IC Макс. IO Pin Ток

Я просматривал спецификацию микроконтроллера ATTiny2313A, и в нем указывается абсолютный максимальный номинал для постоянного тока через каждый вывод ввода-вывода в 40mA, и максимальный постоянный ток через выводы заземления / Vcc в 200mA.

Я планирую использовать этот микроконтроллер для управления некоторыми светодиодными дисплеями, так что потенциально может быть значительное количество тока, получаемого / поглощаемого. Я знаю, что обязательно должен держать токи ниже абсолютного максимального значения, но желательно, чтобы я держал это ниже рекомендуемого уровня, которого, к сожалению, нет в списке.

То же самое относится и ко множеству других микросхем (регистры логического сдвига, аналоговые переключатели, мультиплексоры и т. Д.), Которые я рассмотрел для управления светодиодными дисплеями, которые показывают только абсолютные максимальные значения тока.

Поэтому мой вопрос заключается в том, что обычно является хорошим запасом прочности для различных микросхем, в которых указывается только абсолютный максимальный номинальный ток? Могу ли я подняться 40 mA*и быть в полной безопасности? Или я хочу комфортный коэффициент безопасности 2х, 3х и т. Д.?

* примечание: я предполагаю, что никогда не превышаю 40 mA, например, 35 mAноминальное значение с 5 mAдисперсией.

пост-примечание: я знаю, что существуют специально разработанные драйверы светодиодов постоянного тока, однако я думаю, что это все еще актуальный вопрос для управления другими компонентами.

Абсолютные максимальные значения предназначены для того, чтобы сказать вам, что (в значительной степени) может повредить вашу микросхему, если она превышена, они не рекомендуются для нормального использования (обратите внимание на « на этих или выше ...» в первом клипе ниже)

Все приличные таблицы данных будут иметь рекомендованные условия работы, которые вы хотите использовать, а не абсолютные максимальные значения. Для большинства маленьких микросхем 15-20 мА является типичным максимальным рабочим условием.

В техническом паспорте для вашего uC, он дает таблицу, показывающую напряжения OH и OL по току, которые оба колеблются до 20 мА. Обратите внимание на повышение / падение напряжения при 20 мА, и вы можете увидеть, что превышение этого приведет к тому, что уровни OH и OL выйдут за пределы спецификации совместимости (пример показан для источника питания 5 В - все иначе для 3,3 В и 1,8 В).
Например, вы можете увидеть при 25 ° C низкое выходное напряжение составляет около 0,5 В при 20 мА (больше при более высокой температуре).
Поэтому я бы предположил, что для выходов не более 20 мА (при 5 В - см. другие таблицы по 3,3 В и 1,8 В). Также обратите внимание на маленькие заметки под таблицами, в которых подробно описаны гарантированные входные значения хай-лоу и комбинированные значения тока.

В основном выбирайте условия эксплуатации (температуру, напряжение и т. Д.), Внимательно прочитайте все таблицы и сделайте математику, чтобы убедиться, что вы соблюдаете технические требования.

Если вы планируете управлять некоторыми светодиодными дисплеями, либо используйте микросхему драйвера с соответствующим рейтингом, либо добавьте несколько дискретных транзисторов на каждый вывод для управления светодиодом. Если вы используете только пару слаботочных светодиодных индикаторов, это, как правило, путь.

Примечание : как уже отмечали другие, абсолютные максимальные рейтинги никогда не следует намеренно приближать. Они являются известной точкой отказа чипа. Тем не менее, они обеспечивают очень полезную конструкцию для понимания того, как далеко вы находитесь от этого максимума. Этот ответ сфокусирован на решении того, что осталось от этой проблемы проектирования, а именно на том, как далеко нужно находиться от этого максимального значения (и почему).

При определении выходного тока в статических ситуациях необходимо учитывать две большие проблемы : выходное напряжение и тепловой выход.

Выходное напряжение

При увеличении выходного тока выходное напряжение начнет «выходить из строя» (будет больше, чем ожидалось для выхода «низкий», и ниже, чем ожидалось для выхода «высокий») из-за конечного выходного сопротивления выходного драйвера вывода GPIO , Это, в свою очередь, приведет к нарушению точки Q вашей цепи, подключенной к выходу.

Это особенно интересно в случае сильно нелинейных устройств, таких как светодиоды. Если вы немного измените напряжение, которое вы прикладываете к светодиоду, то требования к току сильно изменятся по отношению.

Это приводит к общему принципу, согласно которому выходное напряжение должно быть «погрешным» не более чем на 10% (чтобы облегчить проектную жизнь).

Для того, чтобы приблизиться к абсолютным максимумам, вы должны испытать ошибку примерно> 60% в вашем выходном напряжении. Фактически, спецификации для вашего MCU даже не показывают, сколько ошибок будет на этом уровне вывода.

Вы получили бы что-то вроде 1 В на выходе "высокий" из 3 В VCC. Этот уровень недостаточно высок, чтобы надежно сигнализировать «высокий» другим устройствам (в цифровых системах).

Я извлек эту цифру из вашей ссылки на таблицу:

Для расчета ограничения тока (здесь дано Vcc = 3): 3 - 0,1 (3) = 2,7

При напряжении 2,7 В номинальный предел тока составляет 8 мА, то есть немного меньше, чем вы ожидаете * 30 * мА или около того ... ;-)

Интересное замечание из физики устройства заключается в том, что n-сторона (нижняя сторона) почти во всех драйверах вывода CMOS, на которые я смотрел, немного сильнее, чем верхняя сторона p-типа. Это связано с тем, что электроны (основной носитель в полевом транзисторе n-типа) движутся по каналу примерно вдвое легче, чем дырки (основной носитель в полевых транзисторах р-типа). Чтобы компенсировать это, производители микросхем удваивают (приблизительно) размер транзистора p-типа до тех пор, пока производительность драйвера не будет примерно симметричной, но нижняя сторона обычно сохраняет небольшое (преимущество <10%) даже в этом случае.

Этот случай не исключение ...

На этом рисунке видно, что 0 + 0,1 (3) = 0,3 В -> 9 мА, что примерно на 10% больше, чем 8 мА ранее.

Поэтому вы должны установить светодиоды, указывающие на чип, если это возможно. То есть, спроектируйте их так, чтобы на выходе был низкий = светодиод. Что-то вроде этого:

Тепловая мощность

Высокие токи в штыревом приводе = тепло (очевидно). Жара ++ -> катастрофа. Схемы драйвера GPIO обычно равномерно распределены по периферии матрицы по геометрической необходимости (часто они определяют минимальный размер матрицы).

В случае с этим чипом Atmel (ATMEGA8, см. Ниже) они наверняка есть. Схемы GPIO сгруппированы вокруг темно-синих участков соединения проводов в голубом кольце вокруг (темных) областей логики и памяти в центре.

Это все только оценка границ и слегка волнистые, но инженерия - это то, что нужно сделать, вот и все ... ;-)

Использование соседних контактов при высоких уровнях тока должно привести к линейному снижению номинальных характеристик.

Если вы предполагаете, что деталь распределяет тепло примерно равномерно (справедливое предположение для вашего маленького кристалла), вы можете получить приближение первого порядка, работая в обратном направлении от абсолютного максимального значения (40 мА) и предполагая, что соседний вывод будет иметь 100% от тепловая нагрузка.

Это означает, что если у вас есть один выход 40 мА (на самом деле не делайте этого), его непосредственные соседи должны быть на 0 мА. Выход 20 мА -> 10 мА соседей и т. Д.

Если я достаточно хорошо объяснил, то теперь должно быть ясно, что вы выбираете минимум между двумя методами.

Страница 199 дает вам то, что вы хотите знать. Каждый вывод может безопасно / рекомендовать источник / сток 5/10/20 мА при 1,8 / 3/5 В, без слишком большого падения напряжения (+ - 0,5 В при рекомендуемом токе). Максимальный ток 40 мА на контакт, падение напряжения будет больше. Не превышайте 60 мА на всех пинах в любой момент времени. Страницы 218-220 дают хорошие маленькие графики, которые показывают падение напряжения в зависимости от выходного тока.

Выходное напряжение VOL низкого напряжения (3)
IOL = 20 мА, VCC = 5 В 0,8 В
IOL = 10 мА , VCC = 3 В 0,6 В

Выход VOH Высоковольтный (4)
IOH = -20 мА, VCC = 5 В 4.2 В IOH
= -10 мА, VCC = 3 В 2,4 В

1. Хотя каждый порт ввода-вывода может потреблять больше, чем условия тестирования (20 мА при VCC = 5 В, 10 мА при VCC = 3 В) в условиях установившегося режима (без переходных процессов), необходимо соблюдать следующее: 1] Сумма всех IOL для всех портов не должен превышать 60 мА. Если IOL превышает условия испытания, VOL может превышать соответствующую спецификацию. Не гарантируется, что штырьки будут поглощать ток, превышающий указанные условия испытаний.
2. Хотя каждый порт ввода / вывода может выдавать больше, чем условия испытаний (20 мА при VCC = 5 В, 10 мА при VCC = 3 В) в условиях установившегося режима (без переходных процессов), необходимо соблюдать следующее: 1] Сумма всех IOH для всех портов не должен превышать 60 мА. Если IOH превышает условия испытания, VOH может превысить соответствующую спецификацию. Не гарантируется, что на штырьки подается ток, превышающий перечисленные условия испытаний.