Uso de una resistencia desplegable de alta resistencia

Estoy tratando de hacer un circuito en el que cerrar un interruptor cambiará un GPIO de bajo a alto, y quiero minimizar la corriente tanto como sea posible para aumentar la duración de la batería. El chip que usaré es Nordic Semiconductors nRF51422 ( https://www.nordicsemi.com/eng/Products/ANT/nRF51422 ).

Mi comprensión de las resistencias pull up y pull down es que limitan la corriente, protegen el chip y disminuyen el uso de energía, mientras mantienen el GPIO hacia arriba o hacia abajo. Tener una resistencia pull up/down demasiado grande aumenta la constante de tiempo del circuito, lo que hace que las transiciones de alto a bajo sean más lentas y "empuja" el GPIO fuera del rango donde se reconoce alto o bajo.

La configuración exacta que estaba imaginando era esta. Utilizo una resistencia desplegable muy grande (del orden de mega ohmios). La caída de voltaje a través de esta resistencia será tan grande que esencialmente se comportará como una resistencia pull-up con el beneficio adicional de un consumo de energía excepcionalmente pequeño. Luego tengo un interruptor que, cuando está cerrado, conecta el GPIO a tierra a través de la resistencia de tamaño recomendado (13 kOhms). Entonces, el diagrama del circuito se asemejaría a un GPIO conectado a tierra a través de dos resistencias paralelas, una muy grande y otra mucho más pequeña, que se comportarán como una única resistencia más pequeña. Por lo tanto, cuando se cierra el interruptor, el valor digital del GPIO cambia de alto a bajo. , y cuando está abierto, solo hay un pequeño goteo de corriente que ahorra inmensamente la vida de la batería.

Funcionaría eso? En particular, ¿tiene sentido mi idea con la resistencia grande?

EDITAR:

Voy a reformular mi pregunta y añadir un esquema.

Entonces, entiendo que los GPIO tienen una alta impedancia de entrada, por lo tanto, una corriente de fuga muy pequeña cuando se conectan a tierra. Si tuviera que conectar una resistencia que tuviera una impedancia de, digamos, 10 veces la impedancia de entrada del GPIO entre el pin del GPIO y tierra, ¿el pin del GPIO estaría en 0.9*VDD? Supongo que la impedancia de entrada del GPIO es independiente de lo que esté conectado.

Hice un esquema que ilustra lo que estoy pensando al simplificar el GPIO como una resistencia de caja negra. Esquemático

¿Funcionaría esto? ¿Mi esquema es simplemente incorrecto?

¿Por qué no usar un interruptor SPDT?
Estoy imaginando un par de guantes donde cada punta de los dedos tiene algún tipo de superficie conductora. Hay 4 líneas hacia afuera (los dedos) y una línea hacia adentro (el pulgar). Puedo cerrar el interruptor tocando el pulgar con los dedos. Cada dedo está conectado a un GPIO en el µC, por lo que puedo saber qué dedos están siendo tocados por el pulgar. Tal vez estoy haciendo esto más complicado de lo necesario, pero quiero que use la menor cantidad de corriente posible.

Respuestas (2)

Por lo tanto, cuando el interruptor está cerrado, el valor digital de GPIO cambia de alto a bajo, y cuando está abierto, solo hay un pequeño goteo de corriente que ahorra inmensamente la vida de la batería.

Tienes una idea equivocada. Un pull up no debería resultar en mucha corriente aparte de la corriente de fuga del gpio

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

En la primera imagen, un pull up eleva el GPIO IN. La única corriente es la corriente de fuga requerida para medir el nivel de entrada de voltaje. Esto es unos pocos nA, una fracción de un miliamperio. Esto se puede verificar con mayor frecuencia como Lógica de entrada alta/baja (ILH, ILL) en una hoja de datos, pero no puedo encontrarlo en su producto. Asuma 10nA o menos en promedio.

Solo en la segunda imagen se puede dibujar una corriente significativa. Cuando se presiona el botón, hay un camino directo de V+ a Gnd, a través de R2. Asumiendo 3.3V, eso 3.3V / 47000Ω = 0.00007Aes 70000 nA. Lo que parece grande en comparación, pero sigue siendo solo 0.07mA o 70µA.

El consumo de corriente significativo es solo cuando se presiona el botón. Así que simplemente diseñe su circuito para que el estado predeterminado del botón sea donde el botón está abierto.

Esto tiene sentido y es probablemente lo que terminaré haciendo. En mi aplicación, el interruptor se cerrará con bastante frecuencia, y estaba tratando de encontrar una manera de llevar la corriente mientras el interruptor está cerrado a un solo µA (sería alrededor de 250 µA con la resistencia recomendada de 13 kΩ). Sin embargo, honestamente, esto no es nada comparado con lo que se necesita para ejecutar el chip. Solo estaba tratando de encontrar una manera de realmente escatimar en el uso de energía aquí.

La configuración exacta que estaba imaginando era esta. Utilizo una resistencia desplegable muy grande (del orden de mega ohmios). La caída de voltaje a través de esta resistencia será tan grande que esencialmente se comportará como una resistencia pull-up.

Esto no tiene mucho sentido. Si conecta la resistencia del pin a tierra, es un menú desplegable. El voltaje en el pin es el mismo que el de gnd. Por la ley de ohm, hay muy poca caída de voltaje a través de la resistencia debido a que fluye una cantidad muy pequeña de corriente.

A continuación se muestra una configuración típica.

Realmente no entiendo tu idea, para ser honesto. ¿Parece que estás tratando de tener una gran resistencia que sea tanto pull-up como pull-down, y luego conectes un paralelo más pequeño con un interruptor? Necesitaría un esquema para comentar más, pero realmente solo necesita la configuración estándar desplegable o desplegable. Para un pull up, cambie la posición de la resistencia y el botón.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

(1) Tengo entendido (a partir de esto ) que los GPIO llevan corriente. Por lo tanto, cuando coloca una resistencia desplegable, el GPIO tiene un voltaje sobre el suelo que es igual a la caída de voltaje en la resistencia. La fuente anterior parecía implicar que esta corriente era constante independientemente del valor de la resistencia. Mi idea era usar una resistencia inusualmente grande y la caída de voltaje a través de la resistencia sería tan grande que el GPIO estaría en o cerca de VDD a pesar de que es una resistencia desplegable.
(2) En la fuente anterior, un valor de ejemplo para esta corriente es 1 µA, por lo que una resistencia de 3 MΩ colocada entre tierra y el GPIO pondría el GPIO a 3 V. Cuando el interruptor esté cerrado, terminaría con un 13 resistencia kΩ y una resistencia de 3 MΩ en paralelo que tiene una resistencia equivalente de aproximadamente 13 kΩ, que es exactamente la resistencia nominal para la resistencia desplegable. esquemático
No, así no es como funciona. Poner una resistencia entre gpio y gnd es como poner un cable entre gnd y gpio. Si la cantidad de corriente consumida por el gpio es casi constante, eso no implica que la corriente que pasa a través de la resistencia sea constante. Una gran resistencia de subida o bajada solo significa que cuando cerramos el botón, la nueva corriente que fluye desde la fuente es más baja. También significa que somos más susceptibles al ruido. No puede simplemente colocar resistencias arbitrariamente grandes y esperar que cambie el funcionamiento de la ley de ohmios.
En cierto modo entiendo. Esos ejemplos se referían a una situación en la que estábamos activando el gpio, y asumí que sería lo mismo para desactivar un gpio. Todavía estoy confundido por su declaración de que aunque la corriente consumida por el GPIO es constante, el voltaje a través de la resistencia no necesita ser constante. Si la resistencia y el puerto GPIO están en serie, ¿cómo es posible que la corriente no sea constante a través de la resistencia?
bueno, en realidad no están en serie. puede buscar algunos esquemas para ver cómo se ensamblan los GPIO, tal vez tenga un poco más de sentido. No creo haber dicho eso ... mi pregunta para usted es, ¿cómo espera cambiar la resistencia y mantener constante la corriente que pasa a través de la resistencia? Eso simplemente no va a suceder con una fuente constante. Parece que tiene algunos malentendidos fundamentales con algunos temas en el análisis básico. Tal vez revise algunas buenas fuentes sobre el tema.
(1) Eso es cierto, no están en serie. Esa fuente que publiqué me dio la impresión de que los GPIO se comportaban como una fuente de corriente constante en la que cambiar la resistencia cambiaría el voltaje. Por supuesto, todo funciona con una fuente de voltaje constante, así que debería haberlo pensado. Aún así, no estoy totalmente seguro de por qué esto no funcionaría. Supuse que la pequeña corriente de fuga del GPIO (en la configuración levantada) es el resultado de una gran impedancia de entrada por parte del GPIO. Es por eso que esa fuente hizo parecer que la corriente era constante.
(2) Una resistencia de kΩ colocada entre GPIO y VDD no provocará un cambio significativo en la corriente. Sin embargo, ¿qué sucede si agrega una resistencia del orden de 10 veces la impedancia de entrada del GPIO? La corriente ciertamente cambiaría, pero ¿no estaría el puerto GPIO en 0.1 VDD a pesar de que es una resistencia pull-up?
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