Я всегда думал, что абсолютные максимальные оценки по части - это пределы, которые ты не должен нарушать. Период. Конец истории.

Однако другой инженер утверждает, что допустимо превышать абсолютное максимальное значение для входного напряжения на выводе ввода / вывода микроконтроллера. В частности, он хочет подать 5 В, ток ограничен 30 мкА, на микро с абсолютным максимальным напряжением 3,8 В (Vdd + 0,3 В <= 3,9 В). Аргументом является то, что диоды с зажимом позаботятся о превышении напряжения.

Я не смог найти в таблице данных об оборудовании ввода / вывода на микро.

Когда можно превышать абсолютный максимальный рейтинг для детали?

Техническая спецификация

Гид пользователя

Никогда не безопасно превышать максимальные рейтинги. Даже работа в точке в пределах рейтингов может привести к сбоям, если, например, производственный процесс вышел из-под контроля (у меня произошел сбой силовых транзисторов в тесте выдержки на прототипе, и производитель признал ошибку).

Чем дальше от «безопасного» региона вы работаете, тем выше вероятность раннего отказа. Может быть, секунды, может месяцы - как правило, анализ не существует. В редких случаях (а иногда и чаще, когда устройства становятся более зрелыми) производитель может снизить некоторые из максимальных значений, в частности, значений, связанных с ограничениями по времени.

В указанном вами случае вы определили, что абсолютные максимальные оценки, вероятно, являются приблизительными. Его правдоподобный , что тока с высоким сопротивлением привода могут быть приняты на штырях достаточно надежно без превышения напряжения пробоя (и , возможно , не превышает рейтинг , как это, так как штифт будет зажимать). Кроме того, существует риск защелкивания, если неожиданные части кремния проводят с различными состояниями напряжения.$\mu A$

Не ожидайте, что это сработает в 100 000 деталей, срок службы которых составляет 10 лет. Если вы можете жить со случайным катастрофическим провалом, возможно, дизайн все еще разумный. Если бы это был порт отладки для продукта за 5 долларов со сроком службы 6 месяцев, это было бы более разумно.

Превышение абсолютного максимального рейтинга - плохая идея.

В некоторых очень ограниченных обстоятельствах осторожное продвижение чего-либо за пределы может стоить риска. Это может относиться к разовым ситуациям, когда вы знаете, например, что температура всегда будет ниже 25 ° C, и вы думаете, что в результате вы можете немного нарушить что-то еще. Это также может относиться к ситуациям типа МакГайвера, когда у вас либо нет ничего, либо что-то, что может работать.

Не допустимо превышать пределы в производственном проекте.

В вашем конкретном случае, вероятно, есть два ограничения: максимальное напряжение на выводе и максимальный ток на этом выводе. На самом деле вы не подаете напряжение 5 В, если оно ограничено 30 мкА. При наличии только 30 мкА через защитный диод, возможно, что максимальное напряжение фактически не превышено. Внимательно прочитайте таблицу.

Однажды я наткнулся на заметку приложения от Atmel (не TI, я знаю - все еще интересно), которая оправдывает такую ​​конструкцию ... Для обнаружения нулевого креста в сети!

Для защиты устройства от напряжений выше VCC и ниже GND, AVR имеет внутренние зажимные диоды на контактах ввода / вывода (см. Рисунок -1). Диоды подключены от контактов к VCC и GND и поддерживают все входные сигналы в пределах рабочего напряжения AVR (см. Рисунок ниже). Любое напряжение выше VCC + 0,5 В будет понижено до VCC + 0,5 В (0,5 В - это падение напряжения на диоде), а любое напряжение ниже GND - 0,5 В - до GND - 0,5 В.

...

Последовательный входной резистор представляет собой резистор 1 МОм. Не рекомендуется, чтобы зажимные диоды вели более 1 мА, а затем 1 МОм позволял максимальное напряжение около 1000 В.

Так что, по-видимому, Atmel считает, что можно использовать зажимные диоды на своих микроконтроллерах таким образом, до 1 мА. (Хотя вы можете спорить об авторитетности заметок приложения)

Лично я до сих пор не совсем уверен, что об этом думать. С одной стороны, если Atmel определит, что можно использовать источник / сток до 1 мА через зажимные диоды, то я не вижу проблем, если вы держитесь подальше от этого тока (и 30 мкА, безусловно, подойдут для этого). Кроме того, если использовать этот способ, вы фактически не превышаете спецификации напряжения; в конце концов, диоды зажмут его.

С другой стороны , это нормально использовать зажимные диоды , как это? Я никогда не нашел ничего о ограничении тока диода в таблицах данных, поэтому единственным источником для этого является App Note.

Таким образом, вы можете попытаться найти документацию от TI с указанием максимального тока через зажимные диоды. Может быть, они также имеют информацию в своих таблицах данных или в приложениях, разрешающих или запрещающих такое использование.

Но если вы хотите быть в безопасности, вам лучше добавить свои собственные зажимные диоды, предпочтительно с низким Vf, то есть Schottkys. Или используйте простой делитель напряжения. Таким образом, вам не придется беспокоиться, нарушаете ли вы спецификации или нет.

Обновление, август 2019

Когда я наткнулся на примечание к приложению в этом ответе, я фактически делал проект хобби, где я в конечном итоге использовал эту конструкцию для определения нулевого перекрестного напряжения в сети. (Более подробную информацию, в том числе схему, смотрите в этом вопросе ; это R8 / R9).

Схема подключает 230 В переменного тока через 2 МОм непосредственно к PB3 на ATTiny85, подводя пиковое значение 58 мкА RMS / 163 мкА через ESD-диоды. Я все еще не совсем уверен, как относиться ко всему этому; моя мотивация использовать его состояла в том, что проект был частью упражнения в минимализме ; видя, как далеко я мог бы уменьшить цепь и все еще заставить ее работать хорошо.

Какими бы ни были чувства, спустя три года интенсивного использования MCU все еще работает нормально.

Сделай из того, что ты будешь ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Что касается превышения абсолютного максимального рейтинга в целом, я думаю, что другие ответы охватили это (то есть не делайте этого).

Что касается абсолютного максимального напряжения на выводе ввода / вывода, то оно немного сложнее, чем на поверхности. В (обычном) случае, когда входы / выходы имеют внутренние защитные диоды для VCC и GND, необходимо учитывать два абсолютных максимальных значения: абсолютное максимальное напряжение и абсолютный максимальный ток инжекции. Если вы не превышаете абсолютные максимальные напряжения, то все в порядке. С другой стороны, если ваш вход ограничен током ниже абсолютного максимального тока впрыска (например, с помощью резистора),должно быть в порядке :)). Отличное замечание по применению, описывающее это: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

Специально для устройства, которое вы перечислили, я не смог найти никаких значений для абсолютного максимального тока впрыска.

В подобных ситуациях, когда вы приближаетесь к пределам и / или не можете найти нужные данные, я всегда рекомендовал бы напрямую связаться с производителем и обсудить проблему с одним из его инженеров приложений (не бойтесь Обращаясь к производителям, они обычно очень рады помочь!)

Хотя это может быть правдой, что думает инженер, это, конечно, не мудро.

Зажимные диоды предназначены для непредвиденных ситуаций. Они НЕ предназначены для компенсации невежества и небрежного замысла. При этом все запасы безопасности исчезли. Немного хуже в толерантности по дизайну, изготовителю или по какой-либо причине, и дизайн терпит неудачу. Когда технический специалист сталкивается с такой ситуацией, не зная предыстории, он или она может тратить много времени, чтобы выяснить, что происходит.

Поэтому не и оставайтесь в пределах спецификации.

Поскольку это не упоминалось в других ответах, превышение максимальных значений на одном выводе микроконтроллера также может привести к следующему:

• Если его применить до включения микроконтроллера (даже на микросекунды), это может привести к его фиксации и катастрофическому выходу из строя.

• При использовании в то время, когда микроустройство полностью выключено или выключено, этот ток будет течь в его силовые шины через защитные диоды, запитывая его или предотвращая его полное отключение.

У Дэйва Джонса из EEBlog есть хорошее видео, демонстрирующее это поведение.

Ω Более безопасным решением является установка диода TVS для ограничения перенапряжения, а не в зависимости от эффективного последовательного сопротивления утечки устройства. Серия R будет ограничивать ток и ДОЛГО, поскольку этот ток безопасный, непрерывный, он должен быть в порядке. Но если емкостная связь и защита от электростатических разрядов поставлены под угрозу, лучше всего подходит диод с ограничением по Z для TVS (3,6 В) для Vcc.

Этот ответ может использовать закон Ома с некоторыми разумными оценками, а не точными значениями.

Вероятность неудачи или младенческой смертности резко возрастает при превышении ABSOLUTE MAX.

MTBF может идти от десятилетий лет до микросекунд, в зависимости от того, какой параметр и избыточное количество.

• Вот как ток интерфейса ограничен и защищен от электростатического разряда.

Диоды с защитой от электростатического разряда, как и все диоды, рассчитаны на определенное падение напряжения, Vf при некотором номинальном токе, If и часто находятся в две ступени с резистором, ограничивающим последовательный ток, для ослабления пиков 3 кВ до менее 0,5 В или менее, чем Vgs. порог КМОП. Эти диоды ESD обычно ограничены током 5 мА постоянного тока из-за небольшого размера перехода, чтобы получить небольшую емкость обратного смещения, равную 1 пФ, для быстрого отклика интерфейса, а также быстрого отклика диода.

Предположим, что номинальная защита от электростатического разряда от стандартного разряда 100 пФ составляет 1 кВ при 5 мА. Все диоды имеют внутреннее ESR, обратное его номинальной мощности.

Мы можем оценить падение напряжения на 1-м диоде и падение напряжения от типового предела тока 5 мА для ESD-диодов. Если мы оценим Vf = 1 В, то увидим, что это может быть диод 5 мВт (5 мА * 1 В), который имеет расчетную ESR 1 / (5 мВт) = 200 Ом.

Но 1 кВ ESD более 200 Ом может вызвать скачок 5 В на первом диоде.

Таким образом, нам нужен второй диод с оценкой 10К последовательно. Теперь выброс ESD составляет 5 В / 10 к = 0,5 В, чего достаточно, чтобы быть ниже подпорогового уровня срабатывания Vgs CMOS-вентилей.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

30 мкА мало в этом контексте?

Как насчет вычисления рассеиваемой мощности в диоде с зажимом, разделить на объем диода (т.е. посмотреть размер геометрии), а затем посмотреть, как быстро будет нагреваться кремний в диоде, когда применяется этот пиковый уровень напряжения - Какая температура будет это достичь? Это растает?

Это простые разумные расчеты, которые вы можете сделать, чтобы понять реальные нагрузки и изучить их со своим коллегой. Если вы можете покрыть тепловые эффекты, напряжение напряжения, dV / dt от паразитной емкости (1) и тому подобное, то у вас просто может быть дизайн.

Но я подозреваю, что вы обнаружите, что по крайней мере одна проблема помешает амбициям (возможно, именно поэтому они являются максимальными пределами ;-).

(1) Рассматриваемая паразитная емкость - это та, которая охватывает ограничивающее сопротивление тока, которая будет разряжаться через этот маленький защитный диод и может не иметь достаточной теплоемкости, особенно если за ней следует постоянная нагрузка постоянного тока, даже если она сохраняется. ,

С большинством устройств Microchip PIC это будет работать, и это также в пределах спецификации. Ограничитель тока (30 мкА) работает как делитель напряжения.

Иногда, если все нормально, что то, что вы делаете, ломается при первом использовании, вы можете меньше заботиться о рейтинге. Предположим, вы хотите создать контроллер, который управляет электромагнитным клапаном, который выпускает газ из колбы. Это будет бесполезно после выпуска газа. В этом случае вы можете управлять электромагнитным клапаном только с помощью транзистора. Когда он выключен, он сломается, пропуская ток между коллектором и эмиттером. Но это нормально, потому что устройство больше не нужно.

Возможно, дело не только в электронике, но и в поджигателе. Длина провода из нихрома и автомобильный аккумулятор 12 В. Любители ракетного дела делают это постоянно, чтобы запустить моторы.

Предохранитель аналогичен тем, что его номинальная емкость рассчитана на нарушение (безопасным способом).