Tôi đã luôn nghĩ rằng xếp hạng tối đa tuyệt đối trên một phần là những giới hạn mà bạn sẽ không vi phạm. Giai đoạn. Kết thúc câu chuyện.

Tuy nhiên, một kỹ sư khác đang đưa ra trường hợp vượt quá mức tối đa tuyệt đối cho điện áp đầu vào trên chân I / O của vi điều khiển. Cụ thể, anh muốn áp dụng 5v, dòng điện giới hạn ở 30uA, cho một micro có điện áp tối đa tuyệt đối là 3,8v (Vdd + 0,3V <= 3,9V). Đối số là điốt kẹp sẽ đảm nhiệm điện áp dư.

Tôi không thể tìm thấy bất cứ điều gì trong bảng dữ liệu về phần cứng I / O trên micro.

Khi nào thì vượt quá mức tối đa tuyệt đối trên một phần?

Bảng dữliệu

Hướng dẫn sử dụng

Nó không bao giờ an toàn để vượt quá xếp hạng tối đa. Ngay cả hoạt động tại một điểm trong xếp hạng cũng có thể dẫn đến thất bại nếu ví dụ quy trình sản xuất bị trôi ra khỏi thông số kỹ thuật (Tôi đã bị hỏng bóng bán dẫn trong thử nghiệm ngâm nguyên mẫu và nhà sản xuất thừa nhận có lỗi).

Càng đi xa khỏi khu vực 'an toàn' bạn hoạt động, khả năng thất bại sớm càng cao. Có thể vài giây, có thể vài tháng - nói chung là phân tích sẽ không tồn tại. Hiếm khi, (và đôi khi phổ biến hơn khi các thiết bị trở nên trưởng thành hơn), nhà sản xuất có thể nới lỏng một số xếp hạng tối đa - đặc biệt là xếp hạng liên quan đến căng thẳng giới hạn thời gian.

Trong trường hợp bạn chỉ định, bạn đã xác định rằng xếp hạng tối đa tuyệt đối có thể là xấp xỉ. Chính đáng của mình rằng dòng với một trở kháng cao ổ đĩa có thể được chấp nhận trên các chân khá đáng tin cậy mà không vượt quá điện áp sự cố (và có lẽ bạn không vượt quá giá như thế này, kể từ khi pin sẽ kẹp). Ngoài ra còn có nguy cơ chốt nếu các phần không mong muốn của silicon được tiến hành với các trạng thái điện áp khác nhau.$\mu A$

Đừng mong đợi điều này sẽ hoạt động trong 100.000 phần có thời gian làm việc là 10 năm. Nếu bạn có thể sống với sự thất bại thảm khốc thường xuyên, có thể thiết kế vẫn hợp lý. Nếu đó là một cổng gỡ lỗi trên một sản phẩm $ 5 với thời gian sử dụng là 6 tháng thì sẽ hợp lý hơn.

Vượt quá xếp hạng tối đa tuyệt đối là một ý tưởng tồi.

Trong một số trường hợp rất hạn chế, cẩn thận đẩy một cái gì đó vượt quá giới hạn có thể có giá trị rủi ro. Điều này có thể áp dụng cho các tình huống một lần mà bạn biết, ví dụ, nhiệt độ sẽ luôn dưới 25 ° C và bạn nghĩ rằng bạn có thể thoát khỏi việc vi phạm điều gì đó một chút do đó. Nó cũng có thể áp dụng cho các tình huống kiểu McGyver khi bạn không có gì hoặc có thể làm việc gì đó .

Nó không ổn để vượt quá giới hạn trong một thiết kế sản xuất.

Trong trường hợp cụ thể của bạn, có khả năng có hai giới hạn, điện áp tối đa trên một pin và dòng điện tối đa vào pin đó. Bạn không thực sự áp dụng 5 V nếu điều đó bị giới hạn ở 30 PhaA. Chỉ với 30 PhaA thông qua diode bảo vệ, có thể điện áp tối đa không thực sự vượt quá. Đọc bảng dữ liệu cẩn thận.

Có lần tôi đã bắt gặp một ghi chú ứng dụng từ Atmel (không phải TI, tôi biết - vẫn thú vị) mà bỏ qua một công trình như vậy ... Để cảm nhận không chéo trên nguồn điện!

Để bảo vệ thiết bị khỏi các điện áp trên VCC và dưới GND, AVR có các điốt kẹp bên trong trên các chân I / O (xem Hình -1). Các điốt được kết nối từ các chân đến VCC và GND và giữ tất cả các tín hiệu đầu vào trong điện áp hoạt động của AVR (xem hình bên dưới). Bất kỳ điện áp nào cao hơn VCC + 0,5V sẽ bị ép xuống VCC + 0,5V (0,5V là điện áp rơi trên diode) và bất kỳ điện áp nào dưới GND - 0,5V sẽ được buộc lên tới GND - 0,5V.

...

Điện trở đầu vào sê-ri là điện trở 1M.. Không khuyến khích rằng các điốt kẹp đang tiến hành nhiều hơn tối đa 1mA và sau đó 1MΩ sẽ cho phép điện áp tối đa khoảng 1.000V.

Vì vậy, rõ ràng Atmel nghĩ rằng sử dụng điốt kẹp trên MCU của họ theo cách này là tối đa 1mA. (Mặc dù bạn có thể tranh luận về thẩm quyền của Ghi chú ứng dụng)

Cá nhân tôi vẫn chưa hoàn toàn chắc chắn nghĩ gì về nó. Một mặt, nếu Atmel chỉ định nguồn / chìm tối đa 1mA thông qua các điốt kẹp thì không có vấn đề gì nếu bạn tránh xa hiện tại (và 30 điều đó chắc chắn sẽ đủ điều kiện cho điều đó). Ngoài ra, nếu được sử dụng theo cách này, bạn không thực sự vượt quá thông số kỹ thuật điện áp; các điốt kẹp nó xuống, sau khi tất cả.

Mặt khác, là nó ok để sử dụng điốt kẹp như thế này? Tôi chưa bao giờ tìm thấy bất cứ điều gì về việc kẹp diode hiện tại trong bảng dữ liệu, vì vậy nguồn duy nhất cho việc này là một Lưu ý về ứng dụng.

Vì vậy, bạn có thể thử và tìm tài liệu từ TI chỉ định dòng điện tối đa thông qua các điốt kẹp. Có thể họ cũng có thông tin trong bảng dữ liệu hoặc Ghi chú ứng dụng cho phép hoặc không cho phép các công dụng này.

Nhưng nếu bạn muốn an toàn, tốt hơn hết bạn nên thêm các điốt kẹp của riêng mình, tốt nhất là các Vf thấp, ví dụ như Schottkys. Hoặc sử dụng một bộ chia điện áp đơn giản. Bằng cách đó, bạn sẽ không phải lo lắng nếu bạn vi phạm thông số kỹ thuật hay không.

Cập nhật, tháng 8 năm 2019

Khi tôi bắt gặp ghi chú ứng dụng trong câu trả lời này, tôi thực sự đang thực hiện một dự án sở thích, nơi tôi đã kết thúc bằng cách sử dụng cấu trúc này cho cảm biến không chéo chính. (Để biết thêm chi tiết, bao gồm sơ đồ, hãy xem câu hỏi này ; đó là R8 / R9).

Mạch kết nối trực tiếp 230VAC qua 2MΩ với PB3 trên ATTiny85, đặt khoảng 58 đỉnhA RMS / 163ợiA qua các điốt ESD. Tôi vẫn không hoàn toàn chắc chắn làm thế nào để cảm nhận về tất cả mọi thứ; động lực của tôi để sử dụng nó là dự án là một phần của bài tập tối giản ; xem bao xa tôi có thể giảm mạch và vẫn hoạt động tốt.

Dù cảm xúc thế nào, ba năm sử dụng rộng rãi sau đó, MCU vẫn hoạt động tốt.

Hãy làm điều đó những gì bạn sẽ ¯ \ _ () _ /

Về việc vượt quá xếp hạng tối đa tuyệt đối nói chung, tôi nghĩ rằng các câu trả lời khác đã đề cập đến điều này (tức là không làm điều đó).

Về xếp hạng điện áp tối đa tuyệt đối của pin I / O, nó phức tạp hơn một chút khi nó xuất hiện trên bề mặt. Trong trường hợp (thông thường) khi I / O có điốt bảo vệ bên trong tới VCC và GND, bạn cần tính đến hai giá trị tối đa tuyệt đối: điện áp tối đa tuyệt đối và dòng tiêm tối đa tuyệt đối. Nếu bạn không vượt quá điện áp tối đa tuyệt đối thì bạn vẫn ổn. Mặt khác, nếu đầu vào của bạn bị giới hạn dưới mức dòng tiêm tối đa tuyệt đối (ví dụ với điện trở),nên ok :)). Một ghi chú ứng dụng tuyệt vời mô tả điều này là: http://www.nxp.com/assets/document/data/en/application-notes/AN4731.pdf

Cụ thể cho thiết bị bạn đã liệt kê, tôi không thể tìm thấy bất kỳ giá trị nào cho dòng tiêm tối đa tuyệt đối.

Trong những tình huống như thế này, khi bạn đang tiến gần đến giới hạn và / hoặc bạn không thể tìm thấy dữ liệu bạn cần, tôi luôn khuyên bạn nên liên hệ trực tiếp với nhà sản xuất và thảo luận vấn đề với một trong các Kỹ sư ứng dụng của họ (đừng sợ tiếp cận với các nhà sản xuất, họ thường rất vui khi được giúp đỡ!)

Rõ ràng nó có thể đúng với những gì kỹ sư đang nghĩ, nó chắc chắn không khôn ngoan.

Điốt kẹp là cho các tình huống không lường trước. Họ KHÔNG có ý định bù đắp cho những thiết kế thiếu hiểu biết và cẩu thả. Bằng cách làm như vậy tất cả các lề an toàn đã biến mất. Một chút tồi tệ hơn trong dung sai của thiết kế, nhà sản xuất, hoặc những gì từng có lý do và thiết kế thất bại. Khi một kỹ thuật viên cố gắng giải quyết tình huống như vậy mà không biết lý lịch, anh ta hoặc cô ta có thể lãng phí rất nhiều thời gian để tìm hiểu điều gì sẽ xảy ra.

Do đó, đừng và ở trong thông số kỹ thuật.

Vì nó không được đề cập trong các câu trả lời khác, vượt quá xếp hạng tối đa trên một chân của vi điều khiển cũng có thể dẫn đến các kết quả sau:

• Nếu được áp dụng trước khi vi điều khiển tăng sức mạnh (thậm chí bằng micro giây), nó có thể khiến micro bị khóa và thất bại thảm hại.

• Nếu được áp dụng trong khi micro hoàn toàn tắt hoặc tắt, dòng điện đó sẽ chảy vào đường ray điện của nó thông qua các điốt bảo vệ, cấp nguồn cho nó hoặc ngăn không cho nó tắt nguồn hoàn toàn.

Dave Jones của EEBlog có một video hay thể hiện hành vi này.

Solution Giải pháp an toàn hơn là đặt một diode TVS để kẹp quá điện áp, thay vì phụ thuộc vào điện trở loạt rò rỉ hiệu quả của Thiết bị. Sê-ri R sẽ giới hạn dòng điện và NHƯ DÀI vì dòng điện đó an toàn, liên tục, nên ổn. Nhưng kết nối điện dung IF và bảo vệ ESD bị tổn hại, một diode kẹp TVS kẹp Z thấp là tốt nhất (3.6V TVS) so với Vcc.

Câu trả lời này có thể sử dụng Luật Ohm với một số ước tính hợp lý không phải là giá trị chính xác.

Xác suất thất bại hoặc tử vong ở trẻ sơ sinh tăng mạnh, khi vượt quá ABSOLUTE MAX.

MTBF có thể đi từ nhiều thập kỷ đến micro giây, tùy thuộc vào tham số nào và lượng vượt quá.

• Đây là cách giao diện hiện tại bị hạn chế và được bảo vệ khỏi ESD.

Điốt kẹp ESD, giống như tất cả các điốt, được đánh giá cho sự sụt giảm điện áp nhất định, Vf ở một số dòng định mức, Nếu và thường ở hai giai đoạn với một điện trở giới hạn dòng ở giữa để giảm các xung 3kV xuống dưới 0,5V hoặc thấp hơn VSS ngưỡng CMOS. Các điốt ESD này thường được giới hạn ở dòng điện 5mA DC do kích thước đường nối nhỏ để có điện dung phân cực ngược nhỏ 1pF để đáp ứng nhanh giao diện và phản ứng nhanh của diode.

Giả sử mức bảo vệ xếp hạng ESD từ mức xả 100pF tiêu chuẩn là 1kV @ 5mA. Tất cả các Điốt đều có ESR bên trong, ngược lại với xếp hạng công suất W.

Chúng ta có thể ước tính mức giảm điện áp trên diode thứ 1 và mức giảm điện áp từ giới hạn dòng điện điển hình 5mA cho điốt ESD. Nếu chúng ta ước tính Vf = 1V thì chúng ta thấy đó có thể là một diode 5mW (5mA * 1V), có ESR ước tính là 1 / (5mW) = 200 Ohms.

Nhưng 1kV ESD trên 200 Ohms sẽ gây ra đột biến 5V trên diode thứ nhất.

Do đó, chúng ta cần một diode thứ 2 với chuỗi 10K ước tính. Bây giờ, mức tăng đột biến của ESD là 5V / 10k = 0,5V, chỉ đủ để ở dưới mức kích hoạt ngưỡng phụ VSS của cổng CMOS.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Là 30 uA nhỏ trong bối cảnh này?

Làm thế nào về việc tính toán sự tiêu hao năng lượng trong diode kẹp, chia cho âm lượng của diode (tức là tìm kích thước hình học), và sau đó xem silicon trong diode sẽ nóng lên như thế nào khi áp dụng mức căng thẳng cực đại này - Nhiệt độ sẽ như thế nào nó đạt? Nó sẽ tan chảy?

Đây là những tính toán hợp lý đơn giản mà bạn có thể làm để có thể xử lý các tải trọng thực sự đang diễn ra và khám phá chúng với đồng nghiệp của bạn. Nếu bạn có thể bao gồm các hiệu ứng nhiệt, ứng suất điện áp, dV / dt từ điện dung đi lạc (1) và tương tự thì bạn có thể có một thiết kế.

Nhưng tôi nghi ngờ bạn sẽ thấy rằng ít nhất một vấn đề sẽ cản trở tham vọng (có thể đó là lý do tại sao chúng là giới hạn tối đa ;-).

. .

Với hầu hết các thiết bị PIC Microchip, nó sẽ hoạt động và cũng nằm trong đặc tả. Bộ giới hạn hiện tại (30 LờiA) hoạt động như một bộ chia điện áp.

Đôi khi nếu nó ổn khi bạn sử dụng lần đầu tiên khi sử dụng, bạn có thể quan tâm ít hơn đến xếp hạng. Giả sử bạn muốn tạo một bộ điều khiển điều khiển van điện từ giải phóng khí từ bình. Nó sẽ trở nên vô dụng sau khi khí được giải phóng. Trong trường hợp đó, bạn có thể lái van điện từ chỉ với một bóng bán dẫn. Khi nó tắt, nó sẽ vỡ, cho phép dòng điện đi qua giữa bộ thu và bộ phát của nó. Nhưng không sao vì thiết bị không còn cần thiết nữa.

Có lẽ không phải là điện tử hoàn toàn, mà là một thiết bị đánh lửa pyro. Một chiều dài của dây nichrom và pin xe hơi 12V. Những người tên lửa sở thích làm điều này tất cả các thời gian để đặt ra động cơ của họ.

Cầu chì tương tự ở chỗ công suất định mức của nó được thiết kế để bị vi phạm (một cách an toàn).