3.3 V GPIO上的12 V输入，TVS下拉还是肖特基上拉？

我正在构建自己的PLC，该PLC必须接受高达30 V DC的永久输入到具有3.3 V输入的STM32F中。

开关输入必须在8-30 V的电压下工作，但是90％的时间输入电压将固定在12 V或24V。输入只能是限位开关之类的开关，因此我不会为检测而烦恼输入小于8 V或来自传感器等的输入，我也不担心速度，因为实际上开关将以最快的速度每1秒移动一次；我只需要确保微控制器受到保护即可。

我想要一个通用电路，可以在相似类型的多个产品/项目中使用，因此组件数量，成本和PCB空间必须最小，因此我真的不想使用光耦合器。

两名电子工程师建议了以下建议，但我不太确定哪种方法最好：

我应该使用顶部的还是底部的？为什么？

对于PLC来说，这实际上是一个古老的问题，而不是您想要的解决方案那么简单。

您面临的最大问题是，您还需要处理各种各样的潜在逻辑电压，实际逻辑电平可能远远高于内部使用的3.3V电源轨。一些传感器和设备的逻辑阈值高于5V。因此，仅使用您已指出的截止电路就不会从此类传感器检测到低电平。

PLC的输入级需要更加灵活。

即使可以接受低电平逻辑电平，这些电路也会遭受不同的问题。

齐纳/ TVS限制。

该电路的优势在于，对于已知的输入电压，齐纳管的大小可以设置为永远不允许电压超过电源电压。通常，您会选择一个齐纳二极管，其反向电压小于电源电压，但高于高电平逻辑阈值。

但是，齐纳二极管将在其整个寿命中产生大量的反向偏置，因此当输入信号下降时，您将以反向恢复时间的形式付出代价，这会延迟信号的衰减。

$V_{IH}$

过轨限流二极管

使用二极管至电源轨存在一个问题，就是输出电压仍将仅超过Vcc。但是，这仍然可能不利于输入。此外，在这种情况下，反向恢复时间意味着，对于快速的输入沿，高电压将使其短暂通过。

所以

$V_{OL}$

备择方案

光耦合。

PLC使用的常见方法是使用光耦合器。

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

这种方法为您带来了隔离和接地分离的额外好处。问题是您需要在传感器和输入之间进行某种形式的信号调理，以确保LED以正确的阈值点亮，并且正确的电流通过LED馈送。这种调节可以是上面所示的简单电阻器，也可以是包含某种比较器的复杂电路。

光耦合器的速度也是一个限制因素。但是，通常使用此方法，因为它可以为您提供完全的灵活性。

模拟输入调理

另一种方法是接受模拟形式的信号，将其与具有迟滞的变量参考进行比较，然后以这种方式生成逻辑电平。

^{模拟该电路}

显然，需要选择包括比较器在内的组件以适应最大输入电压。所示电路非常简单，如果使用滤波器，稳压器，ESD保护等，则可能会变得更加复杂。

组合

出于隔离的原因，您可以将上述内容组合在一起，并让比较器为光耦合器的LED提供恒定电流驱动器。

如果要开发产品，则将所有组件组装在一个小的插入式模块中，该模块可以插入“母”板上的卡边缘插槽中，就像它们用于PC中的卡一样。这样一来，您可以很容易地更换它们。该方法还使您可以使用其他输入类型，例如，光纤输入。

100k太高了。它将由附近的几乎所有继电器或开关操作触发。如果您问我，对于PLC来说不是很可靠。

实际上有PLC的标准和规定。由于您希望所有PLC供应商在安装中都具有类似的行为，因此，如果各种型号可以毫无问题地相互连接，那就太好了。

例如，仅当它吸收至少〜2 mA且高于10V时，输入才认为它为开。（IEC 61131-2）

您无法通过无源器件精确地做到这一点，这就是为什么存在诸如SN65HVS880之类的零件的原因。

在我之前的回答中，我给出了一个示意性示例，说明如何使用被动元素*来接近这种行为。

简单的100K和BAT54S并不可靠，我可以从经验中告诉您。

先前的答案

*单独的施密特触发器不是必需的

两者都是可以接受的。您需要确保电阻的尺寸正确，以便输入电流不会导致输入电压降至V_IH以下，但是对于CMOS，这是微不足道的，因为输入电流非常小（100k几乎可以确定是很好的）

对于第二个问题，唯一的警告是，您需要确保3.3v的总负载永远不小于30V / 100k（是您输入的次数很多倍），否则3.3V电压轨可能会上拉至可能损坏其上设备的电压。如果将Micro置于睡眠模式，则消耗的电量可能很少。

另一个需要注意的是，在两种情况下，100k电阻均与输入电容一起充当低通滤波器，从而降低了输入速度。如果输入电容为10pF，则它们的最大触发速率约为100kHz，延迟约为2微秒。