In quanto modello EE del primo anno ultra semplificato, puoi considerare un ingresso scollegato a un chip CMOS come un circuito RC.

Le minuscole correnti di dispersione del gate rappresentano la R, e le minuscole capacità del gate più la capacità parassita dal pad o pin al mondo esterno essendo le C.Cambia abbastanza il campo EM esterno sulla piastra esterna del condensatore (rumore di fondo, commutazione di altre tracce PCB vicine, diafonia del pad di collegamento, raggi cosmici, ecc.) E puoi cambiare la tensione sul gate del transistor.

Non è limitato ai pin di ingresso MCU.Anche altri input di chip CMOS funzionano in questo modo.Fondamentalmente lo stadio di ingresso CMOS è solo terminali di gate di due MOSFET.Il gate FET è fondamentalmente isolato, ma il gate deve avere tensione rispetto alla sorgente FET affinché il FET si accenda.Il gate FET è composto principalmente da pochi picofarad di carico capacitivo e assorbe solo pochissima corrente di dispersione, quindi anche una sorgente ad alta impedenza caricherà rapidamente pochi picofarad con una piccola corrente per avere una tensione sufficiente per l'accensione.

L'impedenza di ingresso può essere facilmente polarizzata dalla dispersione di una certa tensione CC o dalla capacità di traccia a una traccia reciproca con una tensione pulsata.I gate CMOS hanno una capacità di ingresso molto bassa (x pF) che può essere dominata da tracce parallele con traccia da 10 mil e gap, ma anche molto meno se l'ingresso è fluttuante vicino a Vdd / 2 a meno che non sia presente un driver resistore.

Quindi dipende dalla capacità di diafonia e dalla tensione di dispersione di auto polarizzazione.Generalmente, il pullup 1M è adeguato in ambienti ground plane meno rumorosi e 10k viene utilizzato in layout logici più rumorosi per evitare effetti di ripple durante la transizione o evitare falsi ingressi dal crosstalk.Mentre le uscite CMOS vanno da 20 a 75 Ohm per una logica da 74ALV a 74HC.

In breve: il rumore (segnali elettromagnetici esterni) può creare corrente sui conduttori.Questa corrente induce la tensione attraverso un resistore secondo la legge di Ohm.Se la tensione indotta è sufficientemente alta, il buffer di ingresso vedrà che è alta alla logica.Allo stesso modo, se la tensione indotta è sufficientemente negativa, il buffer di ingresso lo vedrà come logico basso.

Alta impedenza significa infatti, altissima resistenza.

E l'EMI può causare la dislocazione di piccole cariche. Pensa a una valvola intasata in uno pneumatico per bici. Se si monta la pompa con un manometro e si dà pressione, la pressione sale facilmente a valori molto alti senza eseguire molto lavoro. Quando si rilascia il pistone della pompa, la pressione scenderà alla stessa velocità con cui è aumentata prima. C'era solo una piccola quantità d'aria in grado di muoversi e non sapevo dove andare. Se la pressione è ciò che stai cercando, (che è in qualche modo simile al voltaggio) rileverai bruschi cambiamenti mentre poco è stato fatto.

Se la valvola non è ostruita (cioè non fluttuante), è necessario spostare una quantità maggiore di carica nell'ingresso per modificare la pressione. Per mantenere questa analogia: un ingresso non flottante (cioè con resistori pull-up o pull-down) è un tubo per bicicletta con fori ben definiti. Dopo aver spostato alcune cariche al suo interno, si accumula una certa pressione ma prevarrà solo fintanto che le cariche continueranno a scorrere pompando costantemente.

Un EMI è ad es. un corvo che atterra sul pistone della tua pompa. Se la valvola è ostruita, la pressione aumenterà e rimarrà elevata finché il corvo non vede un topo o un gatto e decide di allontanarsi.

Se il pin di ingresso è flottante e "corto", è l'interferenza del campo elettrico che causa una fluttuazione di tensione sul pin.Ciò può derivare da campi elettromagnetici, ma il problema è dominato dalle perturbazioni del campo elettrico di quel campo EM e dall'accoppiamento capacitivo al pin MCU flottante.

Quando il pin è ad alta impedenza, si presenta come una capacità molto piccola (pochi pF) e una resistenza CC praticamente infinita.Il pin è vulnerabile all'accoppiamento di rumore da fonti esterne perché richiede così poca carica per cambiare il suo stato.

L'accoppiamento del rumore può essere magnetico (induttivo) o capacitivo.

Il caso di avvicinare la mano al pin flottante è un esempio di accoppiamento capacitivo: il traferro tra il pin e la mano forma un condensatore, in serie con la capacità del pin.Più la mano è vicina, più piccolo è il dielettrico, più grande è il condensatore di accoppiamento e maggiore è l'accoppiamento.

L'accoppiamento induttivo si verifica quando una corrente scorre in un circuito vicino, creando un campo magnetico.Se questo è abbastanza vicino al perno mobile, anche questo può accoppiarsi e causare problemi.