Resistencia pull-up

En los circuitos lógicos electrónicos , una resistencia de polarización hacia arriba ( PU ) o hacia abajo ( PD ) es una resistencia que se utiliza para asegurar un estado conocido para una señal. ^{[ 1 ]} Más específicamente, una resistencia de polarización hacia arriba o hacia abajo asegura que un cable tendrá un nivel lógico alto o bajo, respectivamente, en ausencia de una señal de control. ^{[ 2 ]} Normalmente se utiliza junto con componentes como interruptores , transistores y conectores , que interrumpen física o eléctricamente la conexión de otros componentes a una fuente de nivel lógico de baja impedancia , como tierra , tensión de alimentación positiva (V _CC ) o la salida de un circuito lógico controlado activamente, y por lo tanto hacen que las entradas de esos componentes floten (es decir, tengan una tensión indeterminada ) , una condición que puede conducir a un comportamiento impredecible y potencialmente dañino del circuito. ^{[ 3 ]}

Por ejemplo, en el caso de un interruptor que, al cerrarse, conecta un circuito a tierra o a la tensión de alimentación positiva , sin una resistencia de polarización positiva (PU) o negativa (PD), al abrirse el interruptor, el circuito quedaría sin conexión. En estos casos, una resistencia de polarización positiva (pull-up) o negativa (pull-down) garantiza un funcionamiento estable, fiable y seguro del circuito.

Las resistencias de polarización ascendente y descendente se implementan de diversas maneras. A menudo se suministran como componentes discretos, montados en la misma placa de circuito impreso que los dispositivos lógicos que las utilizan. Muchos microcontroladores y FPGAs proporcionan resistencias PU y PD internas y programables para sus pines de entrada lógica, lo que reduce la necesidad de componentes externos.

En un circuito con un interruptor abierto, no circula corriente por esa rama. Por ello, las leyes de Kirchhoff no especifican la tensión en el interruptor abierto. Esta tensión puede variar de forma impredecible debido al ruido eléctrico ambiental , las corrientes de fuga y la capacitancia parásita . ^{[ 4 ]} Sin fuentes adicionales ni condiciones de contorno, la tensión permanece indeterminada y, por consiguiente, la tensión en los componentes conectados también es indefinida.

Una resistencia de polarización positiva (o negativa) proporciona una ruta definida para que la corriente fluya hacia una fuente de voltaje cuando el interruptor está abierto. Esto garantiza que el voltaje en el nodo conectado se establezca en un nivel conocido, generalmente nivel lógico alto (o bajo). De esta manera, se elimina la indeterminación causada por el interruptor abierto, lo que permite que las leyes de Kirchhoff determinen el voltaje de forma fiable.

Una resistencia de polarización debe tener una resistencia adecuada para ser efectiva y no interferir con el funcionamiento del circuito. Para ello, se asume que los componentes críticos tienen una impedancia infinita o suficientemente alta , lo cual se garantiza, por ejemplo, en las compuertas lógicas fabricadas con transistores FET . En este caso, cuando el interruptor está abierto, la caída de tensión en la resistencia de polarización (con una impedancia suficientemente baja ) prácticamente desaparece, y el circuito se comporta como un cable conectado directamente a la tensión de alimentación positiva . Por otro lado, cuando el interruptor está cerrado, la resistencia de polarización debe tener una impedancia suficientemente alta en comparación con el interruptor cerrado para no afectar la conexión a tierra. Estas dos condiciones permiten obtener un valor adecuado para la impedancia de la resistencia de polarización. Sin embargo, normalmente solo se obtiene un límite inferior, asumiendo que los componentes críticos tienen una impedancia infinita.

Una resistencia con una resistencia relativamente baja (en relación con el circuito en el que se encuentra) se denomina a menudo resistencia de polarización "fuerte" o "intensidad"; ^{[ 2 ]} cuando el circuito está abierto, elevará o disminuirá la salida muy rápidamente (al igual que el voltaje cambia en un circuito RC ), pero consumirá más corriente. Una resistencia con una resistencia relativamente alta se denomina resistencia de polarización "débil" o "intensidad"; ^{[ 2 ]} cuando el circuito está abierto, elevará o disminuirá la salida más lentamente, pero consumirá menos corriente. Esta corriente, que es esencialmente energía desperdiciada, solo fluye cuando el interruptor está cerrado, y técnicamente durante un breve período después de abrirlo hasta que la carga acumulada en el circuito se haya descargado a tierra.

Una resistencia pull-up se usa frecuentemente junto con un puente o un interruptor DIP para generar información de configuración para un sistema electrónico. El puente se instala para generar un nivel lógico bajo, o se retira para generar un nivel lógico alto.

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  Resistencia pull-up utilizada con puente opcional para generar señal de configuración

En los casos en que los dispositivos de conmutación solo pueden suministrar o absorber corriente, se pueden conectar varias salidas a una unidad de procesamiento (PU) o un dispositivo de procesamiento (PD) común. Esto se suele hacer para implementar una función OR o NOR cableada, o para permitir que varios dispositivos de conmutación activos (por ejemplo, controladores de colector abierto) transmitan datos en un bus compartido.

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  Circuito OR cableado que utiliza interruptores de lado alto y resistencia de polarización a tierra.
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  Circuito NOR cableado que utiliza interruptores de lado bajo y resistencia pull-up.
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  Múltiples controladores de colector abierto que utilizan una resistencia pull-up compartida para transmitir en un bus compartido.

Una resistencia PD o PU puede ser compartida por dos o más interruptores conectados en serie para implementar una función AND cableada o NAND cableada. Estos circuitos se utilizan a menudo para supervisar interruptores de enclavamiento de seguridad, activando un estado de salida lógico alto o bajo, respectivamente, solo cuando todos los interruptores de enclavamiento están cerrados.

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  Circuito AND cableado que utiliza interruptores cableados en serie y resistencia de polarización a tierra.
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  Circuito NAND cableado que utiliza interruptores conectados en serie y resistencia pull-up.

Las resistencias pull-up pueden utilizarse en salidas lógicas que no pueden suministrar suficiente corriente (por ejemplo, dispositivos lógicos TTL de colector abierto ) para garantizar un nivel lógico alto válido. En familias lógicas bipolares que operan a 5 VCC, un valor típico de resistencia pull-up será de 1000 a 5000 Ω , lo que proporciona suficiente corriente para asegurar un voltaje lógico alto válido en todo el rango de temperatura y voltaje de alimentación. Para la lógica CMOS y MOS , se pueden utilizar valores de resistencia más altos, ya que las salidas lógicas suelen suministrar más corriente que las TTL.

Las resistencias de polarización a tierra se pueden usar de forma segura con las compuertas lógicas CMOS porque las entradas están controladas por voltaje. Las entradas lógicas TTL que se dejan sin conectar flotan inherentemente en alto y requieren menos resistencia de polarización a tierra para forzar la entrada a bajo. Una entrada TTL estándar en lógica "1" normalmente consume 40  μA y un nivel de voltaje superior a 2,4  V, lo que permite una resistencia de polarización a positivo de no más de 50 kΩ; mientras que se espera que la entrada TTL en lógica "0" consuma 1,6  mA a un voltaje inferior a 0,8  V, lo que requiere una resistencia de polarización a tierra inferior a 500 Ω. ^{[ 5 ]} Mantener las entradas TTL no utilizadas en bajo consume más corriente. Por esa razón, se prefieren las resistencias de polarización a positivo en los circuitos TTL.

Una resistencia de polarización positiva o negativa consume energía cuando pasa corriente a través de ella, lo que genera calor y desperdicia energía. Además, su resistencia, junto con la capacitancia parásita del circuito, forma un filtro de paso bajo que alarga (prolonga la duración de) los flancos de subida o bajada de la señal, limitando así la velocidad máxima de funcionamiento del circuito. Ciertas familias lógicas son susceptibles a las sobretensiones introducidas en las entradas lógicas a través de las resistencias de polarización positiva, lo que puede obligar al uso de una fuente de alimentación filtrada independiente para dichas resistencias.

• Rp (USB) : un tipo específico de resistencia pull-up en conectores USB-C.
• Rd (USB) , Ra (USB) : tipos específicos de resistencias de polarización a tierra en conectores USB-C.
• Lógica de tres estados

• Paul Horowitz y Winfield Hill , El arte de la electrónica , 2.ª edición, Cambridge University Press , Cambridge, Inglaterra, 1989, ISBN 0-521-37095-7