Imaginez que vous réalisiez un circuit numérique dans lequel un bouton-poussoir est nécessaire pour allumer une diode électroluminescente. Vous câblez le circuit correctement, en connectant une extrémité du bouton-poussoir à une entrée numérique et la masse à l’autre extrémité. Lorsque vous alimentez enfin le circuit, vous remarquez que la DEL s’allume et s’éteint sans que vous ayez à appuyer sur l’interrupteur.
Si vous avez déjà observé des situations de ce type, il est probable que vous ayez oublié d’ajouter une résistance pull-up à votre circuit numérique. Qu’est-ce qu’une résistance pull-up ? Comment fonctionne-t-elle et comment l’utiliser ?
Qu’est-ce qu’une résistance d’excursion ?
Une résistance pull-up est une résistance que vous ajoutez à un circuit numérique pour éviter les signaux indésirables qui pourraient interférer avec la logique ou la programmation de votre circuit. C’est un moyen de polariser ou de tirer une ligne d’entrée vers le positif ou VCC lorsqu’aucun autre dispositif actif ne pilote la ligne. En tirant la ligne vers VCC, vous mettez effectivement l’état par défaut de la ligne à 1 ou vrai.
Il est important de définir un état par défaut pour toutes les broches d’entrée afin d’éviter les signaux aléatoires générés pendant leur état flottant. Une broche d’entrée est dans un état flottant lorsqu’elle est déconnectée d’une source active telle que la masse ou VCC.
Les résistances pull-up sont généralement utilisées dans les circuits numériques utilisant des microcontrôleurs et des ordinateurs monocartes.
Comment fonctionne une résistance Pull-Up dans un circuit
Lorsqu’on utilise un interrupteur momentané sur un circuit numérique, le fait d’appuyer sur l’interrupteur entraîne la fermeture du circuit et la transmission d’un signal vrai ou haut au microcontrôleur. Cependant, le fait de désengager l’interrupteur n’empêchera pas nécessairement la broche d’entrée d’envoyer de tels signaux.
En effet, couper la connexion à travers un interrupteur signifie qu’il n’est plus connecté à rien d’autre qu’à l’air. La ligne se trouve alors dans un état flottant, où des signaux provenant de l’environnement peuvent potentiellement faire monter la broche à un niveau élevé à n’importe quel moment.
Pour empêcher ces signaux parasites de s’enregistrer dans votre circuit, vous devez injecter suffisamment de tension dans la ligne d’entrée pour qu’elle continue à s’élever lorsque la masse n’est plus détectée. Cependant, vous ne pouvez pas brancher directement VCC sur la ligne d’entrée car le circuit court-circuitera dès que l’interrupteur/capteur connectera la ligne à la terre.
Pour éviter de court-circuiter la tension de pull-up, vous devez utiliser une résistance. Une résistance de bonne valeur garantira que la ligne flottante aura suffisamment de tension pour passer à l’état haut tout en étant suffisamment basse pour ne pas court-circuiter prématurément le circuit. La valeur de la résistance dépendra du type de logique utilisé par votre circuit.
Explication des familles logiques
Pour calculer correctement la valeur de la résistance de votre pull-up, vous devez savoir quel type de logique votre circuit utilise pour fonctionner. La famille logique utilisée par votre circuit dictera la valeur de la résistance dont aura besoin votre résistance d’excursion.
Il existe plusieurs types de logique. En voici quelques-uns :
|
Abréviation |
Nom |
Exemples de circuits |
Min V on |
Max V off |
|---|---|---|---|---|
|
CMOS |
Semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire |
DSP, ADC, DAC, PPL |
3.5 |
1.5 |
|
TTL |
Logique Transistor-Transistor |
Horloges numériques, pilotes de LED, mémoire |
2.0 |
0.8 |
|
ECL |
Logique à couplage d’émetteur |
Radar, laser, accélérateurs de particules |
-1.5 |
-1.8 |
|
DTL |
Logique des diodes et des transistors |
Bascules, registres, oscillateurs |
0.7 |
0.2 |
Si vous n’êtes pas sûr de la famille logique que vous utilisez, il est très probable que votre circuit utilise des familles logiques CMOS ou TTL, car les familles ECL et DTL sont dépassées depuis longtemps. Les puces marquées d’un préfixe « 74 » ou « 54 » sont généralement des puces TLL, tandis que les puces marquées d’un préfixe « CD » ou « MC » sont des puces CMOS. Si vous n’êtes toujours pas sûr, vous pouvez facilement trouver la famille logique utilisée par votre contrôleur en effectuant une recherche rapide de sa fiche technique en ligne.
Comment calculer la valeur de la résistance d’excursion
Maintenant que vous connaissez les différents types de familles logiques et leurs tensions minimales d’activation et maximales de désactivation, nous pouvons calculer les valeurs de notre résistance d’excursion haute.
Pour calculer la valeur correcte de la résistance, vous aurez besoin de trois valeurs. La tension minimale d’activation de la famille logique utilisée par votre circuit, la tension d’alimentation du circuit et le courant de fuite d’entrée, que vous trouverez sur la fiche technique ou à l’aide d’un multimètre.
Une fois que vous avez toutes les variables, il vous suffit de les introduire dans la formule suivante :
Valeur de la résistance = (tension d’alimentation – tension logique élevée) / courant de fuite d’entrée
Par exemple, disons que votre circuit utilise un TTL et que la ligne d’entrée consomme 100uA à 5V. Nous savons que le TTL a besoin d’un minimum de 2V pour passer à l’état haut et d’un maximum de 0,8 volt pour passer à l’état bas. Cela signifie que la tension appropriée sortant de notre résistance d’excursion haute doit être comprise entre 3 et 4 V puisque la tension doit être supérieure à 2 V mais pas plus élevée que notre tension d’alimentation qui est de 5 V.
Nos valeurs données seraient les suivantes :
- Tension d’alimentation = 5V
- Haute tension logique = 4V
- Courant de fuite d’entrée = 100μA ou 0,0001A
Maintenant que nous avons les variables, introduisons-les dans la formule :
(5V – 4V) / 100μA = 10 000 ohms
Notre résistance pull-up doit être de 10 000 ohms (10 kilohms ou 10kΩ).
Comment utiliser une résistance pull-up dans un circuit
Les résistances de rappel sont généralement utilisées dans les circuits numériques pour éviter les interférences indésirables avec la programmation numérique d’un circuit. Vous pouvez utiliser des résistances pull-up si le circuit numérique utilise des interrupteurs et des capteurs comme dispositifs d’entrée. En outre, les résistances pull-up ne seront efficaces que si les broches d’entrée sont connectées à la terre. Si les broches d’entrée sont connectées à VCC, il est préférable d’utiliser des résistances pull-down.
Pour utiliser une résistance pull-up, vous devez localiser la ligne d’entrée qui se connecte à un dispositif d’entrée. Une fois localisée, vous devez calculer la valeur de votre résistance à l’aide de la formule décrite plus haut. Si votre circuit ne nécessite pas une grande précision, vous pouvez simplement utiliser des valeurs de résistance allant de 1kΩ à 10kΩ.
Maintenant que vous avez votre résistance avec la bonne valeur, vous pouvez placer une extrémité de la résistance pull-up sur VCC et une extrémité entre le périphérique d’entrée et le MCU. Félicitations ! Vous savez maintenant ce qu’est une résistance pull-up et comment l’utiliser.
Certains microcontrôleurs tels que les cartes Arduino et les cartes SBC telles que le Raspberry Pi, possèdent des résistances pull-up internes que vous pouvez déclencher dans le code à la place des résistances pull-up externes.
Renforcer ses connaissances par l’expérience
En résumé, une résistance pull-up est un composant important pour protéger votre circuit des interférences environnantes. En plaçant l’état par défaut d’une broche d’entrée à l’état haut, elle empêche les signaux aléatoires d’interférer avec la logique ou la programmation de votre circuit. Maintenant que vous savez comment l’utiliser, vous pouvez consolider vos nouvelles connaissances en les appliquant à vos prochains projets.
