3.3 V GPIOの12 V入力、TVSプルダウンまたはショットキープルアップ？

最大30 V DCの恒久的な入力を3.3 V入力のSTM32Fに受け入れなければならない独自のPLCを構築しています。

切り替えられた入力は8〜30 Vで動作する必要がありますが、入力電圧が12 Vまたは24 Vに固定されるのは90％です。入力はリミットスイッチなどのスイッチのみであるため、入力が8 V未満、またはセンサーなどからの入力でも、スイッチが移動する最速は1秒ごとであるため、速度については心配していません。マイクロコントローラが保護されていることを確認するだけです。

類似のタイプの複数の製品/プロジェクトで使用できる汎用回路が必要なので、コンポーネント数、コスト、PCBスペースを最小限にする必要があるため、フォトカプラを使用したくありません。

2人の電子技術者が次のことを推奨していますが、どの方法が最適かはわかりません。

上部のものを使用するか、下部のものを使用する必要がありますか？なんで？

これは実際にはPLCの古くからの問題であり、意図したソリューションほど単純ではありません。

あなたが持っている最大の問題は、あなたが扱うことができるようにする必要がある多種多様な潜在的なロジック電圧を持っているだけでなく、実際のロジックレベルはあなたが内部で使用している3.3Vレールよりはるかに高くなる可能性があることです。一部のセンサーおよびデバイスには、5Vを超える論理しきい値があります。あなたが示したように単純にカットオフ回路を使用するので、そのようなセンサーから低レベルを検出しません。

PLCの入力ステージは、はるかに柔軟である必要があります。

低レベルの論理レベルが許容できる場合でも、これらの回路にはそれぞれ異なる問題があります。

ツェナー/ TVS制限。

この回路には、既知の入力電圧に対して、電圧がレール電圧を超えないようにツェナーのサイズを調整できるという利点があります。通常、レールよりも逆電圧が小さいが、高レベルのロジックしきい値よりも高いツェナーを選択します。

ただし、入力信号が低下すると信号が少し遅延する逆回復時間の形でペナルティを支払うため、ツェナーはその寿命の多くを逆バイアスで費やします。

$V_{IH}$

レール上制限ダイオード

ダイオードをレールまで使用すると、出力電圧が少しでもVccを超えるという問題があります。ただし、それでも入力には有害な場合があります。さらに、この場合、逆回復時間は、高速入力エッジの場合、高電圧が非常に短時間で通過することを意味します。

そう

$V_{OL}$

代替案

オプトカップリング。

PLCで使用される一般的な方法は、フォトカプラを使用することです。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

この方法により、分離と接地分離の利点がさらに得られます。問題は、LEDが正しいしきい値で点灯し、正しい量の電流がLEDに供給されるようにするために、センサーと入力の間に何らかの信号調整が必要なことです。そのコンディショニングは、上記の単純な抵抗、または何らかのコンパレータを含む複雑な回路です。

オプトカプラーの速度も制限要因です。ただし、この方法は完全な柔軟性を提供するため、一般的に使用されます。

アナログ入力調整

別の方法は、信号をアナログ形式で受け入れ、ヒステリシスを備えた変数リファレンスと比較し、そのように論理レベルを生成することです。

^{この回路をシミュレートする}

当然、コンパレータを含むコンポーネントは、最大入力電圧に対応するように選択する必要があります。示されている回路は非常に単純で、フィルター、レギュレーター、ESD保護などによりさらに複雑になる可能性があります。

組み合わせ

分離の理由から、上記を組み合わせて、コンパレータにオプトカプラのLEDへの定電流ドライバを供給することができます。

製品を開発している場合は、PCのカードに使用するように、「マザー」ボードのカードエッジソケットに差し込むことができる小さなプラグインモジュールですべてを組み立てます。そうすれば、揚げた場合に簡単に交換できます。この方法では、たとえば光ファイバー入力など、他の入力タイプも使用できます。

100kは高すぎます。ほぼすべてのリレーまたは近くのスイッチング操作からトリガーされます。あなたが私に尋ねるなら、PLCにとって本当に信頼できません。

実際には、PLCの標準と規制があります。すべてのPLCベンダーにインストール時に同様の動作をさせたいので、さまざまなモデルを問題なく相互に接続できると便利です。

たとえば、入力は、少なくとも約2 mAをシンクし、10 Vを超える場合にのみオンと見なします。（IEC 61131-2）

パッシブではこれを正確に取得できないため、SN65HVS880のような部品があります。

以前の回答では、パッシブ*を使用してこの動作に近づける方法の例を示しました。

単純な100KとBAT54Sは信頼できません。経験からそれを伝えることができます。

前の答え

*個別のシュミットトリガーは必須ではありません

両方とも許容されます。入力電流によって入力電圧がV_IHを下回らないように抵抗のサイズを確認する必要がありますが、CMOSでは入力電流が非常に小さいため（100kはほぼ確実に問題ありません）

2番目の唯一の注意点は、3.3vの合計負荷が30V / 100k（入力の数にかかわらず）を下回らないようにする必要があることです。そうしないと、3.3 Vレールが上のデバイスを損傷する可能性のある電圧。マイクロをスリープモードにすると、わずかに描画される場合があります。

もう1つの注意点は、どちらの場合でも、100kの抵抗器が入力容量とともにローパスフィルターとして機能し、入力が遅くなることです。10pFの入力容量がある場合、最大トグルレートは約100kHz、遅延は約2マイクロ秒になります。