Na verdade, esse é um problema antigo dos CLPs e não é tão simples quanto as soluções pretendidas.
O maior problema que você tem é que, além de ter uma grande variedade de tensões lógicas em potencial com as quais você precisa lidar, os níveis lógicos reais podem ser muito maiores do que o trilho de 3,3V que você está usando internamente. Alguns sensores e dispositivos têm limites lógicos acima de 5V. Como tal, o simples uso de um circuito de corte, como você indicou, não detectará o nível baixo desses sensores.
O estágio de entrada dos CLPs precisa ser muito mais flexível.
Mesmo que o nível lógico de baixo nível seja aceitável, esses circuitos sofrem problemas diferentes.
Limitação de Zener / TVS.
Esse circuito tem o benefício de que, para uma tensão de entrada conhecida, o zener pode ser dimensionado para nunca permitir que a tensão exceda a tensão do trilho. Normalmente, você escolheria um zener com uma tensão reversa menor que o trilho, mas maior que o limite lógico de alto nível.
No entanto, o zener gastará muito do seu viés de inversão de vida, portanto, você pagará uma penalidade na forma de tempo de recuperação reversa quando o sinal de entrada cair, o que atrasará um pouco o sinal.
O outro problema com o Zener é a tensão real em que ele limitará, depende da corrente através dele. Como tal, a tensão dependerá da tensão do sinal até certo ponto. Portanto, é necessário projetar o resistor para a tensão máxima de entrada e recalcular para tensões mais baixas para verificar se o zener não está limitando a tensão abaixo do seu nível .VEuH
Diodo limitador sobre trilho
O uso do diodo até o trilho tem o problema de que a tensão de saída ainda excederá a Vcc, apenas um pouco. No entanto, isso ainda pode ser prejudicial para a entrada. Além disso, nesse caso, o tempo de recuperação reversa significa que, para bordas de entrada rápidas, uma alta voltagem passará muito rapidamente.
então
Como esses dois circuitos incluem um alto resistor na entrada, ambos exigem que o que está dirigindo a entrada tenha uma baixa impedância de saída. Dos dois, a versão zener fornece melhor proteção, mas ao custo de desempenho. Nenhum deles funcionará se do sensor conectado> 1.5V ou mais.VO L
Alternativas
Opto-acoplamento.
Um método comum usado pelos CLPs é usar optoacopladores.
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
Este método oferece o benefício adicional de isolamento e separação do solo. O problema é que você precisa de alguma forma de condicionamento de sinal entre o sensor e a entrada para garantir que o LED acenda no limiar correto e que a quantidade correta de corrente seja alimentada através do LED. Esse condicionamento pode ser o resistor simples mostrado acima, ou um circuito complexo que inclui algum tipo de comparador.
A velocidade do acoplador óptico também é um fator limitante. No entanto, esse método é comumente usado porque oferece flexibilidade total.
Condicionamento de entrada analógica
Outro método é aceitar o sinal de forma analógica, compará-lo a uma referência variável com histerese e gerar o nível lógico dessa maneira.
simule este circuito
Obviamente, os componentes, incluindo o comparador, precisam ser escolhidos para acomodar as tensões máximas de entrada. O circuito mostrado é bastante simples, pode ficar muito mais complexo com filtros, reguladores, proteção ESD etc.
Combinação
Por motivos de isolamento, você pode combinar o que foi dito acima e fazer com que o comparador ligue um driver de corrente constante ao LED de um optoacoplador.
Se eu estivesse desenvolvendo um produto, reuniria tudo isso em um pequeno módulo de plug-in que pudesse ser conectado aos soquetes da borda da placa em uma placa "mãe", como eles usam para placas em PCs. Dessa forma, você pode substituí-los facilmente caso se frite. Esse método também permite disponibilizar outros tipos de entrada, por exemplo, uma entrada de fibra óptica.