Tensión ON/OFF de referencia del microcontrolador Raspberry Pi

Estoy buscando la forma más sencilla de producir voltaje de referencia ON = 1.0V y OFF = 0.0V desde Raspberry Pi. He aprendido que las salidas GPIO no son muy precisas y, según Exploring the 3.3V Power Rail , el riel de alimentación de 5V tampoco es muy estable. Sin embargo, el documento sugiere que el riel de alimentación de 3,3 V es bastante estable, por lo que construí este circuito simple:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Por supuesto, pondría un divisor de voltaje al final para obtener el 1V requerido.

Las condiciones requeridas son

  • como máximo 1% de deriva de voltaje,
  • la corriente de salida puede ser pequeña (para ser suministrada a otro amplificador operador).

¿Tiene sentido este circuito? ¿El riel de alimentación de 3.3V es lo suficientemente estable para este propósito? ¿Puedes proponer otro circuito, no demasiado complicado, que sería aún mejor?

¿Cuánta corriente necesita para poder entregar a 1.0 V? ¿Y qué tan precisa necesitas que sea? +/- 100 mV necesitará una solución muy diferente de +/- 1 uV.
@ThePhoton El voltaje irá directamente a otro amplificador operacional, así que supongo que no se necesita una gran corriente. La precisión debe ser de alrededor del 1%, es decir, el circuito anterior debe dar 3,3 V +- 33 mV cuando está encendido.
1. Edite su pregunta para incluir sus requisitos. 2. El circuito anterior no producirá 3,3 V +/- 10 mV porque LM358D no proporciona salida al riel superior.
@ThePhoton 3.2 V +- 32mV también está bien; Me preocupa la deriva de voltaje, no el valor absoluto.
LM358 con suministro de 3,3 V no producirá una salida superior a aproximadamente 1,8 V.
@ThePhoton Ups, ¡eso es una sorpresa para mí! ¿Cómo puedo saber la salida superior de LM358 según el suministro?
Lea la línea en la hoja de datos para el voltaje máximo de salida.
@ThePhoton Estoy buscando la hoja de datos, pero puedo encontrar esa información. ¿Quizás no miro la hoja de datos correcta? ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf
Página 10, figura 10.
O en esta versión , página 5, la línea "Tensión de salida de alto nivel". No estoy seguro de por qué TI tiene dos versiones diferentes de la hoja de datos accesibles en su sitio.
Su hoja de datos es para LM358-N, la que encontré es para LM358 y también cubre LM358D.
Creo que el LMx58-N es probablemente la versión heredada de National Semi del diseño y el "no-N" es la versión TI... pero no puedo estar totalmente seguro de eso.
@ThePhoton En cualquier caso, es mucho más pequeño que el voltaje de suministro. ¿Es esta característica de todos los amplificadores operacionales?
bastante Hay algunos amplificadores operacionales que anuncian "salida de riel a riel", pero incluso esos necesitarán unos 10 de mV entre la fuente de alimentación y el voltaje de salida máximo, y la caída aumentará con la corriente de carga.
@ThePhoton ¿Qué pasa con la situación opuesta? ¿El amplificador operacional devolverá la tierra verdadera cuando V- sea mayor que V+?

Respuestas (2)

Podrías hacer algo como esto:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El ADR510 tiene un voltaje de salida de 1,0 V +/- 0,35 % a temperatura ambiente.

El circuito izquierdo suministrará hasta aproximadamente 0,9 mA con una resistencia de fuente < 0,3 Ω cuando está encendido, pero cuando está apagado, solo será aproximadamente cero (dependiendo del bajo voltaje de salida de GPIO) y tendrá una resistencia de fuente de 2.2K, por lo que si fluye corriente hacia adentro o hacia afuera, el voltaje puede estar muy lejos. desde cero

El circuito de la derecha sujeta activamente la salida a tierra cuando GPIO es bajo. La fuente de M1 debe conectarse a tierra analógica cerca de U2. Elija los MOSFET para que funcionen de manera confiable desde 3,3 V Vgs y para que M1 tenga Rds (encendido) lo suficientemente bajo con 3,3 V aplicados para satisfacer sus necesidades. No es difícil hacerlo mejor que los 0,3 ohmios.

Con matriz de MOSFET de doble PN:

esquemático

simular este circuito

No entiendo qué sucede cuando el voltaje GPIO es inferior a 1V. Entonces, ¿podría considerarse la derivación de voltaje como una resistencia muy alta?
Sí, cuando el GPIO esté cerca de 0V, el ADR510 desaparecerá efectivamente del circuito. Esta característica no está bien documentada en la hoja de datos.
En ese caso, podría modificar el circuito izquierdo usando ADR520, hacer un divisor de voltaje con dos resistencias de 1k y el voltaje de salida en una situación baja de GPIO sería solo una cuarta parte del voltaje bajo de GPIO.
La mitad, no la cuarta parte. Tendría 1.024, no 1.000 nominalmente, y la tolerancia y la deriva de las dos resistencias entrarían en juego.
Una pregunta: ¿no sería posible reemplazar dos MOSFET de canal N M1 y M2 con un MOSFET de canal P? Si entiendo bien el circuito, M1 está ahí solo para invertir la lógica.
No, eso podría cortocircuitar la resistencia, no la referencia de derivación. Si lo coloca a través de la referencia, necesitará conducirlo con un voltaje de puerta a unos pocos voltios por debajo del suelo, lo que sería un inconveniente.
Podría tener low=on y usar una resistencia y un MOSFET dual complementario para que el GPIO ya no tenga que generar la corriente, lo que sería bastante elegante.
Eso me dio otra idea. Se podría usar un inversor CMOS (también disponible como un solo componente) y enviar la salida a una derivación de voltaje. ¿O tal vez hacer que no sea inversor (canal n hacia arriba y canal p hacia abajo)?

Para obtener una salida con 1,0 V +/- 1 %, querrá comenzar con una referencia de voltaje de precisión, en lugar de depender de un regulador ordinario. Incluso si el riel de 3.3 V es "bastante estable", eso probablemente signifique una precisión del 5% o quizás del 3%, no del 1%.

Así que comience con una referencia de voltaje con una precisión superior al 1%.

Si tiene un pin de habilitación, simplemente puede usarlo para encenderlo y apagarlo. O si es una referencia de derivación, puede cortar su fuente de alimentación para reducir su salida a 0 V.

Si no puede encontrar una referencia de salida fija de 1,00 V (no conozco ninguna, no lo sé), deberá usar una referencia ajustable, en cuyo caso la precisión depende de las resistencias que usted utilizar para recortar el voltaje de salida; o dividir y amortiguar la salida de una referencia de mayor voltaje, lo que nuevamente introduce contribuciones de error de las resistencias. Por suerte, las resistencias de 0,1 % no son especialmente caras.

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