! Was genau entscheidet also, ob der Strom uA ist, selbst wenn der Ausgang hoch ist, oder in mA, selbst wenn der Ausgang niedrig ist?

[Bearbeiten] Wir sagen, dass der IC ein Open-Collector ist. Selbst wenn der Ausgang ein HOCHspannungsausgang ist, kann er nicht quellen, da Ioh in uA ist (wie im Fall von 7489 RAM). Also, was genau diesen uA-Strom entschieden hat, während der Strom mit dem externen Lastwiderstand zusammenhängen sollte, der an den Ausgang angeschlossen ist, der in unserer Kontrolle liegt. Was genau begrenzt diesen Strom auf uA? Es sollte keine Hitze sein, da im Falle des LOW-Zustands der Strom in mA ist, was den IC eigentlich brennen sollte, wenn wir nach der Logik der Hitze für uA-Strom im High-Zustand gehen.

Wenn der digitale Ausgang nur einen Schalter gegen Masse hat, der offen oder geschlossen sein kann, kann er nur Strom ziehen. Wenn es nur einen solchen Schalter zur Plusversorgung hat, kann es nur Strom liefern. Wenn es zwei Schalter zu beiden Schienen hat, kann es Strom aufnehmen und abgeben.
Der IC-Designer entscheidet. Wenn er denkt, dass es nur Strom aufnehmen muss, spart er Geld (und Strom), indem er den Pullup-Transistor weglässt.
Häufig berichten die Marketing- oder Anwendungsexperten über die sich entwickelnden Bedürfnisse der Kunden, um sich einen Überblick zu verschaffen und der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein. Somit hat der IC-Designer möglicherweise wenig Wahlmöglichkeiten bezüglich des IC-Verhaltens.

Antworten (3)

Ich dachte, ich würde mit einer Anpassung des Vier-Quadranten-Diagramms beginnen, das oft aus anderen Gründen in der Elektronik zu sehen ist. In der folgenden Grafik ist die X -Achse ist für Strom (in oder aus dem Pin) und die j -Achse ist für die Spannung am Pin (relativ zur Spannung am anderen Ende der daran angeschlossenen Last).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es gibt vier mögliche Quadranten. Denken Sie hier daran, dass ich mit digitalen Systemen spreche v CC (höchstmögliche Spannung) und Masse (niedrigstmögliche Spannung.)

  1. In Quadrant 1 wird die Pin-Spannung über die Spannung am anderen Ende der Last getrieben und liefert Strom in die Last.
  2. Quadrant 2 ist nie eine gute Sache für einen Ausgangspin (und wird nicht verwendet).
  3. In Quadrant 3 wird die Pin-Spannung unter die Spannung am anderen Ende der Last getrieben und zieht Strom von der Last.
  4. Quadrant 4 ist nie eine gute Sache für einen Ausgangspin (und wird nicht verwendet).

Einige Ausgänge können nur in Quadrant 1 aktiv arbeiten (selten zu finden, aber sicherlich möglich). Einige Ausgänge können nur in Quadrant 3 aktiv arbeiten (häufig gefunden und oft als "Open-Drain"- oder "Open-Collector"-Ausgänge bezeichnet. ) Einige Ausgänge können in beiden Quadranten 1 und 3 aktiv arbeiten (ziemlich häufig.)

Bei Ausgängen, die in beiden Quadranten 1 und 3 aktiv arbeiten können, ist es manchmal möglich, sie so zu konfigurieren, dass sie nur in einem Quadranten oder im anderen aktiv arbeiten.

Ich habe den Begriff "aktiv" verwendet, um zu bedeuten, dass sie eine Art aktiver Transistorschaltung verwenden. Es gibt einen anderen Begriff, "passiv", der für einfache Teile wie einen Widerstand verwendet werden kann. So können Sie beispielsweise einen Open-Drain-Ausgang (nur Betrieb im Quadranten 3) nehmen und diesem Pin einen Sourcing- Widerstand hinzufügen, indem Sie das andere Ende des Widerstands damit verbinden v CC , um einen "Aktiv-LO"- und "Passiv-HI"-Ausgang bereitzustellen. Jetzt kann es sowohl Strom aufnehmen als auch abgeben! Aber er kann Strom nicht annähernd so gut liefern wie ein Ausgangspin, der in beiden Quadranten 1 und 3 aktiv arbeitet , da ein Quellenwiderstand beim Quellen von Strom nicht so gut ist wie eine Quellentransistorschaltung.

Wie Sie sehen können, gibt es eine Vielzahl von Mechanismen für einen Ausgangsstift. Und Sie können Ausgangspins ändern, die auf den einen oder anderen Quadranten begrenzt sind, indem Sie einen Widerstand hinzufügen (zwischen dem Ausgangspin und Masse oder v CC ), um ein kleines Maß an zusätzlichem Verhalten im gegenüberliegenden Power-Sourcing-Quadranten bereitzustellen.

Das ist so genau erklärt, wonach ich suche. Die Fälle zu detaillieren, auch wenn sie für offensichtlich oder nicht so wichtig gehalten werden, weil ein Anfänger wie ich sie nicht kennen würde. Ich habe hier eine Frage, als Sie Active-LO sagten, meinten Sie Strom von Vcc durch den Widerstand zum Pin, richtig? und Passiv-HI wie Strom vom Pin zur Shunt-LED, während ein Ende vom Widerstand parallel zur LED fließt, richtig? Wenn möglich, möchte ich auch Ihre Antwort auf meine anderen gestellten Fragen, da Ihre Erklärung mir einige Dinge klar gemacht hat. Danke

Es ist die Schaltung auf dem IC / Chip.

Dies ist ein vereinfachtes Beispiel dafür, wie eine typische Ausgangsschaltung eines beliebigen CMOS-ICs aussieht:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

A ist ein logisches Signal, das von den Interna des ICs kommt.

Q ist mit dem Ausgangspin des IC verbunden.

Dies ist ein Inverter und besteht aus einem PMOS (oberer Transistor mit dem kleinen Kreis) und einem NMOS-Transistor.

Beim Entwerfen dieser Schaltung kann ich die Geometrie (Größe, W / L) beider Transistoren wählen, und diese Geometrie bestimmt, wie viel "Widerstand" der Transistor haben wird, wenn er eingeschaltet ist.

Angenommen, ich mache das NMOS (unten) sehr groß und stark, aber das PMOS sehr klein.

Dann kann das NMOS viel Strom ziehen, was bedeutet, dass Iol groß ist

Dann kann das PMOS nicht viel Strom liefern, was bedeutet, dass Ioh klein ist.

Für einen "Open Drain" -Ausgang kann ich das PMOS einfach weglassen (oder das NMOS, aber das ist ziemlich ungewöhnlich).

Das bedeutet also, dass das Konzept des Quellenstroms, auch bekannt als Ioh, und des Senkenstroms, auch bekannt als Iol, von den Transistoren in den ICs stammt? Ich möchte auch wissen, dass, da wir für jeden Ioh und Iol in den Datenblättern Werte ungleich Null haben, es richtig ist zu sagen, dass alle diese ICs sowohl Strom aufnehmen als auch liefern können, aber wir nennen es Open-Collector seit der Quelle Strom (Ioh) ist für den praktischen Gebrauch sehr klein?
Ist es richtig zu sagen, dass alle diese ICs sowohl Strom aufnehmen als auch liefern können? Nein, das Design der Schaltung bestimmt die Ströme mit großen Werten. Der kleine Ioh bei einem NPN mit offenem Kollektor oder NMOS mit offener Drain ist das Ergebnis von Leckströmen . Geräte sind nie "vollständig ausgeschaltet", es fließt immer ein kleiner Strom durch. Dieser kleine Ioh ist auf diese Leckage zurückzuführen. In einem Datenblatt finden Sie möglicherweise den Maximalwert dieses Stroms, z. B. einige uA. In der Praxis ist der Strom normalerweise viel kleiner. Leckströme sind unvorhersehbar, daher ist die Datenblattnummer der Worst-Case-Wert.

Es ist auch üblich, einen einzigen NMOS für den Pulldown zu haben. Und ein hochwertiger Widerstand für Pullup. Dieses Design ist in Schaltungen vom TTL-Typ üblich. Da der Quellstrom durch diesen Widerstand fließen muss, können Sie nur eine sehr kleine Strommenge liefern, ohne dass der Spannungsabfall über diesem Widerstand übermäßig wird.

Nachteile dieses Designs zusätzlich zu dem niedrigen verfügbaren Quellenstrom sind, dass der interne Pullup-Widerstand ständig Strom verbraucht, wenn sich der Ausgangspin in einem LOW-Zustand befindet. Aber es vereinfacht das IC-Design, da Sie keine Dedband-Schaltung benötigen, um sicherzustellen, dass NMOS und PMOS niemals gleichzeitig eingeschaltet sind. Andernfalls hat der IC einen internen Kurzschluss.

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