Raspberry Pi Pico: Stromentnahme am GPIO-Ausgang

Wenn man sich mit einem Raspberry Pi Pico beschäftigt und einen GPIO-Ausgang beschaltet, dann stellt sich die Frage, wie viel Strom man dem Ausgang entnehmen darf. Wir wollen dieser Frage auf den Grund gehen und auch noch ein paar ergänzende Fragen klären, die für einen Elektroniker wichtig sind.

Wie viel Strom kann man einem GPIO-Ausgang entnehmen?

Im Datenblatt des Raspberry Pi Pico steht dazu folgendes:

The GPIOs on the RP2040 have four different output drive strengths, which are nominally called 2, 4, 8 and 12 mA modes.

Das heißt, laut Datenblatt des Mikrocontrollers RP2040 kann der Ausgangstreiber für die Stromstärken von 2, 4, 8 oder 12 mA (Milliampere) eingestellt werden.

Standardmäßig sind 4 mA für einen GPIO-Ausgang eingestellt.

Wie kann man den Strom auf 12 mA erhöhen?

Die Frage ist eher, warum 4 mA nicht ausreichen? GPIOs sind digitale Ein- bzw. Ausgänge. Man arbeitet hier mit der Spannung, die einem bestimmten Zustand repräsentiert. Eine Stromentnahme zum Betreiben eines Bauteils oder einer Komponente ist dabei nicht vorgesehen. Wenn ein Gerät geschaltet werden soll, dann muss das durch einen Transistor oder ULN2003A realisiert werden.

Hinweis: Den Ausgangstreiber auf 12 mA zu erhöhen ist wenig sinnvoll.

Was passiert am GPIO-Ausgang, wenn der Strom zu groß wird?

Denkbar ist, dass bei einer entsprechenden Beschaltung auch mehr Strom als 4 mA fließen. Doch was genau passiert dann?
Ganz genau kann man das nicht sagen. In jedem Fall werden sich die elektrischen Eigenschaften am GPIO-Ausgang verändern. Die Ausgangsspannung von +3,3 Volt kann dabei absinken. Dadurch wird sein logischer Zustand für die nachfolgende Beschaltung beeinflusst.

Was bedeutet das? Die nachfolgende Schaltung oder Komponente wird sich unter Umständen nicht wie gewünscht verhalten. Das Problem dabei ist, dass in so einem Fall nicht immer klar ist, wo der Fehler zu suchen ist. So hat mancher Anfänger schon Fehler im Programmcode gesucht, obwohl sich ein GPIO-Ausgang wegen einer fehlerhaften Beschaltung nicht wie erwartet verhalten hat. Wenn diese Vermutung naheliegt, dann sollte man die anliegende Spannung am GPIO-Ausgang mal nachmessen.

Wie groß ist der Strom, der allen GPIOs insgesamt entnommen werden darf?

Alle genutzten GPIOs dürfen einen Gesamtstrom von 50 mA (IOVDD) nicht übersteigen.

Wie groß ist der Gesamtstrom des Raspberry Pi Pico?

Im Datenblatt des Raspberry Pi Pico steht dazu folgendes:

3V3 is the main 3.3V supply to RP2040 and its I/O, generated by the on-board SMPS. This pin can be used to power external circuitry (maximum output current will depend on RP2040 load and VSYS voltage, it is recommended to keep the load on this pin less than 300mA).

Gemeint ist damit, bezogen auf die interne Versorgung mit 3,3 Volt, dass der Mikrocontroller und alle angeschlossenen Bauteile und Komponenten zusammen einen Gesamtstrom von 300 mA haben dürfen.

Stromversorgung

Der Raspberry Pi Pico kann auf mehrere Arten mit Strom versorgt werden. Die einfachste Methode ist, den Micro-USB-Anschluss über ein USB-Kabel mit einem Netzteil oder Computer zu verbinden. Für den Stand-alone-Betrieb gibt es weitere Möglichkeiten.

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