为什么要拆分 LED 两侧的电阻?

电器工程 引领 电阻器 逆向工程
2022-01-05 20:51:35

在下面的电路中,有什么理由不能将 R1 和 R2 组合成一个 4 kΩ 电阻在任一位置?

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

我正在对不再可用的窗口控制器板进行逆向工程。

该板具有三个输入开关,由未经调节的 24 V 电源供电,使用该电路将输入电平转换到 MCU 的 3.3 V 输入引脚。D2 和 D3 代表光隔离器(LTV-846 的 1/4)。D1 是一个可见的 LED,用于指示何时按下输入。R1 和 R2 是 8 电阻 SOIC-16 SMD 封装 (Bourns 4816P-1) 的 1/4。由于存在三个这样的电路,因此封装中的两个电阻器未连接。

问题 1:这个电路需要两个 2 kΩ 电阻而不是一个 4 kΩ 电阻有什么原因吗?为什么他们会为六个电阻使用 SOIC-16 封装,而不是三个 0805?该板有许多其他分立的 0805 电阻器。

我想这可能是为了功耗,但除非我犯了一个愚蠢的错误,否则它只会消耗 1 毫瓦,即使是小型 SMD 电阻器也可以处理。

我将在我的新替换板上使用相同的光隔离器 (LTV-846s)。用三个 4 kΩ 0805 分立电阻替换那个电阻网络芯片,我会冒任何风险吗?

问题 2:我很想摆脱电平转换电路,只为开关使用 3.3 V 电源。如果连接到开关的 18 AWG 电线最长为 100 英尺,那么仅使用 3.3 V 会有问题吗?(我认为这在 100 英尺的电线中约为 1 ohm 和 1 nF)。我会冒着从电线拾取的噪音中激活输入的风险吗?

4个回答

BOM 优化是一个可能的候选者。值 2k 可能在其他地方使用,添加另一个值意味着 BOM 上多一条线,贴片机上多一条槽。

另一个 BOM 优化可能是可用性。例如,两个 0603 电阻器比一个 0805 电阻器更容易获得(用于功率处理)。您在 SOIC-16 中提到了一个八电阻。这当然很奇怪,但是如果您在其他地方需要那种特殊类型的电阻器,那么您有两个可用并且布局允许,为什么不使用它们并节省几美分呢?

如果 LED 的任一侧与任一电源短路,它可能会通过两个电阻器存活。只有一个,它可能不会。

如果电路必须抵抗“傻瓜”,那么第二个电阻的 0.1 美分可能被认为是合理的。

编辑:mkeith 的评论也非常有效。如果您减少不同零件的数量,它可以帮助降低产品成本 - SMT 贴装机上的送料器数量是有限的,您可能还希望避免将新零件添加到库存中,特别是如果您的产量较少超过几千块。

这个电路有什么理由需要两个 2k 电阻而不是一个 4k 电阻吗?

不。

我想这可能是为了功耗,但除非我犯了一个愚蠢的错误,否则它只消耗 1 毫瓦,即使是小型 SMD 电阻器也可以处理。

从 24V 中减去两个 LED 的电压降。保守地说,20V。20V/4k \$\Omega\$为 5mA。5mA 乘以 20V 得到 100 mW。

我很想摆脱电平转换电路,只为开关使用 3.3v 电源。

虽然不清楚接地与+24V的关系,但我猜该电路基本上是“电流回路”。电流回路对感应电压具有很高的抗扰度。如果您通过 100 英尺长的电缆将开关直接连接到 MCU(您还需要一个上拉或下拉电阻),那么引脚上的电压将很重要。您的抗噪能力将消失。此外,如果感应电压使引脚超出其额定电压,您可能会损坏 MCU(或更多)的输入引脚。我会坚持使用光隔离。

我会从电线上拾取的噪音中激活输入吗?

使用双绞线,以最大限度地减少长导线产生的噪音。任何额定为 RS422 或 RS485 的电缆都应该没问题。如果您碰巧有备用以太网电缆,那也可以使用,但导体比您需要的多。即使是电话线也应该没问题。

光隔离器有多种用途:

  1. 保护 MCU 免受 ESD:您需要设计适当的 ESD 保护。

  2. 释放开关的电位,因此如果它们与其他电位短路,不会造成任何损坏:回想一下,此类设备是由技术人员安装的,他们经常承受很大的压力才能快速完成,并且错误会损坏开关控制器板导致保修索赔,通常比光耦合器的成本更痛苦。光耦合器甚至可能作为从以前的一些产品迭代中吸取的教训,这些产品不太健壮 - 这不会让我感到惊讶。

  3. 保护外部世界免受 MCU 的辐射:连接到 MCU 引脚的 100 英尺长的电线是不错的天线。你会听到街对面的时钟和谐波 - 我想 MCU 时钟在 1-25MHz 范围内,而 100 英尺的电缆在这种频率下是相当有效的辐射器。将电线耦合到 MCU 引脚后,需要一个滤波器网络来将外部连接与脏接地和电源平面分离。

  4. 暴露老产品熟悉的界面:上一代产品可能使用 24V 控制电源和继电器来实现控制功能。安装人员熟悉预期的电压,更改可能会导致混乱、支持电话等。无需太多支持热线时间即可消除因省略 optos 而节省的任何费用。

  5. 提供向后兼容的接口:某个地方的某个人拥有一个产品或鹅卵石解决方案,期望输入能够承受,例如负 24VDC,这并非不可想象。目前尚不清楚长电线的去向,但如果电线直接连接在开关和电路的其余部分之间,那么您可以例如在开关的顶部放置 24VAC,然后触发光电。

我想说,考虑到成本效益比,光隔离器是实现许多功能的最便宜的方式,同时也提供了很多安心。我还要在串联的 D1-D2 两端添加一个反向电压保护二极管 - 1N4007,这样 LED 看到的反向电压总是被钳位。