Ho sempre pensato che i voti massimi assoluti su una parte siano i limiti che non violi. Periodo. Fine della storia.

Tuttavia, un altro ingegnere sta affermando che va bene superare il valore massimo assoluto per la tensione di ingresso su un pin I / O del microcontrollore. In particolare, vuole applicare 5 v, corrente limitata a 30 uA, a un micro con una tensione massima assoluta di 3,8 v (Vdd + 0,3 V <= 3,9 V). L'argomento dei diodi clamp si occuperà della tensione in eccesso.

Non sono riuscito a trovare nulla nel foglio dati sull'hardware I / O sul micro.

Quando va bene superare la valutazione massima assoluta su una parte?

Scheda dati

Guida utente

Non è mai sicuro superare i voti massimi. Anche operare in un punto compreso tra i valori nominali può causare guasti se, ad esempio, il processo di produzione si è allontanato dalle specifiche (in un prototipo si sono verificati guasti ai transistor di potenza e il produttore ha ammesso un errore).

Più lontano dalla regione "sicura" in cui operi, maggiore è la possibilità di guasti precoci. Forse secondi, forse mesi - generalmente l'analisi non esisterà. Raramente (e talvolta più comunemente quando i dispositivi diventano più maturi) un produttore potrebbe allentare alcune delle classificazioni massime, in particolare quelle che si riferiscono a stress limitati nel tempo.

Nel caso specificato, hai identificato che le valutazioni massime assolute sono probabilmente un'approssimazione. È plausibile che le correnti con un'impedenza di azionamento elevata possano essere accettate sui pin in modo abbastanza affidabile senza superare le tensioni di rottura (e probabilmente non superare il valore nominale in questo modo, poiché il pin si bloccherà). Vi è inoltre il rischio di aggancio se parti inattese del silicio conducono con vari stati di tensione.$\mu A$

Non aspettarti che funzioni in 100.000 parti che hanno una vita utile di 10 anni. Se riesci a convivere con il fallimento occasionale catastrofico, forse il design è ancora ragionevole. Se si tratta di una porta di debug su un prodotto $ 5 con una durata di 6 mesi, sarebbe più ragionevole.

Il superamento delle valutazioni massime assolute è una cattiva idea.

In alcune circostanze molto limitate, spingendo con attenzione qualcosa oltre i limiti potrebbe valere la pena rischiare. Ciò potrebbe applicarsi a situazioni una tantum in cui si sa, ad esempio, che la temperatura sarà sempre inferiore a 25 ° C e, di conseguenza, si ritiene che si possa evitare di violare qualcos'altro. Potrebbe anche applicarsi a situazioni di tipo McGyver in cui non hai nulla o qualcosa che potrebbe funzionare.

Non è corretto superare i limiti in un progetto di produzione.

Nel tuo caso particolare, ci sono probabilmente due limiti, la massima tensione su un pin e la massima corrente su quel pin. In realtà non state applicando 5 V se questo è limitato a 30 µA. Con solo 30 µA attraverso il diodo di protezione, è possibile che la tensione massima non venga effettivamente superata. Leggi attentamente la scheda tecnica.

Una volta mi sono imbattuto in una nota app di Atmel (non TI, lo so - ancora interessante) che giustifica una tale costruzione ... Per il rilevamento zero-cross sulla rete!

Per proteggere il dispositivo da tensioni superiori a VCC e inferiori a GND, l'AVR ha diodi di serraggio interni sui pin I / O (vedere la Figura -1). I diodi sono collegati dai pin a VCC e GND e mantengono tutti i segnali di ingresso all'interno della tensione operativa dell'AVR (vedere la figura seguente). Qualsiasi tensione superiore a VCC + 0,5 V verrà forzata fino a VCC + 0,5 V (0,5 V è la caduta di tensione sul diodo) e qualsiasi tensione inferiore a GND - 0,5 V verrà forzata fino a GND - 0,5 V.

...

La resistenza di ingresso serie è una resistenza da 1 MΩ. Non è consigliabile che i diodi di serraggio conducano oltre 1 mA massimo e 1 MΩ consentirà quindi una tensione massima di circa 1.000 V.

Quindi, a quanto pare Atmel pensa che sia giusto usare i diodi di serraggio sui loro MCU in questo modo, fino a 1 mA. (Anche se puoi discutere dell'autorità delle App Note)

Personalmente, non sono ancora del tutto sicuro di cosa pensare. Da un lato, se Atmel specifica che va bene procurarsi / sprofondare fino a 1 mA attraverso i diodi di serraggio, allora non vedo alcun problema se ti allontani bene da quella corrente (e 30µA sicuramente si qualificherebbero per questo). Inoltre, se utilizzato in questo modo, in realtà non si superano le specifiche di tensione; i diodi lo bloccano, dopo tutto.

Dall'altro, va bene usare i diodi di serraggio in questo modo? Non ho mai trovato nulla sul bloccaggio della corrente del diodo nei fogli dati, quindi l'unica fonte per questo è una nota app.

Quindi potresti provare a trovare la documentazione di TI che specifica la corrente massima attraverso i diodi di serraggio. Forse hanno anche informazioni nei loro fogli dati o App Note che consentono o non consentono questi usi.

Ma se vuoi essere sicuro, stai meglio aggiungendo i tuoi diodi di serraggio, preferibilmente quelli a basso Vf, cioè Schottkys. Oppure usa un semplice divisore di tensione. In questo modo non dovrai preoccuparti se stai violando le specifiche o meno.

Aggiornamento, agosto 2019

Quando mi sono imbattuto nella nota dell'app in questa risposta, stavo effettivamente realizzando un progetto hobby in cui ho finito per utilizzare questo costrutto per il rilevamento zero-cross della rete. (Per alcuni dettagli, incluso uno schema, vedi questa domanda ; è R8 / R9).

Il circuito collega 230VAC attraverso 2MΩ direttamente al PB3 su un ATTiny85, immettendo circa 58µA di picco RMS / 163µA attraverso i diodi ESD. Non sono ancora del tutto sicuro di come sentirmi per l'intera faccenda; la mia motivazione per usarlo era che il progetto era in parte un esercizio di minimalismo ; vedendo fino a che punto potrei ridurre il circuito e farlo funzionare ancora bene.

Qualunque siano le sensazioni, tre anni di ampio utilizzo in seguito, l'MCU funziona ancora bene.

Fai di quello che vuoi ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Per quanto riguarda il superamento della valutazione massima assoluta in generale, penso che le altre risposte lo abbiano coperto (cioè non farlo).

Per quanto riguarda la tensione massima assoluta assoluta di un pin I / O, è un po 'più complesso che appare in superficie. Nel (solito) caso in cui gli I / O hanno diodi di protezione interni a VCC e GND, è necessario tenere conto di due valori massimi assoluti: la tensione massima assoluta e la corrente di iniezione massima assoluta. Se non superi le tensioni massime assolute, allora stai bene. D'altra parte, se l'ingresso è limitato al di sotto della corrente di iniezione massima assoluta (ad es. Con un resistore),dovrebbe essere ok :)). Un'ottima nota applicativa che descrive questo è: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

In particolare per il dispositivo elencato, non sono stato in grado di trovare alcun valore per la corrente di iniezione massima assoluta.

In situazioni come questa, in cui ti avvicini ai limiti e / o non riesci a trovare i dati di cui hai bisogno, ti consiglio sempre di contattare direttamente il produttore e di discutere del problema con uno dei loro ingegneri applicativi (non temere di contattare i produttori, di solito sono molto felici di aiutarti!)

Anche se potrebbe essere vero quello che pensa l'ingegnere, non è certamente saggio.

I diodi a morsetto sono per situazioni impreviste. NON intendono compensare l'ignoranza e i disegni sciatti. In questo modo tutti i margini di sicurezza scompaiono. Un po 'peggio per quanto riguarda la tolleranza da parte del design, del produttore o di qualunque motivo e la progettazione fallisca. Quando un tecnico si imbatte in una situazione del genere senza conoscere il background, può perdere molto tempo per capire cosa succede.

Pertanto, non attenersi alle specifiche.

Dal momento che non è stato menzionato in altre risposte, il superamento delle valutazioni massime su un pin di un microcontrollore può anche comportare quanto segue:

• Se applicato prima che il microcontrollore si accenda (anche per microsecondi), può causare il latch-up del microprocessore e un guasto catastrofico.

• Se applicato mentre il micro è completamente spento o spento, quella corrente fluirà nelle sue barre di alimentazione attraverso i diodi di protezione, alimentandolo o impedendogli di spegnersi completamente.

Dave Jones di EEBlog ha un bel video dimostra questo comportamento.

Ω La soluzione più sicura è quella di mettere un diodo TVS per bloccare la sovratensione, piuttosto che dipendere dall'efficace resistenza in serie delle perdite del dispositivo. La serie R limiterà la corrente e COME LUNGO poiché tale corrente è sicura, continua, dovrebbe essere ok. Ma se l' accoppiamento capacitivo e la protezione ESD sono compromessi, un diodo di serraggio TVS con morsetto Z basso è il migliore (3,6 V TVS) su Vcc.

Questa risposta può usare la legge di Ohm con alcune stime ragionevoli non valori precisi.

La probabilità di fallimento o mortalità infantile aumenta rapidamente quando ABSOLUTE MAX viene superato.

MTBF può andare da decenni a microsecondi, a seconda del parametro e della quantità in eccesso.

• Ecco come la corrente dell'interfaccia è limitata e protetta dall'ESD.

I diodi a pinza ESD, come tutti i diodi, sono classificati per una certa caduta di tensione, Vf ad una certa corrente nominale, If e sono spesso in due stadi con un resistore limitatore di corrente in serie nel mezzo per attenuare picchi di 3kV a meno di 0,5 V o inferiore ai Vg soglia CMOS. Questi diodi ESD sono generalmente limitati a una corrente CC di 5 mA a causa delle dimensioni ridotte della giunzione per ottenere una piccola capacità di polarizzazione inversa di 1pF per una risposta rapida dell'interfaccia e anche una risposta rapida del diodo.

Supponiamo che la protezione di classificazione ESD da una scarica standard di 100pF sia 1kV @ 5mA. Tutti i diodi hanno un ESR interno che è inverso alla sua potenza nominale W.

Possiamo stimare la caduta di tensione sul 1 ° diodo e la caduta di tensione dal limite di corrente tipico di 5 mA per i diodi ESD. Se stimiamo Vf = 1V, vediamo che potrebbe essere un diodo da 5mW (5mA * 1V), che ha un ESR stimato di 1 / (5mW) = 200 Ohm.

Ma 1kV ESD oltre 200 Ohm causerebbe un picco di 5V sul 1 ° diodo.

Quindi abbiamo bisogno di un secondo diodo con una stima di 10K in serie. Ora il picco ESD è di 5 V / 10 k = 0,5 V, che è appena sufficiente per essere al di sotto del livello di trigger della sotto-soglia Vgs delle porte CMOS.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

30 uA sono piccoli in questo contesto?

Che ne dici di calcolare la dissipazione di potenza nel diodo a pinza, dividere per il volume del diodo (ad esempio, cercare la dimensione della geometria) e quindi vedere quanto velocemente il silicio nel diodo si surriscalda quando viene applicato questo picco di stress - Quale temperatura sarebbe raggiunge? Si scioglierà?

Questi sono semplici calcoli ragionevoli che puoi fare per avere un'idea dei carichi reali in corso ed esplorarli con il tuo collega. Se riesci a coprire gli effetti termici, lo stress di tensione, il dV / dt della capacità parassita (1) e simili, potresti avere un design.

Ma sospetto che scoprirai che almeno un problema vanificherà le ambizioni (forse è per questo che sono i limiti massimi degli addominali ;-).

(1) la capacità parassita di preoccupazione è quella che attraversa la resistenza limite di corrente, che verrà scaricata tramite quel piccolo diodo di protezione e potrebbe non avere una capacità termica sufficiente, specialmente perché è seguita da un carico di corrente continua costante anche se sopravvive .

Con la maggior parte dei dispositivi Microchip PIC funzionerà e rientra anche nelle specifiche. Il limitatore di corrente (30µA) funziona come divisore di tensione.

A volte, se è OK, ciò che fai si rompe la prima volta che viene utilizzato, puoi preoccuparti di meno della valutazione. Supponiamo di voler creare un controller che aziona un'elettrovalvola che rilascia un gas da un pallone. Sarà inutile dopo il rilascio del gas. In tal caso, è possibile pilotare l'elettrovalvola solo con un transistor. Quando è spento, si interromperà, permettendo alla corrente di passare tra il suo collettore ed emettitore. Ma va bene perché il dispositivo non è più necessario.

Forse non è strettamente elettronica, ma un pirocineatore. Una lunghezza di filo di nicromo e una batteria per auto da 12V. Gli appassionati di rocketry lo fanno continuamente per mettere in moto i loro motori.

Un fusibile è simile in quanto la sua capacità nominale è progettata per essere violata (in modo sicuro).