¿Cómo funcionan las resistencias limitadoras de corriente entre los circuitos integrados?

Muchas entradas digitales ya son de alta impedancia, por lo que solo consumirán en el rango de micro -> miliamperios de una conexión directa entre la salida de un dispositivo digital (microcontrolador, por ejemplo) y la entrada de otro dispositivo. Algunos dispositivos, como las entradas de transistor más antiguas (no de estilo CMOS), consumirán muchas veces más corriente para realizar el mismo trabajo. De cualquier manera, generalmente, las conexiones entre circuitos integrados (a menos que sean algún tipo de salida/entrada especial con baja impedancia de entrada) no necesitan resistencias en serie.

Siempre consulte las hojas de datos para conocer la corriente de entrada típica. Si está diseñando un dispositivo resistente y duradero que puede ser utilizado por "tontos", entonces es una buena idea colocar resistencias en serie limitadoras en todas las salidas digitales, excepto en las líneas de comunicaciones de alta velocidad, que de todos modos deberían estar razonablemente aisladas de los tontos.

Las entradas digitales son, por naturaleza, de alta impedancia, por lo que no es necesario que las proteja demasiado, aparte del sobrevoltaje/negativo. La protección necesaria para estos se puede realizar con diodos de sujeción externos y/o resistencias de alto valor de resistencia (mucho más altas que las resistencias de salida, porque los diminutos diodos de protección de sujeción internos en los dispositivos digitales CMOS suelen tener una potencia nominal muy baja) en serie con la entrada para limitar la corriente a los diodos internos si están presentes.

Los circuitos integrados digitales, como las puertas lógicas, pueden tener sus salidas conectadas directamente a las entradas de otras puertas, sin necesidad de resistencias.

Sin embargo, la serie L293 es muy antigua y sus entradas se muestran como circuitos equivalentes en las hojas de datos como conexiones de base de transistor. Esto significa que en realidad podrían absorber una gran cantidad de corriente de sus pines de salida, que también pueden proporcionar cantidades similares de corriente, pero esto no es bueno para el puerto de salida ni para la potencia nominal general de su MCU según el paquete y el diseño térmico. Sin embargo, mirando más a fondo la hoja de datos, el consumo de corriente de entrada típico para las entradas lógicas y los pines EN es de solo 0,2 microamperios y eso es con VCC = 7V.

Resumen:

1. La resistencia en serie limitará la corriente que ya fluiría entre los dos circuitos integrados.

2. Sí, pero la impedancia de entrada del destino ya está surtiendo efecto. Si la conexión entre los dos durante un ALTO lógico solo consume 500uA sin resistencia, con 5V, entonces la resistencia se puede estimar como R = V/I, R = 10K Ohms. Agregar más resistencia solo reducirá la corriente y "agregará" a la resistencia total del bucle a tierra. Sin embargo, dependiendo de cuál sea el dispositivo final, las resistencias en serie pueden actuar como divisores de voltaje y pueden influir en la capacidad del objetivo para leer el nivel correctamente, pero esto no será común.

3. La resistencia reducirá la corriente y reducirá la potencia general, lo más probable es que reduzca la potencia en lugar de desperdiciarla.

4. refiriéndome a mi diatriba anterior en el muro de texto anterior, sí, para diseños más seguros, es común colocar resistencias de valor bajo (330 ohm - 1k ohm) en serie con todas las salidas, y para las entradas (especialmente ADC) tener filtros RC básicos y de sujeción incluidos . El diseño de referencia de la placa de desarrollo de MCU provisto con el programa Design Spark PCB muestra un uso intensivo de la protección en los pines de salida/entrada/ADC de la MCU.

Por la ley de Ohm:$I=\frac{V}{R}$, el flujo de corriente en el circuito siempre determinado por el voltaje de la fuente y la impedancia del circuito. Entonces, incluso cuando coloca la resistencia entre dos circuitos integrados, debe obedecer la ley de Ohm. Debe haber un IC usado como "controlador" y un IC usado como "receptor", y el "controlador" debe tener impedancia de salida, y su "receptor" debe tener impedancia de entrada, por lo que la resistencia total debe ser:

Y el flujo de corriente en su resistencia de límite de corriente debe ser

Entonces,

1. ¿Qué sucede si esta resistencia se coloca entre dos circuitos integrados? : La resistencia limitará el flujo de corriente en sus conexiones IC a IC. Cuando sin resistencia de límite de corriente

   $$I=\frac{V_{S}}{R_{out}+R_{in}}$$ Cuando con resistencia de límite de corriente $$I=\frac{V_{S}}{R_{total}}$$

2. ¿Puede la corriente a través de la resistencia ser menor que el valor calculado para la resistencia y el voltaje del circuito (regulado 5V)? : Sí, cuando coloca su resistencia entre dos circuitos integrados, a menos que los dos circuitos integrados estén impulsados ​​por una fuente de corriente, el flujo de corriente en su resistencia debe ser menor que apenas alimentar una resistencia, con la misma fuente de alimentación. Y la corriente debería ser menor que cuando se usa la misma fuente de alimentación para apenas alimentar dos IC.

3. ¿La resistencia tiene algún efecto si las corrientes son más bajas que la corriente calculada para el nivel de voltaje dado? : Normalmente, la corriente con resistencia de límite de corriente siempre debe ser inferior a$I=\frac{V_{S}}{R_{limit}}$, porque la impedancia de salida y la impedancia de entrada de su IC. La resistencia es "efectiva", porque limita la corriente máxima que puede fluir entre sus dos circuitos integrados, con la resistencia de límite de corriente, la corriente máxima ahora es$I_{max}=\frac{V_{s}}{R_{limit}}$.

4. ¿Es generalmente una buena idea colocar resistencias entre la salida y la entrada de un IC (con el fin de proteger la salida del microcontrolador para que no genere demasiada corriente)? : Tal vez o no puede ser. Desde el punto de protección contra sobrecorriente, tal vez sea una buena idea. Pero el propósito de la conexión entre IC es transferir la señal eléctrica, la resistencia en serie puede afectar la transformación de la señal eléctrica, como el tiempo de subida/bajada, el retraso de propagación, etc. Por lo tanto, siempre use la resistencia de límite de corriente cuando sea necesario. La regla es no afectar el funcionamiento normal de su circuito.

1. Si se coloca una resistencia entre una salida (baja impedancia) y una entrada (alta impedancia) y la resistencia es mucho más baja que la impedancia de entrada, tendrá poco efecto en la corriente. Digamos que la impedancia de salida es de 100 ohmios, agrega una resistencia de 1K en serie y la impedancia de entrada es de 10K, la resistencia total es de 11100 ohmios, que es solo un 10% más alta que 10.1K.

2. En el caso mencionado anteriormente, la corriente estará determinada principalmente por la resistencia más alta, que será la entrada. Si el voltaje es de 5V, la corriente será de 495uA o 450uA. No muy diferente, y mucho menos de 5000uA que obtendrías con solo 1K.

3. Son solo niveles de señal, por lo que el desperdicio de energía no es realmente un factor.

4. Por lo general, las salidas del microcontrolador pueden soportar un cortocircuito durante al menos un tiempo en condiciones típicas (por ejemplo, tensión de alimentación nominal a temperatura ambiente, etc.). No necesita preocuparse demasiado si todo funciona con el mismo suministro. La razón principal (en mi humilde opinión) para usar resistencias en la aplicación que cita sería proporcionar cierta capacidad para que el micro sobreviva si la entrada L293B de alguna manera se cortocircuita con el bus de suministro del motor. Por lo general, eso mataría instantáneamente al micro. Con una resistencia hay muchas más posibilidades de supervivencia. A veces, agregar resistencias en serie pequeñas (decenas de ohmios) (incluso en una sola placa de circuito) entre las salidas y entradas CMOS de alta velocidad puede mejorar la forma de onda y reducir el timbre de alta frecuencia que puede arruinar el reloj.

Sí, puede fluir menos corriente que los 5V / 1K calculados. La corriente fluye en un bucle, por lo que si ya tiene un bucle donde fluye 1ma, cuando agrega una resistencia al bucle, su corriente disminuirá debido a la resistencia agregada. Piense en términos de un bucle.

Sí, si tiene menos de su corriente máxima de 5 ma, su resistencia seguirá teniendo el efecto descrito anteriormente. La potencia se disipará de acuerdo con la nueva corriente total que fluye a través del bucle calculada mediante la fórmula i^2 *R, no hay forma de evitarlo.

También tenga en cuenta que solo porque un mcu dice que suministra 1ma, no es una corriente segura que se limite a ese nivel, la hoja de datos le dice que solo puede suministrar esa cantidad de corriente de manera segura sin daños.

Entonces, si conecta dos chips y la corriente que fluirá en el bucle que forma cuando conduce uno alto es menor que la corriente nominal, debería estar bien.

Ahora, si dice que quiere conducir directamente algo que pueda consumir más corriente, como un LED, entonces sería prudente una resistencia (o un transistor u otro circuito de control).

Además, y esto puede estar un poco fuera de tema, hay otras razones para agregar resistencias entre chips, como la impedancia que hace coincidir el controlador de fuente con la traza y para absorber reflejos.

Finalmente, agregar una resistencia restringirá la cantidad de flujo de corriente desde el controlador ic a la traza, por lo que verá disminuir su tiempo de subida. A veces, esto puede ayudar con emi a frecuencias más altas, pero en mi opinión, generalmente es un enfoque de hombres pobres :)