ฉันคิดเสมอว่าการจัดอันดับสูงสุดแน่นอนในส่วนหนึ่งเป็นข้อ จำกัด ว่าเจ้าจะไม่ละเมิด ระยะเวลา ตอนจบของเรื่อง.

อย่างไรก็ตามวิศวกรอีกคนกำลังทำกรณีที่มันเกินพิกัดสูงสุดแน่นอนสำหรับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของไมโครคอนโทรลเลอร์ I / O pin โดยเฉพาะเขาต้องการใช้แรงดันไฟฟ้า 5v ปัจจุบัน จำกัด ที่ 30uA กับไมโครที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ 3.8v (Vdd + 0.3V <= 3.9V) อาร์กิวเมนต์ที่เป็นไดโอดแคลมป์จะดูแลแรงดันไฟฟ้าส่วนเกิน

ฉันไม่พบสิ่งใดในแผ่นข้อมูลเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ I / O บนไมโคร

เมื่อใดที่จะเกินคะแนนสูงสุดที่แน่นอนในบางส่วน

แผ่นข้อมูล

คู่มือผู้ใช้

ไม่เคยปลอดภัยเกินกว่าการให้คะแนนสูงสุด แม้แต่การทำงานที่จุดภายในการจัดอันดับอาจส่งผลให้เกิดความล้มเหลวหากตัวอย่างเช่นกระบวนการผลิตได้เลื่อนออกไปจากสเป็ค (ฉันเคยมีทรานซิสเตอร์พลังงานล้มเหลวในการทดสอบวิ่งแบบตัวอย่างแช่และผู้ผลิตยอมรับความผิด)

ยิ่งจากภูมิภาค 'ปลอดภัย' ที่คุณเปิดใช้งานโอกาสที่จะเกิดความล้มเหลวเร็วขึ้นเท่านั้น อาจเป็นวินาทีอาจเป็นเดือน - โดยทั่วไปการวิเคราะห์จะไม่มีอยู่จริง ไม่ค่อย (และบางครั้งโดยทั่วไปเมื่ออุปกรณ์กลายเป็นผู้ใหญ่มากขึ้น) ผู้ผลิตอาจผ่อนคลายการจัดอันดับสูงสุดบางอย่าง - โดยเฉพาะการให้คะแนนที่เกี่ยวข้องกับความเครียดที่ จำกัด เวลา

ในกรณีที่คุณระบุคุณได้ระบุว่าการจัดอันดับสูงสุดแน่นอนน่าจะเป็นการประมาณ มีความเป็นไปได้ที่กระแสที่มีความต้านทานไดรฟ์สูงสามารถรับได้บนหมุดค่อนข้างน่าเชื่อถือโดยไม่เกินแรงดันพัง (และคุณไม่เกินระดับนี้เนื่องจากหมุดจะยึด) นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงที่จะเกิดการล็อคหากชิ้นส่วนที่ไม่คาดคิดของซิลิกอนมีสถานะเป็นแรงดันไฟฟ้าต่าง ๆ$\mu A$

อย่าคาดหวังว่าสิ่งนี้จะทำงานใน 100,000 ส่วนซึ่งมีอายุการใช้งาน 10 ปี หากคุณสามารถมีชีวิตอยู่กับความล้มเหลวเป็นครั้งคราวหายนะการออกแบบอาจจะยังคงมีเหตุผล หากพอร์ต debug ของผลิตภัณฑ์ $ 5 มีอายุการใช้งาน 6 เดือนมันจะสมเหตุสมผลมากกว่า

การจัดอันดับสูงสุดที่เกินความสำเร็จเป็นความคิดที่ไม่ดี

ในบางสถานการณ์ที่มีข้อ จำกัด อย่างมากการผลักสิ่งที่ผ่านขีด จำกัด อย่างระมัดระวังอาจคุ้มค่ากับความเสี่ยง สิ่งนี้อาจนำไปใช้กับสถานการณ์แบบครั้งเดียวที่คุณรู้ตัวอย่างเช่นอุณหภูมิจะต่ำกว่า 25 ° C เสมอและคุณคิดว่าคุณสามารถหนีไปด้วยการละเมิดบางสิ่งบางอย่างเป็นผล นอกจากนี้ยังอาจนำไปใช้กับสถานการณ์ประเภท McGyver ที่คุณอาจไม่มีอะไรหรือสิ่งที่อาจทำงานได้

ไม่ควรเกินขีด จำกัด ในการออกแบบการผลิต

ในกรณีเฉพาะของคุณอาจมีข้อ จำกัด อยู่สองข้อคือแรงดันสูงสุดบนพินและกระแสสูงสุดเข้ากับพินนั้น คุณไม่ได้ใช้ 5 V จริง ๆ หาก จำกัด อยู่ที่ 30 µA มีเพียง 30 th ถึงไดโอดป้องกันจึงเป็นไปได้ว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะไม่เกินจริง อ่านแผ่นข้อมูลอย่างระมัดระวัง

ครั้งหนึ่งฉันเคยเจอบันทึกย่อของแอพจาก Atmel (ไม่ใช่ TI ฉันรู้ - ยังคงน่าสนใจ) ที่เอาการก่อสร้างเช่นนี้ ...

เพื่อปกป้องอุปกรณ์จากแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า VCC และต่ำกว่า GND, AVR มีไดโอดหนีบภายในบนหมุด I / O (ดูรูปที่ 1) ไดโอดเชื่อมต่อจากหมุดไปยัง VCC และ GND และเก็บสัญญาณอินพุตทั้งหมดภายในแรงดันไฟฟ้าของ AVR (ดูรูปด้านล่าง) แรงดันใด ๆ ที่สูงกว่า VCC + 0.5V จะถูกบังคับให้ลงไปที่ VCC + 0.5V (0.5V คือแรงดันตกคร่อมไดโอด) และแรงดันไฟฟ้าใดก็ตามที่ต่ำกว่า GND - 0.5V จะถูกบังคับให้สูงถึง GND - 0.5V

...

ตัวต้านทานอินพุตซีรีย์เป็นตัวต้านทาน1MΩ ไม่แนะนำให้ใช้ไดโอดหนีบกำลังทำมากกว่า 1mA สูงสุดจากนั้น1MΩจะให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดประมาณ 1,000V

ดังนั้นเห็นได้ชัดว่า Atmel คิดว่าไม่เป็นไรที่จะใช้ตัวหนีบไดโอดบน MCUs ของพวกเขาในลักษณะนี้มากถึง 1mA (แม้ว่าคุณสามารถโต้เถียงเกี่ยวกับอำนาจของแอพ Notes)

โดยส่วนตัวฉันยังไม่แน่ใจว่าจะคิดอย่างไร ในอีกด้านหนึ่งหาก Atmel ระบุว่าตกลงกับแหล่ง / จมได้ถึง 1mA ผ่านทางไดโอดหนีบผมก็จะเห็นว่าไม่มีปัญหาหากคุณคัดท้ายชัดเจนของกระแสนั้น นอกจากนี้หากใช้วิธีนี้คุณจะต้องไม่เกินข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้า ไดโอดยึดมันลงมาหลังจากทั้งหมด

ที่อื่น ๆมันตกลงไหมที่จะใช้ไดโอดตัวหนีบแบบนี้? ฉันไม่เคยพบอะไรเกี่ยวกับการจับไดโอดในปัจจุบันในเอกสารข้อมูลดังนั้นแหล่งเดียวสำหรับสิ่งนี้คือแอพ Note

ดังนั้นคุณสามารถลองและค้นหาเอกสารจาก TI ที่ระบุกระแสสูงสุดผ่านไดโอดหนีบ บางทีพวกเขายังมีข้อมูลในแผ่นข้อมูลหรือบันทึกย่อของแอพที่อนุญาตหรือไม่อนุญาตประเพณีเหล่านี้

แต่ถ้าคุณต้องการความปลอดภัยคุณควรเพิ่มไดโอดแคลมป์ของคุณเองโดยเฉพาะอย่างยิ่ง VF ที่ต่ำเช่น Schottkys หรือใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เรียบง่าย ด้วยวิธีนี้คุณจะไม่ต้องกังวลหากคุณกำลังละเมิดข้อกำหนดหรือไม่

อัปเดต, สิงหาคม 2019

เมื่อฉันเจอบันทึกย่อของแอพในคำตอบนี้ฉันได้ทำโปรเจ็กต์งานอดิเรกซึ่งฉันใช้โครงสร้างนี้เพื่อการตรวจจับที่เป็นศูนย์ไฟ (สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมรวมถึงแผนผังดูคำถามนี้มัน R8 / R9)

วงจรเชื่อมต่อ 230VAC ผ่าน2MΩโดยตรงไปยัง PB3 บน ATTiny85 ทำให้มีค่าสูงสุด 58µA RMS / 163µA สูงสุดผ่านไดโอด ESD ฉันยังไม่แน่ใจว่าจะรู้สึกอย่างไรกับเรื่องทั้งหมด; แรงจูงใจของฉันใช้มันเป็นว่าโครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งออกกำลังกายในศิลปะ ; เห็นว่าฉันสามารถลดวงจรได้มากแค่ไหนและยังทำงานได้ดี

ไม่ว่าจะเป็นความรู้สึกอะไรก็ตามสามปีแห่งการใช้อย่างกว้างขวาง MCU ก็ยังทำงานได้ดี

ทำสิ่งที่คุณจะ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

โดยทั่วไปแล้วฉันคิดว่าคำตอบอื่น ๆ ได้กล่าวถึงเรื่องนี้ (กล่าวคือไม่ทำ)

เกี่ยวกับพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของพิน I / O มันซับซ้อนกว่าเล็กน้อยที่จะปรากฏบนพื้นผิว ในกรณี (ปกติ) ที่ I / O มีไดโอดป้องกันภายในถึง VCC และ GND คุณต้องคำนึงถึงค่าสูงสุดสองค่า: แรงดันสูงสุดสูงสุดและกระแสฉีดสูงสุดที่แน่นอน หากคุณไม่ได้เกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุดแน่นอนคุณก็สบายดี ในทางตรงกันข้ามถ้าอินพุตของคุณมี จำกัด ในปัจจุบันต่ำกว่ากระแสฉีดสูงสุดที่แน่นอน (เช่นตัวต้านทาน)ควรจะ ok :)) แอปพลิเคชันที่ยอดเยี่ยมที่อธิบายถึงสิ่งนี้คือ: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

โดยเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ที่คุณอยู่ในรายการฉันไม่สามารถหาค่าใด ๆ สำหรับกระแสฉีดสูงสุดที่แน่นอน

ในสถานการณ์เช่นนี้ที่คุณใกล้ถึงขีด จำกัด และ / หรือคุณไม่สามารถหาข้อมูลที่ต้องการได้ฉันขอแนะนำให้ติดต่อผู้ผลิตโดยตรงและพูดคุยปัญหากับหนึ่งในวิศวกรแอปพลิเคชันของพวกเขา (อย่ากลัว ในการติดต่อกับผู้ผลิตพวกเขายินดีช่วยเหลือเป็นพิเศษ!)

มันอาจจะเป็นความจริงที่วิศวกรกำลังคิด แต่ก็ไม่ฉลาด

แคโทดไดโอดสำหรับสถานการณ์ที่ไม่คาดฝัน พวกเขาไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อชดเชยความไม่รู้และการออกแบบที่เลอะเทอะ ด้วยการทำเช่นนั้นค่าความปลอดภัยทั้งหมดจะหมดไป ความอดทนที่แย่ลงเล็กน้อยจากการออกแบบผู้ผลิตหรือสิ่งที่เคยมีเหตุผลและการออกแบบล้มเหลว เมื่อช่างเทคนิคสะดุดสถานการณ์เช่นนี้โดยไม่ทราบว่าเขาหรือเธอสามารถเสียเวลาไปมากพอที่จะคิดว่าเกิดอะไรขึ้น

ดังนั้นอย่าและอยู่ในรายละเอียด

เนื่องจากมันไม่ได้กล่าวถึงในคำตอบอื่น ๆ การให้คะแนนสูงสุดเกินกว่าที่ไมโครคอนโทรลเลอร์หนึ่งพินจะส่งผลให้เกิดสิ่งต่อไปนี้:

• หากนำไปใช้ก่อนที่ไมโครคอนโทรลเลอร์จะให้พลังงานสูงขึ้น (แม้จะเป็นไมโครวินาที) มันสามารถทำให้ไมโครสลักแลตขึ้นและล้มเหลวอย่างรุนแรง

• หากนำไปใช้ในขณะที่ไมโครปิดอย่างสมบูรณ์หรือถูกปิดกระแสจะไหลเข้าสู่รางพลังงานผ่านไดโอดป้องกันการจ่ายไฟหรือป้องกันไม่ให้ปิดการทำงานโดยสมบูรณ์

Dave Jones จาก EEBlog มีวิดีโอที่แสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมนี้

sa โซลูชันที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นวาง TVS diode เพื่อหนีบแรงดันเกินแทนที่จะขึ้นกับความต้านทานของชุดอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพการรั่วไหล ซีรี่ส์ R จะ จำกัด กระแสและ AS LONG เนื่องจากกระแสนั้นปลอดภัยต่อเนื่องมันก็โอเค แต่ถ้าการคัปปลิ้งแบบ capacitive และการป้องกัน ESD ถูกลดทอนไดโอดแคลมป์ TVS Z ที่ต่ำที่สุดจะดีที่สุด (3.6V TVS) ถึง Vcc

คำตอบนี้อาจใช้กฎของโอห์มกับการประมาณการที่สมเหตุสมผลบางอย่างที่ไม่แม่นยำ

ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวหรือการเสียชีวิตของทารกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเกินค่า ABSOLUTE MAX

MTBF สามารถเปลี่ยนจากทศวรรษเป็นปีเป็นไมโครวินาทีขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์และจำนวนเงินส่วนเกิน

• นี่คือวิธีที่อินเทอร์เฟซปัจจุบันถูก จำกัด และป้องกันจาก ESD

ไดโอดแคลมป์ ESD เช่นเดียวกับไดโอดทั้งหมดได้รับการจัดอันดับสำหรับแรงดันตกที่แน่นอนVfที่บางกระแสนิยมหากและมักจะอยู่ในสองขั้นตอนด้วยตัวต้านทาน จำกัด กระแสอนุกรมชุดระหว่างเพื่อลดทอน 3kV แหลมน้อยกว่า 0.5V หรือน้อยกว่า Vgs เกณฑ์ CMOS ไดโอด ESD เหล่านี้มักจะ จำกัด กระแส 5mA DC เนื่องจากขนาดทางแยกขนาดเล็กเพื่อรับความจุไบอัสแบบย้อนกลับขนาดเล็กที่ 1pF สำหรับการตอบสนองที่รวดเร็วของอินเตอร์เฟสและการตอบสนองที่รวดเร็วของไดโอด

สมมติว่าการป้องกันระดับ ESD จากการปล่อยมาตรฐาน 100pF คือ 1kV @ 5mA ไดโอดทั้งหมดมี ESR ภายในซึ่งตรงกันข้ามกับพิกัดกำลัง W

เราสามารถประเมินแรงดันไฟฟ้าตกที่ไดโอดแรกและแรงดันตกจากขีด จำกัด กระแส 5mA ทั่วไปสำหรับไดโอด ESD ถ้าเราประมาณ Vf = 1V เราจะเห็นว่ามันอาจเป็นไดโอด 5mW (5mA * 1V) ซึ่งมี ESR ประมาณ 1 / (5mW) = 200 โอห์ม

แต่ ESk 1kV ที่มากกว่า 200 โอห์มจะทำให้เกิดการขัดขวาง 5V บนไดโอดตัวที่ 1

ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องมีไดโอด 2 ตัวพร้อมค่าประมาณ 10K ตอนนี้ตัวขัดขวาง ESD คือ 5V / 10k = 0.5V ซึ่งเพียงพอที่จะต่ำกว่าระดับทริกเกอร์ระดับ Vgs ของเกต CMOS ของประตู

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

30 uA เล็กในบริบทนี้ไหม

วิธีคำนวณการกระจายพลังงานในแคโทดไดโอดหารด้วยปริมาตรไดโอด (เช่นดูขนาดเรขาคณิต) แล้วดูว่าซิลิคอนในไดโอดจะร้อนขึ้นเร็วแค่ไหนเมื่อระดับความเค้นสูงสุดนี้ถูกนำไปใช้ มันไปถึงไหน? มันจะละลายหรือไม่

เหล่านี้เป็นการคำนวณอย่างสมเหตุสมผลที่คุณสามารถทำได้เพื่อรับการจัดการกับการโหลดจริงที่เกิดขึ้นและสำรวจกับเพื่อนร่วมงานของคุณ หากคุณสามารถครอบคลุมผลกระทบความร้อนความเครียดแรงดันไฟฟ้า, dV / dt จากความจุหลงทาง (1) และสิ่งที่คล้ายกันคุณก็อาจมีการออกแบบ

แต่ฉันสงสัยว่าคุณจะพบว่าอย่างน้อยหนึ่งปัญหาจะขัดขวางความทะเยอทะยาน (นั่นอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงขีด จำกัด สูงสุด ;-)

(1) ความจุจรจัดของความกังวลคือหนึ่งที่ครอบคลุมความต้านทาน จำกัด ปัจจุบันซึ่งจะถูกปล่อยออกมาผ่านทางไดโอดป้องกันเล็กน้อยและอาจมีความจุความร้อนไม่เพียงพอโดยเฉพาะเมื่อมันตามด้วยกำลังไฟ DC คงที่แม้ว่ามันจะยังมีชีวิตอยู่ .

สำหรับอุปกรณ์ Microchip PIC ส่วนใหญ่จะใช้งานได้และยังอยู่ในข้อกำหนด ตัว จำกัด กระแสไฟ (30µA) ทำหน้าที่เป็นตัวแบ่งแรงดัน

บางครั้งถ้าไม่เป็นไรสิ่งที่คุณทำแบ่งเป็นครั้งแรกที่ใช้คุณสามารถสนใจน้อยลงเกี่ยวกับการให้คะแนน สมมติว่าคุณต้องการสร้างคอนโทรลเลอร์ที่ขับเคลื่อนโซลินอยด์วาล์วที่ปล่อยก๊าซจากขวด มันจะไร้ประโยชน์หลังจากที่ปล่อยก๊าซ ในกรณีนี้คุณสามารถขับโซลินอยด์วาล์วด้วยทรานซิสเตอร์เท่านั้น เมื่อมันถูกปิดมันจะแตกทำให้กระแสสามารถผ่านระหว่างตัวสะสมและตัวส่ง แต่ก็โอเคเพราะอุปกรณ์ไม่ต้องการอีกต่อไป

อาจไม่ใช่อิเล็กทรอนิคส์อย่างเคร่งครัด แต่เป็น pyro-igniter ความยาวของสายไฟ nichrome และแบตเตอรี่รถยนต์ 12V คนงานอดิเรกจรวดทำเช่นนี้ตลอดเวลาเพื่อตั้งปิดมอเตอร์ของพวกเขา

ฟิวส์มีลักษณะคล้ายกันกับที่ความสามารถในการจัดอันดับของมันถูกออกแบบมาเพื่อละเมิด (ในลักษณะที่ปลอดภัย)