Modi corretti per disconnettere i circuiti integrati in stati di bassa potenza per evitare l'alimentazione parassita / backfeed

Sto lavorando a un progetto basato su AVR a batteria a bassa potenza che integra alcuni dispositivi diversi tra cui una striscia neopixel e un folletto di Adafruit . Quando il dispositivo generale è inattivo, mi piacerebbe che assorbisse meno di 0,1 mA per massimizzare la durata della batteria LiPo.

Ho fatto tutto questo (misurato 0,035 mA) ma non sono sicuro di averlo fatto necessariamente nel modo "giusto" e ho intenzione di costruire un prodotto basato su questo, quindi mi piacerebbe farlo nel modo giusto.

(Non mostrato: un diodo flyback per il relè)

La preoccupazione principale che ho è l'alimentazione "parassita" dei dispositivi quando VCC è disconnesso attraverso la corrente che scorre dai pin di dati. Ad esempio, il Pixie (che comunica via seriale) non ha la modalità di spegnimento e anche quando "off" si scarica di circa un milliampere. Quindi ho messo un piccolo relè per disconnettere il suo VCC e ho scoperto che il pin seriale stava ancora alimentando il folletto. Suggerimenti altrove hanno suggerito che molti chip hanno un diodo che sposta i loro pin di ingresso digitale su VCC come protezione dell'alimentazione. Per risolvere questo problema, ho dovuto sospendere la libreria seriale e in realtà digitalWrite (PIN, LOW) durante la sospensione.

La stessa cosa con la striscia WS2812b: la disconnessione di VCC consente comunque di alimentare il dispositivo dal pin dati. E in altri progetti quando ho disconnesso GND con un MOSFET a canale N, ho visto il contrario: un riflusso di corrente attraverso la linea dati verso terra! (Questo ha dovuto essere risolto con un diodo per post su PJRC.) Le WS2812b in realtà impiegano circa un milliamp ciascuna anche quando non sono illuminate,

Quindi la domanda: esiste un modo generale e "pulito" per disconnettere VCC e GND da parti di un progetto durante la sospensione del sistema quando ci sono pin di dati nel mix. Qual è la migliore pratica?

Qualche idea:

1. Forza VCC su GND (non sai come? Hbridge?). (Se lo faccio, cosa succede ai pin di dati che sono alti?)
2. Posizionare un buffer a tre stati tra tutti i pin di dati e questi dispositivi e durante la sospensione portare il buffer a tre stati in uno stato di alta impedenza, scollegare VCC o GND solo con mosfet P o N
3. Scollegare GND solo con N mosfet e posizionare i diodi su tutti i pin di dati
4. Esiste una sorta di blocco dell'alimentazione che disconnette sia VCC che GND e li mette in uno stato di "alta impedenza" (come un buffer a tre stati per l'alimentazione?) In questo modo la corrente non ha modo di fluire "fuori" dalle linee di dati.

Qualcuno può illuminarmi sul modo più pulito e ripetibile di gestire questo tipo di problema di "disconnessione del carico"? (Inutile dire che ho passato ore a cercare su Google questo problema con poca fortuna, anche se ho trovato questa nota tecnica sulla commutazione del carico ma non affronta il back-feed e il potere parassitario)

Quando lo faccio, di solito uso switch analogici CMOS sulle linee dati interessate.

Qualcosa come ADG812 ha 4 canali di switch SPST che sono facilmente adatti per una logica abbastanza veloce e forniscono un'impedenza davvero elevata tra i nodi dello switch quando sono nello stato off.

La cosa bella di questo è che la tecnica funziona sia per linee dati unidirezionali che bidirezionali.

Queste parti funzionano anche con un sorriso luminoso:

La solita sequenza per lo spegnimento:

1. Disattiva i selettori del percorso dati

2. Spegnere il dominio.

L'accensione è l'opposto, ovviamente.

[Aggiornare]

Questi sono infatti noti con altri nomi, come porte di passaggio e porte di trasmissione .

Questi sono significativamente diversi da un vero buffer a tre stati (come puoi vedere nel diagrame nel link sopra), ma per la logica ordinaria, l'effetto è migliore (questo è intrinsecamente un dispositivo bidirezionale) ma con potenza inferiore.

Se i segnali di dati sono collegati al tuo microcontrollore, puoi semplicemente renderli ad alta impedenza configurando quei pin come input. (Se l'altro chip consuma pochissima energia, puoi trattare il suo Vcc come un segnale dati.)

Altrimenti, è possibile utilizzare switch analogici (chip logici 74x66) per disconnetterli. Per i segnali unidirezionali, funzionerebbe anche 74x125.

Purtroppo non penso che ci sia una taglia unica per tutte le strategie. Passa l'alimentazione ai sottosistemi come hai già fatto. Nel software, i piedini dell'unità sono bassi per gli stati di bassa potenza, a meno che ciò non provochi una condizione di stato stabile ad alta potenza. In tal caso, guidare il perno in alto. Non lasciare mai fluttuare gli input. Potenza di sequenza necessaria per stabilire condizioni iniziali sicure.

$I^2C$

Non hai questa opzione: sei costretto a usare l'I / O seriale asincrono. Alcuni microcontrollori consentono un approccio simile a I2C per risolvere il problema. Se è possibile programmare il pin di uscita seriale in modo che sia solo pull-down anziché il più comune pull-up-for-1, pull-down-for-0 , è possibile aggiungere un resistore pull-up a commutato-Vcc su stabilire un livello logico.
Questa soluzione non è così silenziosa come l'approccio attuale, ma dovrebbe risolvere il problema di back-powering dei moduli I / O dall'AVR. Non è davvero una soluzione "pulita", ma è molto più sicura per i microcontrollori nei tuoi moduli IO.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}