Divisor de voltaje de corriente cero o baja para identificación de interruptores

¿Es posible diseñar un circuito divisor de voltaje con interruptores que use corriente cero o corriente muy baja? ¿Funcionaría usar un transistor para conectar/desconectar el extremo de la cadena de resistencia de tierra?

Fondo

El circuito hará dos cosas. Cada interruptor en el circuito despertará un IC (ATMEGA328P) usando un transistor para enviar un pin de interrupción BAJO. Una vez que el IC se activa, el ADC tomará muestras de los voltajes que provienen del circuito, lo que le permite al IC saber qué botón se presionó.

Todo el proyecto funcionará con batería, y tener este divisor de voltaje puede afectar significativamente la vida útil de la batería.

El proyecto 1) leerá archivos de una tarjeta SD, 2) se dormirá, 3) se despertará y reproducirá sonidos cuando se presione uno de los 16 botones, y 4) se dormirá y repetirá el proceso comenzando en el n.° 3 al presionar el botón. Anticipo que cuando está funcionando tiene un consumo de corriente significativo.

Circuito divisor de voltaje existente

ingrese la descripción de la imagen aquí

Posible solución de transistores

Al colocar un transistor entre el extremo de la cadena de resistencias y tierra, y al presionar el botón para activar el transistor, se conecta el extremo de la cadena de voltaje a tierra. Esto dará como resultado una lectura de voltaje inicial de 5 V, y una vez que el transistor esté encendido, el voltaje de lectura real será el voltaje deseado. No tengo idea si esto funcionará.

posible circuito divisor de voltaje con transistor

Otras soluciones

Según la pregunta 28897 , podría usar valores altos de resistencias como 10 MOhm. Pero esto todavía tendrá un consumo actual de cientos de nA. Preferiría cero.

Si usa una batería de 1000 mAh con 5 V en 10 MOhm, la batería durará 228 años, o 6 años con una pequeña celda de botón de litio de 30 mAh. Cada muestra que tome con un ADC también cargará o descargará una tapa. Además, las impedancias de entrada de ADC en los controladores tienden a estar en el rango de 10K, y estará cargando un límite con cada muestra. Dado eso, ¿está seguro de que su solución nA realmente tendría un impacto notable en la duración de la batería?
Tiene razón, dado que la suma de la corriente de reposo del regulador de voltaje y la propia MCU (cuando está dormida) es probablemente de al menos 10 uA. Solo estoy tratando de reducir cualquier drenaje de corriente innecesario.
@n.taco Algunos datos adicionales ayudarían. ¿Cuál es el voltaje máximo de tu batería? ¿Cuál es su voltaje Vcc? ¿Cómo se alimenta el uC (a través de un regulador lineal, modo de conmutación o directamente de la batería)?
La fuente de la batería probablemente será de 4 celdas D. El regulador de voltaje es un Maxim MAX667 (regulador de voltaje lineal) que suministrará energía a todos los dispositivos (ningún dispositivo verá el voltaje de la batería, excepto el regulador). Vcc es 5V.
@n.taco Por cierto, escriba designadores de componentes en sus esquemas. Es mucho más fácil decir "Q23" que "3er BJT inferior desde la derecha". Lee esto . Su riesgo de hipertensión aumenta considerablemente si no sigue estas pautas sobre EE.SE. Advertencia justa.
Si se trata de interruptores de contacto metálicos baratos, pueden oxidarse. También pueden rebotar causando múltiples interrupciones. Para solucionar ambos problemas, agregue un límite en cada interruptor lo suficientemente grande como para mantener el voltaje durante la duración del rebote del contacto. p.ej. si 1mS entonces 100K*10nF = 1mS. Use más grande si es necesario. Las tapas de película son mejores para ESR bajo para desoxidar contactos metálicos no dorados.
Asegúrese de filtrar Avcc con filtro RC o LC. El problema con los interruptores de mayor impedancia es la entrada de más ruido de EMI perdido y 60 Hz inyectados con los dedos. Entonces el blindaje es útil.
@NickAlexeev He actualizado mis cifras originales para que coincidan mejor con las pautas.
@Richman Si se oxidan, ¿qué sucede? ¿Estos capacitores agregarán drenaje de corriente adicional al circuito?
El óxido es un aislante, la tapa quema la capa delgada, no hay drenaje de CC y también filtra el rebote de contacto.

Respuestas (4)

Nueva respuesta

Su enfoque puede funcionar. Pero creo que su segundo esquema tiene un error. El ADC siempre verá que V es del transistor, que siempre es de 0,7 V más o menos.

Esta variación no debería tener este problema, porque hay una resistencia R39 entre la base y el ADC.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Respuesta anterior, que no era una respuesta.

El divisor se puede cambiar con un transistor para ahorrar batería. Sin embargo, tiene que ser un interruptor lateral alto. Si cambia a tierra, el voltaje de la batería aparecerá en el pin A/D, lo que podría dañar la entrada.

(Originalmente, el esquema se publicó en este hilo ).

¿Cómo funcionaría esta idea con la restricción de que los interruptores encienden el transistor?
Reemplace la señal digital divider On/Off, que controla el transistor, con un interruptor manual. ¿Qué hay sobre eso?
1. Tengo dificultades para ver cómo extendería esto para identificar qué interruptor está presionado. Para N interruptores, ¿no tendría que tener N transistores más las resistencias para dividir el voltaje? 2. Si Vcc <= voltaje máximo de ADC, ¿podría cambiar a tierra? En ese caso, el voltaje en el ADC comenzará en 5 V pero disminuirá al voltaje dividido, ¿correcto?
@NickAlexeev Veo el error, gracias por señalarlo; Tampoco me di cuenta de que esto podría hacerse con un transistor. Tiene muy buena pinta, lo probaré este fin de semana.

Ni siquiera necesita un transistor para desconectar la cadena de resistencia, simplemente puede conectarlo a un pin de salida de MCU. Ajústelo al mismo valor que el otro extremo de la cadena y utilizará una corriente cercana a cero. He usado este enfoque y funciona bien.

(En su diagrama, proporcione al transistor su propia tierra y conecte el pin MCU a la parte inferior de la cadena de resistencias).

¿Te refieres al segundo diagrama o al primero?
Además, si ambos pines están en ALTO, ¿habrá alguna caída de voltaje en el divisor?
Primer diagrama (he editado tu publicación para incluirlos directamente). Si ambos extremos son altos, entonces el voltaje en todos los puntos a lo largo del divisor será alto y no fluirá corriente.

¿Es posible diseñar un circuito divisor de voltaje con interruptores que use corriente cero?

Esto debería funcionar y no se requiere cambiar a tierra. Un divisor se conecta a la batería solo cuando se cierra un interruptor y la entrada del ADC se conecta a tierra cuando todos los interruptores están abiertos.

Para 5V Vcc, la entrada ADC es:

  • 5.0V = SW1 cerrado
  • 3.3V = SW2 cerrado
  • 1.7V = SW3 cerrado
  • 0V = todos los interruptores abiertos

Por supuesto, puede ajustar los valores de resistencia a su gusto.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ese enfoque puede ser bueno si uno está usando interruptores de calidad. Puede ser muy malo si se utilizan domos de carbono en una placa de circuito impreso, ya que la resistencia de un botón ligeramente presionado puede ser inferior a 1 K, o superior a 100 K, o cualquier punto intermedio, y puede parecer que dicha resistencia permanece razonablemente estable durante una fracción significativa de segundo. Aunque por lo general está bien que el sistema ignore las pulsaciones ligeras de los botones, por lo general es molesto que una pulsación ligera de un botón se interprete como un botón totalmente diferente.
Estoy de acuerdo; el uso de una resistencia sensible a la presión en lugar de una aproximación razonable de geniune, abierto cuando está apagado, corto cuando está encendido, el interruptor , en este circuito, conducirá a resultados impredecibles.
En muchas aplicaciones, un contacto de cúpula de carbono, a pesar de que se comporta como una resistencia sensible a la presión, puede usarse como un interruptor (aunque agregar algo de histéresis de hardware o semi-hardware ciertamente puede ayudar). Solo quería asegurarme de que los lectores supieran que esta no es una de esas aplicaciones.
De hecho y, lamentablemente, es una distinción que debe hacerse. El hecho de que algo se llame "interruptor" no significa necesariamente que sea una buena aproximación de un interruptor ideal.

Dados dos pines de E/S con umbrales de conmutación razonablemente consistentes, uno podría conectar una tapa conectada a tierra a cada pin del procesador a través de una pequeña resistencia, atar una tapa a cada extremo de la cadena de resistencias y hacer que cada interruptor conecte una derivación en la cadena a VDD o tierra (lo que sea más conveniente; asumiré VDD para esta discusión). Tener una resistencia significativa entre cualquiera de los extremos y el primer interruptor. En algún momento cuando no se presione ningún interruptor, conecte a tierra ambos pines el tiempo suficiente para descargar las tapas; luego haga flotar uno y establezca el otro en VDD. Mida el tiempo que tarda el pin flotante en cambiar de estado. Si los umbrales de las entradas pueden diferir, repita la prueba para la otra entrada. Luego conecte a tierra ambos pines y luego hágalos flotar; este es el estado inactivo.

Una vez que se ha observado que un pasador cambia de estado, ponga a tierra ambos pasadores el tiempo suficiente para descargar la tapa y hágalos flotar. Calcula el tiempo que tarda cada pin en cambiar de estado. La relación de este tiempo con la línea de base medida arriba le indicará la resistencia de cada pin a VDD. Asegúrese de que la suma de las dos medidas esté razonablemente cerca de la resistencia total de la cuerda (de lo contrario, el botón no hace buen contacto, por lo que la lectura puede ser defectuosa).

Si el procesador consume un exceso de corriente cuando las entradas flotan lejos de los rieles, puede ser una buena idea descargar periódicamente las tapas incluso cuando no se presiona ningún botón. Si se hace esto, las corrientes de reposo para el sistema deberían ser mínimas.

Idea interesante. ¿Los condensadores no consumirán corriente continuamente?
@n.taco: aumentar el voltaje en una tapa en cierta cantidad requiere agregar una cantidad de carga (en culombios) igual al cambio de voltaje (en voltios) multiplicado por la capacitancia (en faradios). Disminuir el voltaje requiere eliminar la carga. Un amperio representa un culombio por segundo. Cargar un capacitor y descargar su carga a tierra a una tasa periódica requerirá una cantidad de corriente igual a la carga por ciclo multiplicada por la frecuencia. Sin embargo, si el capacitor pasa la mayor parte de su tiempo sentado a un voltaje constante, usará esencialmente cero corriente durante ese tiempo.