Elección de valores de resistencia pull-up para salidas digitales de dispositivos R-Series

Detalles del problema

Por defecto, las líneas de las salidas digitales de los dispositivos R Series generan un valor en alto de 3.3V. De acuerdo con el manual, para crear una señal de TTL (del inglés transistor–transistor logic) con un valor en alto de 5V en las líneas de salida digital, es necesario agregar una resistencia de pull-up externa. ¿Cuál es la impedancia de salida de los dispositivos R Series y qué valor debe tener la resistencia de pull-up?

Solución

Nota: No es recomendable o factible elevar la salida digital de 3.3V a 5V en los dispositivos R Series PXIe 782xR, PXIe-784xR, PXIe-785xR, PXIe-786xR y USB debido a los circuitos de protección utilizados en esos dispositivos.

La impedancia de salida para los dispositivos R Series es no lineal debido a los circuitos internos utilizados para proporcionar una tolerancia de 5V. La impedancia de salida es baja (<50 ohms) para voltajes de salida cercanos a 0V. A medida que la tensión de salida aumenta a un valor dalrededor de 3,3 V, la impedancia aumenta a aproximadamente 100 ohms. A medida que la tensión aumenta más allá de 3.3V, la impedancia aumenta muy rápidamente a megaohms

Aquí hay una aproximación para calcular el valor de la resistencia de pull-up que se necesita:

1. Se supone que las salidas de los dispositivos de la R Series impulsarán la línea de salida digital rápidamente entre 0V y 3.3V. El resistor pull-up tendrá que elevar la salida de 3.3V a 5V. Para una aproximación forzada, se supone  un circuito RC simple donde Rp es el valor de la resistencia de pull-up, y Ctot es la capacitancia total * en la línea de salida digital. La salida del dispositivo de la R Series será de alta impedancia para valores por encima de los 3.3V, por lo que puede ignorarse para este cálculo.
2. Se resuelve la ecuación para el valor de Rp requerido para subir la salida de acuerdo a los requerimientos de tiempo de la aplicación. Los valores más bajos de Rp elevarán la salida al estado alto más rápido.
3. Se debe asegurar que el valor de Rp elegido no consuma demasiada corriente cuando la tarjeta R Series esté intentando llevar la salida al estado bajo

Información adicional

Si se necesita más capacidad de la corriente, ya sea entrante o saliente, proporcionada por una sola línea digital, se puede conectar varias líneas digitales en paralelo para aumentar la capacidad actual. Cada línea proporciona 4 mA de corriente a la capacidad total de corriente en el circuito. Cuando las líneas digitales están conectadas de esta manera, se debe procurar cambiar todos los estados de las líneas digitales al mismo tiempo para evitar dañar el dispositivo R Series. Por ejemplo, para generar un estado alto en la salida digital combinada, cada línea digital debe cambiarse de estado bajo a alto exactamente al mismo tiempo en su aplicación FPGA.

Este es un ejemplo de cómo calcular la resistencia de pull-up para una aplicación específica y un dispositivo R Series.

Vt = 4.7V. Éste es el nivel de umbral al que debemos llegar.
DeltaT = 1us. Éste es el tiempo requerido para que la resistencia pull-up eleve la línea de salida digital de 3.3V a 4.7V
Ctot = 100pF. Ctot representa la capacitancia total en la línea de salida digital.

La resistencia de pull-up, Rp , sería entonces:
Rp = DeltaT / (Ctot * (ln (1 - 3.3 / 5) - ln (1 - Vt / 5)))
Rp = 1us / (100pF * (ln (1 - 3.3 / 5) - ln (1 - 4.7 / 5)) = 5.765 kOhms

Nota : La capacitancia entre salida digital o DO (por sus siglas en inglés) y tierra o GND (por sus siglas en inglés) es de aproximadamente 28pF. El cable agrega unos 60pF por metro.