Zawsze myślałem, że bezwzględne oceny maksymalne na części są te granice, które nie będziesz łamią. Kropka. Koniec opowieści.

Jednak inny inżynier twierdzi, że przekraczanie absolutnej wartości maksymalnej napięcia wejściowego na pinie we / wy mikrokontrolera jest w porządku. W szczególności chce zastosować 5 V, prąd ograniczony do 30 uA, do mikro z absolutnym maksymalnym napięciem 3,8 V (Vdd + 0,3 V <= 3,9 V). Argumentem, że diody cęgowe zajmą się nadmiernym napięciem.

Nie mogłem znaleźć niczego w arkuszu danych dotyczących sprzętu we / wy na karcie micro.

Kiedy można przekroczyć bezwzględną maksymalną ocenę części?

Arkusz danych

Podręcznik użytkownika

Przekraczanie maksymalnych ocen nigdy nie jest bezpieczne . Nawet praca w punkcie mieszczącym się w zakresie wartości znamionowych może powodować awarie, jeśli na przykład proces produkcyjny wypadł poza specyfikację (miałem awarie tranzystorów mocy w teście nasiąkania prototypu, a producent przyznał się do błędu).

Im dalej od „bezpiecznego” regionu działasz, tym większa szansa na wczesne niepowodzenie. Może sekundy, może miesiące - generalnie analiza nie będzie istnieć. Rzadko (a czasem częściej, gdy urządzenia stają się bardziej dojrzałe) producent może rozluźnić niektóre maksymalne oceny - w szczególności oceny związane z ograniczeniami czasowymi.

W podanym przypadku stwierdzono, że absolutne maksymalne oceny są prawdopodobnie przybliżone. Jest prawdopodobne, że prądy o wysokiej impedancji napędowej mogą być przyjmowane na piny dość niezawodnie bez przekraczania napięć przebicia (i zapewne nie przekroczysz takiej wartości znamionowej, ponieważ pin będzie się zaciskał). Dodatkowo istnieje ryzyko zatrzaśnięcia, jeśli nieoczekiwane części krzemu przewodzą przy różnych stanach napięcia.$\mu A$

Nie należy oczekiwać, że zadziała to w 100 000 częściach, których żywotność wynosi 10 lat. Jeśli możesz żyć z okazjonalną katastrofą, być może projekt jest nadal rozsądny. Jeśli jest to port debugowania w produkcie o wartości 5 USD z sześciomiesięcznym okresem użytkowania, byłoby to rozsądniejsze.

Przekraczanie absolutnych maksymalnych ocen to zły pomysł.

W niektórych bardzo ograniczonych okolicznościach ostrożne przekraczanie limitów może być warte ryzyka. Może to dotyczyć sytuacji jednorazowych, w których na przykład wiesz, że temperatura zawsze będzie niższa niż 25 ° C i uważasz, że możesz w ten sposób uniknąć naruszenia czegoś innego. Może to również dotyczyć sytuacji typu McGyver, w których albo nie masz nic, albo coś, co może działać.

Przekraczanie limitów w projekcie produkcyjnym nie jest w porządku.

W twoim konkretnym przypadku istnieją prawdopodobnie dwie wartości graniczne: maksymalne napięcie na pinie i maksymalny prąd na pinie. Nie stosuje się tak naprawdę 5 V, jeśli jest to ograniczone do 30 µA. Mając tylko 30 µA przez diodę zabezpieczającą, możliwe jest, że maksymalne napięcie nie zostanie faktycznie przekroczone. Przeczytaj uważnie arkusz danych.

Kiedyś natknąłem się na notatkę od Atmela (nie TI, wiem - wciąż interesującą), która akceptuje taką konstrukcję ... Do wykrywania zerowego krzyża w sieci!

Aby zabezpieczyć urządzenie przed napięciami powyżej VCC i poniżej GND, AVR ma wewnętrzne diody zaciskowe na stykach I / O (patrz Rysunek -1). Diody są podłączone z pinów do VCC i GND i utrzymują wszystkie sygnały wejściowe w obrębie napięcia roboczego AVR (patrz rysunek poniżej). Każde napięcie wyższe niż VCC + 0,5 V zostanie wymuszone do VCC + 0,5 V (0,5 V to spadek napięcia na diodzie), a każde napięcie poniżej GND - 0,5 V zostanie wymuszone do GND - 0,5 V.

...

Szeregowy rezystor wejściowy jest rezystorem 1MΩ. Nie zaleca się, aby diody zaciskowe przewodziły więcej niż maksymalnie 1 mA, a 1MΩ pozwoli na maksymalne napięcie około 1000 V.

Najwyraźniej Atmel uważa, że ​​można w ten sposób używać diod mocujących na ich MCU, do 1 mA. (Chociaż możesz spierać się o autorytet notatek aplikacji)

Osobiście nadal nie jestem całkowicie pewien, co o tym myśleć. Z jednej strony, jeśli Atmel określi, że źródło / opadanie do 1 mA przez diody zaciskające jest w porządku, to nie widzę problemu, jeśli trzymasz się z dala od tego prądu (a 30µA na pewno się do tego kwalifikuje). Ponadto, jeśli użyjesz go w ten sposób, tak naprawdę nie przekroczysz specyfikacji napięcia; przecież diody to zaciskają.

Z drugiej strony, czy można używać takich diod zaciskowych? Nigdy nie znalazłem niczego na temat zaciskania prądu diod w arkuszach danych, więc jedynym źródłem tego jest Notatka z aplikacji.

Więc możesz spróbować znaleźć dokumentację z TI określającą maksymalny prąd przez diody zaciskowe. Być może mają także informacje w arkuszach danych lub notatkach aplikacji, które pozwalają lub nie zezwalają na takie użycie.

Ale jeśli chcesz być bezpieczny, lepiej dodaj własne diody zaciskowe, najlepiej te o niskim Vf, tj. Schottkysa. Lub użyj prostego dzielnika napięcia. W ten sposób nie będziesz musiał się martwić, jeśli naruszysz specyfikacje, czy nie.

Aktualizacja, sierpień 2019 r

Kiedy w tej odpowiedzi natknąłem się na notatkę dotyczącą aplikacji, właściwie stworzyłem projekt hobby, w którym wykorzystałem ten konstrukt do wykrywania zerowego przejścia przez sieć. (Aby uzyskać więcej informacji, w tym schemat, zobacz to pytanie ; jest to R8 / R9).

Obwód łączy 230VAC przez 2MΩ bezpośrednio z PB3 na ATTiny85, przepuszczając około 58µA RMS / 163µA piku przez diody ESD. Nadal nie jestem do końca pewien, co sądzić o całej sprawie; motywacją do jego wykorzystania było to, że projekt był częściowo ćwiczeniem z minimalizmu ; widząc, jak daleko mogę zmniejszyć obwód i nadal mieć dobrze działający.

Niezależnie od uczuć, trzy lata późniejszego intensywnego użytkowania, MCU nadal działa dobrze.

Zrób z tego, co będziesz ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Jeśli chodzi o przekroczenie absolutnej maksymalnej oceny w ogóle, myślę, że inne odpowiedzi obejmowały to (tj. Nie rób tego).

Jeśli chodzi o bezwzględne maksymalne napięcie znamionowe pinu we / wy, jest ono nieco bardziej skomplikowane niż na powierzchni. W (zwykłym) przypadku, gdy I / O mają wewnętrzne diody ochronne do VCC i GND, należy wziąć pod uwagę dwie absolutne maksymalne wartości: absolutne maksymalne napięcie i absolutny maksymalny prąd wtrysku. Jeśli nie przekroczysz absolutnych maksymalnych napięć, jesteś w porządku. Z drugiej strony, jeśli twój prąd wejściowy jest ograniczony do absolutnego maksymalnego prądu wtrysku (np. Z rezystorem),powinno być ok :)). Znakomita nota aplikacyjna opisująca to: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

W szczególności dla wymienionego urządzenia nie byłem w stanie znaleźć żadnych wartości absolutnego maksymalnego prądu wtrysku.

W takich sytuacjach, gdy zbliżasz się do granic i / lub nie możesz znaleźć potrzebnych danych, zawsze zalecałbym skontaktowanie się bezpośrednio z producentem i przedyskutowanie problemu z jednym z jego inżynierów aplikacji (nie bój się docierając do producentów, zazwyczaj są bardzo szczęśliwi mogąc pomóc!)

Choć prawdą może być to, co myśli inżynier, z pewnością nie jest to mądre.

Diody zaciskowe są przeznaczone do nieprzewidzianych sytuacji. NIE są przeznaczone do kompensowania ignorancji i niechlujstwa. W ten sposób zniknęły wszystkie marginesy bezpieczeństwa. Nieco gorsza tolerancja według projektu, producenta, a co za tym idzie, a projekt zawodzi. Gdy technik potknie się, narastając w takiej sytuacji, nie znając tła, może zmarnować dużo czasu, aby dowiedzieć się, co się stanie.

Dlatego nie i pozostań w ramach specyfikacji.

Ponieważ nie wspomniano o tym w innych odpowiedziach, przekroczenie maksymalnych wartości znamionowych na jednym pinie mikrokontrolera może również skutkować:

• Jeśli zastosuje się go przed uruchomieniem mikrokontrolera (nawet w mikrosekundach), może spowodować, że mikroprocesor się zatrzaśnie i ulegnie katastrofalnej awarii.

• Jeśli zostanie zastosowany, gdy mikroprocesor jest całkowicie wyłączony lub wyłączony, prąd przepłynie do jego szyn zasilających przez diody ochronne, zasilając go lub uniemożliwiając całkowite wyłączenie.

Dave Jones z EEBlog ma fajny film prezentujący to zachowanie.

Ω Bezpieczniejszym rozwiązaniem jest umieszczenie diody TVS w celu zlikwidowania przepięcia, zamiast polegać na skutecznej rezystancji szeregowej upływu urządzenia. Seria R ogranicza prąd i JAK DŁUGO, ponieważ ten prąd jest bezpieczny, ciągły, powinno być w porządku. Jednak IF sprzężenie pojemnościowe i ESD jest zagrożona, niski zacisk Z zacisku diody TVS najlepiej (3,6V TVS) Vcc.

Ta odpowiedź może wykorzystywać prawo Ohma z pewnymi rozsądnymi szacunkami, a nie dokładnymi wartościami.

Prawdopodobieństwo niepowodzenia lub śmiertelności niemowląt gwałtownie wzrasta, gdy przekroczona zostanie wartość ABSOLUTE MAX.

MTBF może trwać od dziesięcioleci do mikrosekund, w zależności od parametru i nadwyżki.

• Oto, w jaki sposób prąd interfejsu jest ograniczony i chroniony przed ESD.

Diody cęgowe ESD, podobnie jak wszystkie diody, są przystosowane do pewnego spadku napięcia, Vf przy pewnym prądzie znamionowym, If i często są w dwóch etapach z szeregowym rezystorem ograniczającym prąd między nimi w celu tłumienia skoków 3kV do mniej niż 0,5 V lub mniej niż Vgs próg CMOS. Te diody ESD są zwykle ograniczone do prądu stałego 5 mA ze względu na mały rozmiar złącza, aby uzyskać małą pojemność zwrotną 1 pF dla szybkiej odpowiedzi interfejsu, a także szybkiej odpowiedzi diody.

Załóżmy, że ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi ze standardowego wyładowania 100 pF wynosi 1kV @ 5mA. Wszystkie diody mają wewnętrzny ESR, który jest odwrotny do jego mocy znamionowej W.

Możemy oszacować spadek napięcia na pierwszej diodzie i spadek napięcia od typowego limitu prądu 5 mA dla diod ESD. Jeśli oszacujemy Vf = 1 V, zobaczymy, że może to być dioda 5 mW (5 mA * 1 V), która ma oszacowaną ESR 1 / (5 mW) = 200 omów.

Ale 1 kV ESD powyżej 200 omów spowodowałoby skok 5 V na pierwszej diodzie.

Potrzebujemy zatem drugiej diody o szacunkowej wartości 10K w szeregu. Teraz skok ESD wynosi 5 V / 10 k = 0,5 V, co wystarczy, aby być poniżej progu Vgs progu wyzwalania bramek CMOS.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Czy w tym kontekście 30 uA jest małe?

Co powiesz na obliczenie rozproszenia mocy w diodzie cęgowej, podzielenie przez objętość diody (tj. Sprawdź rozmiar geometrii), a następnie zobacz, jak szybko krzem w diodzie nagrzeje się, gdy zastosowany zostanie szczytowy poziom naprężenia - Jaka temperatura by osiąga? Czy to się stopi?

Są to proste, rozsądne obliczenia, które możesz wykonać, aby poznać rzeczywiste obciążenia i zbadać je z kolegą. Jeśli można pokryć efekty termiczne, stres napięcia dv / dt kondensatorów (1) i tym podobne, a następnie po prostu może mieć konstrukcję.

Ale podejrzewam, że przekonasz się, że co najmniej jeden problem pokrzyżuje ambicje (może dlatego są to maksymalne limity abs ;-).

(1) niepokojąca pojemność błądząca to ta obejmująca graniczną oporność prądu, która zostanie rozładowana przez tę małą diodę ochronną i może nie mieć wystarczającej pojemności cieplnej, zwłaszcza że po niej następuje stałe obciążenie prądem stałym, nawet jeśli przetrwa .

W przypadku większości urządzeń Microchip PIC będzie to działać i jest również zgodne ze specyfikacją. Ogranicznik prądu (30µA) działa jak dzielnik napięcia.

Czasami, jeśli to, co robisz, psuje się przy pierwszym użyciu, możesz mniej przejmować się oceną. Załóżmy, że chcesz stworzyć sterownik, który napędza elektrozawór, który uwalnia gaz z kolby. Po uwolnieniu gazu będzie bezużyteczne. W takim przypadku możesz napędzać elektrozawór tylko tranzystorem. Po wyłączeniu pęknie, umożliwiając przepływ prądu między kolektorem a emiterem. Ale jest OK, ponieważ urządzenie nie jest już potrzebne.

Być może nie jest to ściśle elektronika, ale zapalnik. Długość drutu nichromowego i akumulatora samochodowego 12V. Hobby-rockerzy robią to cały czas, aby uruchomić silniki.

Bezpiecznik jest podobny pod tym względem, że jego pojemność znamionowa została zaprojektowana w taki sposób, aby mogła zostać naruszona (w bezpieczny sposób).