مقاومت پول آپ یا بالاکش (Pull-up)

مقاومت پول آپ یا بالاکش (Pull-up):
مقاومت پول آپ یا بالاکش (Pull-up) و پول داون یا پایین کش (Pull-down) معمولا برای بایاس صحیح ورودی گیت های دیجیتال استفاده می شوند.

در واقع این مقاومت ها زمانی که ورودی وجود نداشته باشد، از شناور ماندن (Floating) و دریافت مقادیر تصادفی (Random) جلوگیری می کنند.

گیت های منطقی می توانند برای اتصال به مدارات و ادوات خارجی مورد استفاده قرار گیرند، اما باید اطمینان حاصل کرد که عملکرد ورودی و خروجی آن ها صحیح است و شرایط کلیدزنی بر آن چه از قبل برنامه ریزی شده بود، منطبق باشد.

گیت های منطقی دیجیتال مدرن، آی سی ها و نیز میکروکنترلرها دارای ورودی های زیادی هستند که پین نامیده می شوند. همچنین این ادوات دارای یک تا تعداد بیشتری خروجی نیز هستند. برای این که مدار دیجیتال به صورت صحیح کار کند، تمام این ورودی ها و خروجی ها باید به صورت صحیح (در حالت HIGH یا LOW) تنظیم شده باشند.

می دانیم که گیت های منطقی، پایه ای ترین عنصر در ساخت تمام مدارات دیجیتال منطقی هستند. با ترکیب سه گیت پایه AND، OR و NOT می توان مدارات ترکیبی بسیار پیچیده ای ساخت. در مدارت دیجیتال، فقط یکی از دو حالت منطقی صفر یا یک می توانند وجود داشته باشد. این دو حالت منطق صفر و منطق یک نامیده می شوند.

این دو حالت منطقی توسط دو سطح ولتاژ مختلف نشان داده می شوند. در واقع هر ولتاژی که زیر سطح معینی باشد به عنوان منطق صفر و هر ولتاژی که بالای سطح دیگری باشد، به عنوان منطق یک در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال اگر دو سطح ولتاژ 0 ولت و 5 ولت وجود داشته باشند، در این صورت صفر ولت نشان دهنده منطق صفر و ولتاژ 5 ولت نشان دهنده منطق یک است.

اگر ورودی گیت های منطقی دیجیتال یا مدارات دیجیتال در بازه ای نباشد که بتوان آن را با ورودی منطق صفر و یا منطق یک نشان داد، در این صورت ممکن است مدار دیجیتال دچار تریگر اشتباه شود؛ زیرا گیت یا مدار منطقی نمی تواند مقدار صحیح ورودی را تشخیص دهد.

به عبارت دیگر سطح HIGH به اندازه کافی بالا نیست و یا سطح LOW به اندازه کافی پایین نیست. مدار زیر را به عنوان مثال در نظر بگیرید. کلیدهای a و b، ورودی های یک گیت منطقی عمومی را نشان می دهند.

زمانی که کلید a بسته شده باشد، ورودی A به زمین یا ولتاژ صفر ولت (منطق صفر) متصل است. زمانی که کلید b بسته شده باشد، ورودی B به نیز به زمین متصل می شود. این ورودی ها در حالت درست و مورد انتظار هستند. اما اگر کلید a باز باشد، آن گاه وضعیت ورودی A چه خواهد بود؟ آیا این ورودی در منطق صفر (LOW) قرار دارد یا منطق یک (HIGH)؟

اگر ورودی A را در ولتاژ 5 ولت و منطق یک در نظر بگیریم، آن گاه نشان می دهد که ورودی دیگر به زمین متصل نیست. اما این فرض درست نیست؛ زیرا این ورودی در حالت شناور قرار دارد و به صورت تصادفی ورودی دریافت می کند، به عبارت دیگر این پتانسیل را دارد که در بازه مقادیر بین 0 و 5 ولت قرار داشته باشد.

دلیل این اتفاق این است که ورودی به صورت موثر برای بودن در هر کدام از دو منطق صفر و یک تعریف نشده است. شناور بودن ورودی به آن اجازه می دهد که در هر سطحی از ولتاژ، هم HIGH و هم LOW، مدار را تریگر کند.

این وضعیت غیرقطعی منجر به این امر می شود که ورودی دیجیتال A در سطح منطقی صفر (LOW) قرار داشته باشد، در حالی که ما زمان باز بودن کلید A، به سطح منطقی یک (HIGH) نیاز داشته باشیم. به همین دلیل گیت منطقی، خروجی Q را به صورت اشتباهی تریگر می کند.

حتی اگر در یک بازه زمانی مقدار این ورودی در سطح یک منطقی قرار داشته باشد، سیگنال ورودی ضعیف و متغیر است و می تواند به آسانی مقدار ورودی را با دریافت نویز از مدارات مجاور خود تغییر دهد و یا ورودی را به حالت نوسانی تبدیل کند و گیت منطقی را خراب و یا خروجی آن را غیرقابل استفاده کند.

این موارد در مورد کلید b نیز کاملا صادق است و تمام این مشکلات در صورت باز بودن این کلید نیز به وجود می آید.

بنابراین برای جلوگیری از کلیدزنی تصادفی مدارات دیجیتال منطقی، باید تمام ورودی هایی که به جایی متصل نیستند (به آن ها ورودی های شناور گفته می شود) را متناسب با کارکرد مدار، به منطق یک و یا منطق صفر متصل شوند.

می توان این کار را به سادگی و با اتصال پین های ورودی به مقادیر معین سطح صفر یا سطح یک از طریق مقاومت های پول آپ و پول داون انجام داد. در این صورت، در تمام موقعیت هایی که کلید باز یا بسته باشد و یا هیچ چیزی به آن ها متصل نباشد، مدار ورودی دلخواه کاربر را دریافت می کند.

هنگام ساخت مدارات منطقی دیجیتال، معمولا این وضعیت پیش می آید که از تمام ورودی های چندگانه آی سی ها و گیت های منطقی و لچ ها استفاده نمی شود و یا در یک پکیج آی سی، از تمام گیت های منطقی و لچ های درون آن استفاده نمی شود.

در این شرایط، تمام پایه های استفاده نشده باید یا از طریق یک مقاومت با مقدار بالا که به آن مقاومت پول آپ گفته می شود، به ولتاژ منبع تغذیه وصل شوند و یا از طریق یک مقاومت با مقدار کوچک که به آن مقاومت پول داون گفته می شود، به ولتاژ صفر ولت زمین متصل شوند.

پایه هایی که از آن ها استفاده نمی شود، نباید هیچ گاه به صورت شناور رها شوند.