¿Por qué se necesita una señal flotante en una placa?

Question

Leí lo siguiente en un libro titulado " Un manual de software embebido " por David E. Simon. (23ª edición Nov/2014 - Página 16)

Si ninguna parte del circuito está conduciendo una señal, entonces esa señal se se dice que es flotante. Su tensión será indeterminada y puede cambiar con el paso del tiempo. Los resultados de una señal flotante varían entre inofensivos inofensivos y desastrosos, dependiendo de cómo las partes con entradas conectadas a a la señal flotante, dependiendo de cómo las partes con entradas conectadas a la señal flotante afronten el problema.

Basado en esto, parece que no hay una buena razón por la que un circuito tendría una señal flotante. Si esto es correcto, entonces ¿por qué se permitiría dicha señal?

¿Se debe a un error en el diseño de la placa?

¿Existen situaciones en las que se necesita una señal de este tipo?

Answer 1

Las señales flotantes no suelen ser buenas, pero pueden ser aceptables en algunos casos. En todos esos casos, el valor de la señal no importa.

No todas las señales son relevantes todo el tiempo. Un ejemplo común es la línea MISO de un bus SPI. Ésta sólo se activa cuando se selecciona un dispositivo esclavo (habilitado). Su valor sólo es relevante durante un corto periodo de tiempo alrededor de uno de los flancos del reloj SCK. En todos los demás momentos, la señal puede estar en cualquier estado sin afectar al sistema, ya que éste la ignora.

Entonces, ¿qué ocurre con MISO cuando no se selecciona ningún esclavo, como ocurre siempre que el bus SPI no está en uso? La respuesta es que no importa. No importa cuál es su valor ya que nadie lo está mirando. Dado que MISO es manejado sólo por el esclavo seleccionado, todos los esclavos no seleccionados y cualquier otra cosa en esa línea debe ser de alta impedancia. Eso significa que cuando no se selecciona ningún esclavo, la línea queda flotante como se describe en el pasaje que citó anteriormente. Esto no causa ningún dato erróneo, ya que, de nuevo, el sistema está ignorando la línea en ese momento.

Mientras que una línea flotante está bien lógicamente cuando nada mira su valor, puede ser un problema eléctricamente. Muchas entradas lógicas están pensadas para que el voltaje sea sólidamente bajo o sólidamente alto. Los valores intermedios pueden causar corrientes más altas que las especificadas en el circuito de entrada, y en algunos casos pueden incluso hacer que este circuito oscile.

Por esta razón, a menudo hay una resistencia débil de pulldown o pullup en las líneas que podrían flotar. Yo suelo utilizar un pulldown de 100 kΩ en MISO, por ejemplo. Cuando se selecciona un esclavo, conduce la línea sin importar la pequeña corriente extra que se necesita para mantenerla en el estado alto. Sin embargo, cuando nada está conduciendo la línea, se pondrá baja, evitando la corriente extra no deseada y las oscilaciones en cualquier cosa que reciba la señal.

También hay tipos de entradas digitales que pueden manejar cualquier tensión dentro del rango válido sin características indeseables, como corriente extra u oscilaciones. Disparos de Schmitt son un ejemplo. Éstos tienen histéresis, de modo que después de cambiar en un sentido, se necesita una tensión diferente para cambiar en el otro. Una línea flotante puede hacer que la señal digital se interprete de forma aleatoria ya que su voltaje flota, pero la entrada digital está diseñada para manejar eso. Por supuesto, el resto del sistema tiene que ser diseñado para no preocuparse por el valor de la señal digital durante el tiempo que flota.

En general, las señales realmente flotantes son malas, pero se pueden solucionar fácilmente con una resistencia débil de pulldown o pullup.

Answer 2

Puedes tener muchas líneas flotantes en tu placa durante el arranque de un microcontrolador.

Normalmente, la mayoría de los pines de un microcontrolador se inicializan como entrada o incluso como entrada analógica, porque el controlador no puede saber cómo configurar sus pines para la placa en la que está colocado.

En este escenario, la mayoría de las salidas posteriores son flotantes al principio, normalmente sólo unos milisegundos hasta que el software inicializa los pines en consecuencia. Todavía es tiempo suficiente para causar algunos problemas, por lo que en las líneas críticas (protección de escritura en una EEPROM, por ejemplo) utilizamos resistencias pull-up o pull-down para tener una secuencia de arranque segura.

Me he encontrado con algunos chips en los que la lógica no era tan robusta como sugiere la respuesta de Olins, así que me gusta tener mis señales fijas.

Una antena podría verse como una línea flotante que se quiere...

Answer 3

Se me ocurre un ejemplo: las líneas de bus que son utilizadas por varios puertos en diferentes momentos pueden estar flotando cuando no hay ningún puerto que las esté utilizando.

Creo que el libro dejó claro que no Necesito pero puede que ocurran.

Lo mínimo que debe hacerse en los sistemas que tienen líneas que pueden flotar (por ejemplo, un bus de datos y direcciones en un sistema de microprocesadores) es asegurarse de que ningún dispositivo utilice la señal de esas líneas como entrada mientras estén flotando (por ejemplo, poniendo la entrada de habilitación de los componentes de memoria, periféricos, etc., en inactivo).

Answer 4

El peligro de un pin flotante es que su valor no puede ser predeterminado, pero eso no es en sí mismo un problema. El problema viene de que algo haga uso de ese valor, o haga suposiciones sobre él.

Muchos chips aceptan y manejan internamente la flotación de algunos de sus pines, lo que traslada la responsabilidad de los diseñadores de placas a los diseñadores de chips. Esto es más común en los buses de comunicación, los pines multipropósito y los chips con muchas opciones.