Puffern eines digitalen Mikrocontrollersignals zum Anschließen an einen Optokoppler

Ich arbeite häufig an Projekten, in denen ich Optokoppler verwende, um digitale + 5VDC-Steuersignale (z. B. von einem Mikrocontroller) vom Rest der Schaltung zu isolieren. Da diese jedoch durch Aufleuchten einer LED im Inneren des Geräts funktionieren, können die Pins des Mikrocontrollers mehrere zehn Milliampere belasten. Ich suche Rat, was die beste Vorgehensweise wäre, um dieses Steuersignal mit einer zusätzlichen Stufe zu puffern, damit der Mikrocontroller effektiv eine hohe Impedanz sieht und dadurch den Strom reduziert, den er liefern muss.

Nur naiv aus dem Kopf, kann ich mir ein paar Dinge vorstellen, die funktionieren könnten:

1) Verwenden Sie einfach einen Operationsverstärker als Pufferverstärker mit Einheitsverstärkung.

2) Verwenden Sie einen dedizierten Komparatorchip, um das Eingangssignal beispielsweise mit + 2,5 VDC zu vergleichen.

3) Verwenden Sie einen MOSFET als eine Art Signalverstärker.

Beim Lesen bin ich jedoch auf eine ganze Reihe von Chips gestoßen, die ich noch nie zuvor verwendet habe, die aber so klingen, als wären sie für diese Art von Dingen konzipiert. Zum Beispiel:

• Ein Differentialleitungstreiber ( MC3487 )
• Ein Differenzleitungsempfänger (DC90C032)
• Ein Leitungstransceiver (SN65MLVD040)
• Puffergatter und Treiber (SN74LS07, SN74ABT126)

Ich habe wirklich keine Erfahrung mit diesen und bin ein wenig überwältigt von der Menge der verfügbaren Sachen! Kann mir jemand helfen, die Unterschiede zwischen diesen Geräten zu lernen und welche davon in diesem Fall geeignet wären / nicht wären. Gibt es einen besten / Standardweg, um das zu erreichen, was ich beschreibe?

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Da ich auf etwa x30-Ausgänge umschalten könnte, möchte ich mich überhaupt nicht um das Laden der Mikrocontroller kümmern und werde daher nicht in Betracht ziehen, eine direkte Verbindung zu den DIO-Pins herzustellen. Daher denke ich, dass ich mich für einen Logikpuffer-IC entscheiden werde. Ich werde versuchen, das SN74LVC1G125 " Single Bus Buffer Gate mit 3-State-Ausgang " für jeden Eingang zu verwenden, und sehen, wie das funktioniert.

Sie haben viele Möglichkeiten.

1. Wenn Sie nur sehr wenige Optokoppler anschließen müssen, können Sie diese direkt an den GPIO Ihres Mikrocontrollers anschließen (über einen Widerstand), vorausgesetzt:

   • Sie überschreiten den GPIO-Ausgangsstrom nicht.
   • Sie überschreiten nicht den gesamten Portstrom.
   • Sie überschreiten nicht den gesamten gnd / vdd-Strom.

2. Wenn Sie mehr Optokoppler anschließen müssen, können Sie versuchen, Optokoppler mit niedrigem Strom und hohem Stromübertragungsverhältnis wie SFH618 ( https://www.vishay.com/docs/83673/sfh618a.pdf ) zu verwenden und diese direkt anzuschließen Ihre GPIOs (über einen Widerstand).

3. Sie können auch einen BJT oder MOSFET verwenden (siehe Schaltpläne unten). Einige Notizen:

   • Denken Sie daran, den Pulldown- / Pull-Up-Widerstand einzulegen, um sicherzustellen, dass der MOSFET / BJT ausgeschaltet ist, wenn der GPIO noch nicht initialisiert ist (z. B. während des Zurücksetzens).
   • Pull-Up- oder Down-Widerstand kann weggelassen werden, wenn Ihre MCU über einen GPIO-Pin verfügt, bei dem Pull-Up / Down beim Zurücksetzen immer aktiviert ist.
   • Denken Sie bei Verwendung von MOSFETs daran, MOSFETs mit Logikpegel (z. B. BSS138) zu verwenden.
   • Wenn Sie die Aktiv-Niedrig-Lösung verwenden, stellen Sie sicher, dass die Hochspannungsspannung des GPIO VDD ist. Dh kein 3.3V-GPIO und VDD = 5V in der aktiven Low-Lösung verwenden!.

4. Wenn Sie jedoch viele Optokoppler (z. B. 6) ansteuern müssen, können Sie den von Ihnen erwähnten 74LS07 verwenden, da dieser 40 mA pro Pin zulässt und Sie nur eine Komponente (anstelle von 6 BJTs / MOSFETs) montieren müssen. Denken Sie daran, dass TTL-ICs im Gegensatz zu CMOS instrumentell hochgezogen werden! Möglicherweise möchten Sie jedoch weiterhin den Pull-up-Widerstand (im Datenblatt wird außerdem empfohlen, die Eingänge nicht schweben zu lassen). Und da '07 nicht invertiert, ist diese Lösung LOW aktiv. Der 74ABT126 ist CMOS, daher MÜSSEN Sie trotzdem den Pull-up-Widerstand verwenden!

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Ein einfacher BJT wie MMBT3904 oder ein beliebiger Schalt-BJT erledigt den Job. Sie können eine Rolle von 100 für zwei Dollar bekommen.

Die Differentialleitungstreiber sind nicht zum Ansteuern von LEDs ausgelegt. Diese Pufferchips treiben (oder empfangen) ein Differenzsignal auf zwei Drähten an. Der Spannungshub kann 1,3 Volt bis 1,7 Volt betragen. Nicht genug, um eine LED ein- oder auszuschalten.

Die TTL-Puffer sind ideal für diese Anwendung, aber anstatt wie in Ihrem Schaltplan gezeichnet mit der oberen Seite der LED verbunden zu werden, sollten sie mit der niedrigen Seite der LED verbunden werden, da TTL gut Strom ableitet und Strom schlecht bezieht.

Wenn Sie jedoch nur wenige Optokoppler anschließen müssen, ist ein NPN BJT eine noch einfachere Möglichkeit, die LED anzusteuern.

Ich empfehle für die Ausgabe auf Logikebene die Verwendung des H11L1, der über einen CMOS-Schmitt-Logikgatter-Treiber verfügt und mit mindestens 1,4 mA ~ $ 1 (10) 3 ~ 16 V betrieben wird

Für kostengünstige offene Sammler mit einem breiten Bereich von Stromgewinnen von mindestens 80% bis 300% http://www.taiwansemi.com/products/datasheet/TPC816%20SERIES_B1612.pdf

Dies bedeutet, wenn Sie nur Logikpegel oder 1 mA benötigen, das sind mindestens 80% der Leistung Ihres Laufwerks, mit der die CPU nicht stark belastet wird.

Suchen Sie also nach dem, was zählt. Tausende von Auswahlmöglichkeiten kosten gegen Leistung.

Für die Geschwindigkeit hilft mehr Strom, aber einige Geräte schalten ns in anderen in uns ein.