Я завжди думав, що абсолютні максимальні оцінки частково - це межі, яких ти не будеш порушувати. Період. Кінець історії.

Однак інший інженер вважає, що нормально перевищувати абсолютний максимальний показник для вхідної напруги на вході вводу / виводу мікроконтролера. Зокрема, він хоче застосувати 5 В, струм обмежений 30uA, до мікрофона з абсолютною максимальною напругою 3,8 В (Vdd + 0,3 В <= 3,9 В). Аргументом, що є діодами затискача, буде піклуватися про надлишкове напруга.

Я не зміг знайти нічого у таблиці даних про обладнання вводу / виводу на мікрофоні.

Коли нормально перевищувати абсолютний максимальний рейтинг на деталі?

Лист даних

Керівництво користувача

Ніколи не безпечно перевищувати максимальні рейтинги. Навіть робота в точці в межах рейтингів може призвести до збоїв, якщо, наприклад, виробничий процес вийшов з виду спекуляції (у мене вийшли з ладу транзистори силового випробовування, і виробник визнав несправність).

Чим далі від «безпечного» регіону ви працюєте, тим більше шанс на ранній збій. Можливо секунди, а може й місяці - загалом аналіз не буде. Рідко (а іноді і частіше, коли пристрої стають більш зрілими) виробник може послабити деякі максимальні рейтинги - особливо рейтинги, що стосуються обмежених часом стресів.

У вказаному вами випадку ви визначили, що абсолютний максимальний рейтинг, ймовірно, є приблизним. Ймовірно, що струми з високим опорним приводом можна сприймати на штифти досить надійно, не перевищуючи напруги пробою (і, певно, ви не перевищуєте такий показник, як цей затискач). Крім того, існує ризик замикання, якщо несподівані частини кремнію проводяться з різними станами напруги.$\mu A$

Не очікуйте, що це буде працювати в 100 000 частин, які мають тривалість роботи 10 років. Якщо ви можете жити з випадковими катастрофічними аваріями, можливо, дизайн все-таки розумний. Якщо його порт налагодження для продукту $ 5 з 6-місячним терміном експлуатації, було б розумніше.

Перевищення абсолютного максимального рейтингу - погана ідея.

У деяких дуже обмежених обставинах ретельне проштовхування чогось за межі може бути ризиком. Це може стосуватися разових ситуацій, коли ви знаєте, наприклад, що температура завжди буде нижче 25 ° C, і ви думаєте, що можете втекти з порушенням чогось іншого. Це також може застосовуватися до ситуацій типу McGyver, коли у вас немає нічого, або щось, що може працювати.

Не нормально перевищувати межі у виробничій конструкції.

У вашому конкретному випадку, ймовірно, є два межі, максимальна напруга на штифті та максимальний струм на цьому штирі. Ви насправді не застосовуєте 5 В, якщо це обмежено 30 мкА. Маючи лише 30 мкА через захисний діод, можливо, максимальна напруга насправді не перевищується. Прочитайте аркуш уважно.

Одного разу я натрапив на ноту програми Atmel від Atmel (не TI, я знаю - все ще цікаво), що потурає такій конструкції ... Для нульового перехресного зондування на електромережі!

Для захисту пристрою від напруг вище VCC та нижче GND, AVR має внутрішні затискаючі діоди на штифтах вводу / виводу (див. Малюнок -1). Діоди підключені від штифтів до VCC та GND і зберігають усі вхідні сигнали в межах робочої напруги AVR (див. Малюнок нижче). Будь-яка напруга, що перевищує VCC + 0,5 V, буде примушена до VCC + 0,5V (0,5V - падіння напруги над діодом), а будь-яка напруга нижче GND - 0,5V буде вимушена до GND - 0,5V.

...

Серійний вхідний резистор - це резистор 1 МОм. Не рекомендується, щоб діоди затискача проводили більше, ніж максимум 1 мА, і тоді 1MΩ дозволить отримати максимальну напругу приблизно 1000 В.

Тож, очевидно, Atmel вважає, що добре використовувати затискаючі діоди на своїх MCU таким чином, до 1mA. (Хоча ви можете посперечатися щодо повноважень App Notes)

Особисто я все ще не зовсім впевнений, що про це думати. З одного боку, якщо Atmel вказує, що це нормально, щоб джерело / тонути до 1mA через затискаючі діоди, то я не бачу жодних проблем, якщо ви будете керуватися подалі від цього струму (і 30 мкА, безумовно, може претендувати на це). Крім того, якщо використовувати цей спосіб, ви фактично не перевищуєте характеристики напруги; діоди зрештою притискають його.

З іншого, чи нормально використовувати такі затискачі? Я ніколи не знайшов нічого про затискання діодного струму в таблицях, тому єдиним джерелом для цього є Примітка додатка.

Таким чином, ви можете спробувати знайти документацію від TI із зазначенням максимального струму через затискаючі діоди. Можливо, вони також мають інформацію у своїх таблицях даних або Примітках додатків, що дозволяють або забороняють ці звичаї.

Але якщо ви хочете бути в безпеці, вам краще додати свої власні затискаючі діоди, бажано, ті, що мають низький вміст Vf, тобто Шотткі. Або скористайтеся простим дільником напруги. Таким чином, вам не доведеться турбуватися, порушуєте ви характеристики чи ні.

Оновлення, серпень 2019 року

Коли в цій відповіді я натрапив на замітку про додаток, я фактично робив проект хобі, де я в кінцевому підсумку використовував цю конструкцію для зондування нульового кросу. (Щоб отримати докладніші відомості, зокрема схематично, див. Це питання ; це R8 / R9).

Схема з'єднує 230 В змінного струму через 2 МОм безпосередньо до PB3 на ATTiny85, провівши близько 58 мкА RMS / 163 мкА пік через діоди ESD. Я досі не зовсім впевнений, як ставитись до всієї справи; моя мотивація його використання полягала в тому, що проект почасти був вправою мінімалізму ; бачачи, як далеко я міг би скоротити ланцюг і все-таки його добре працювати.

Якими б не були почуття, через три роки широкого використання MCU все ще працює добре.

Зробіть з того, що ви будете ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Щодо перевищення абсолютного максимального рейтингу в цілому, я думаю, що інші відповіді накрили це (тобто не робіть цього).

Що стосується абсолютного максимального значення напруги штифта вводу / виводу, він трохи складніший, ніж він з'являється на поверхні. У (звичайному) випадку, коли введення-виведення має діоди внутрішнього захисту до VCC та GND, потрібно враховувати два абсолютних максимальних значення: абсолютну максимальну напругу та абсолютний максимальний струм впорскування. Якщо ви не перевищуєте абсолютні максимальні напруги, то у вас все добре. З іншого боку, якщо ваш вхідний струм обмежений нижче абсолютного максимального струму впорскування (наприклад, з резистором),має бути гаразд :)). Відмінна записка про додаток, що описує це: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

Зокрема, для вказаного вами пристрою я не зміг знайти жодних значень абсолютного максимального струму впорскування.

У таких ситуаціях, коли ви наближаєтесь до обмежень та / або не можете знайти потрібні вам дані, я б завжди рекомендував зв’язатися безпосередньо з виробником та обговорити проблему з одним із своїх інженерів-прикладників (не бійтеся. Звертаючись до виробників, вони зазвичай із задоволенням допомагають!)

Хоча це може бути правдою того, що думає інженер, але це, безумовно, не мудро.

Затискаючі діоди призначені для непередбачених ситуацій. Вони НЕ призначені для компенсації незнання та неохайності конструкцій. Тим самим знижуються всі запаси безпеки. Трохи гірше в толерантності з боку дизайнера, виробника чи з будь-якої причини та дизайну не вдається. Коли технік спотикається в подібній ситуації, не знаючи передумови, він може втратити багато часу, щоб зрозуміти, що відбувається.

Тому не залишайтесь у специфікаціях.

Оскільки це не було зазначено в інших відповідях, перевищення максимальних значень на одному штирі мікроконтролера також може призвести до наступного:

• Якщо застосувати до ввімкнення мікроконтролера (навіть через мікросекунди), це може спричинити замикання мікрофона та катастрофічно вийти з ладу.

• Якщо застосовувати, коли мікро повністю вимкнений або вимкнений, то струм буде надходити в його силові рейки через захисні діоди, живлячи його або не дозволяючи повністю вимкнути його.

У Дейва Джонса з EEBlog є приємне відео, що демонструє таку поведінку.

Ω Більш безпечним рішенням є діод ТВС для затискання перенапруги, а не залежати від ефективного ряду опору витоку пристрою. Серія R обмежить струм, а ЯК ДОВГИЙ, оскільки струм безпечний, безперервний, він повинен бути нормальним. Але якщо ємнісна муфта і захист від ОУР порушені, низький Z затискний діод із затискачами TVS найкращий (3,6 В ТВ) до Vcc.

Цей відповідь може використовувати Закон Ома з деякими розумними оцінками, а не точними значеннями.

Ймовірність невдачі або дитячої смертності різко зростає при перевищенні ABSOLUTE MAX.

MTBF може переходити від десятиліть років до мікросекунд, залежно від того, який параметр і перевищення суми.

• Ось як обмежений струм інтерфейсу та захищений від ОУР.

Затискаючі діоди ESD, як і всі діоди, розраховані на певний перепад напруги, Vf при деякому номінальному струмі, якщо і часто перебувають у два етапи з серійним обмежувачем струму між тим, щоб ослабити шипи 3 кВ менше 0,5 В або менше, ніж Vgs поріг CMOS. Ці діоди ЕРС зазвичай обмежені струмом постійного струму 5 мА через невеликий розмір з'єднання, щоб отримати невелику зворотну зміщення ємності 1pF для швидкої реакції інтерфейсу, а також швидкої реакції діода.

Припустимо, захист рейтингу ОУР від стандартного розряду 100pF становить 1 кВ @ 5mA. Всі діоди мають внутрішній коефіцієнт поглинання, який є зворотним до його W потужності.

Ми можемо оцінити падіння напруги на 1-му діоді та падіння напруги з 5-ти типової межі струму для діодів ESD. Якщо ми оцінюємо Vf = 1V, то ми бачимо, що це може бути діод потужністю 5 мВт (5mA * 1V), який має розрахунковий коефіцієнт ESR 1 / (5mW) = 200 Ом.

Але 1кВ ОУР понад 200 Ом призведе до 5В спайка на 1-му діоді.

Таким чином, нам потрібен 2-й діод з оцінкою 10K послідовно. Тепер шип ESD становить 5 В / 10 к = 0,5 В, що достатньо, щоб бути нижчим рівнем триггера Vgs на рівні порогових знаків CMOS.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Чи мало в цьому контексті 30 мкА?

Як щодо обчислення розсіювання потужності в діоді затискача, розділіть його на об'єм діода (тобто знайдіть розмір геометрії), а потім подивіться, наскільки швидко кремній в діоді нагріється при застосуванні цього пікового рівня напруги - Яка температура буде це сягає? Чи розтане?

Це прості розумні розрахунки, які ви можете зробити, щоб зрозуміти реальні навантаження, що відбуваються, та вивчити їх разом із колегою. Якщо ви можете покрити теплові ефекти, напруга напруги, КЛА / дт від паразитної ємності (1) тощо , то ви просто могли б мати конструкцію.

Але я підозрюю, що ви виявите, що хоча б одне питання призведе до порушення амбіцій (можливо, саме тому вони є максимальними межами ;-).

(1) хвилююча ємність, що викликає занепокоєння, є тією, що охоплює граничний опір струму, який буде розряджатися через цей невеликий захисний діод і може мати недостатню теплову ємність, тим більше, що за ним супроводжується постійним навантаженням постійного струму, навіть якщо він виживе .

У більшості пристроїв Microchip PIC це спрацює, а також входить в специфікацію. Обмежувач струму (30 мкА) працює як дільник напруги.

Іноді, якщо це нормально, що те, що ви робите, ламається при першому використанні, ви можете менше дбати про рейтинг. Припустимо, ви хочете зробити контролер, який приводить в дію електромагнітний клапан, який виділяє газ з колби. Після виділення газу це стане марним. У такому випадку ви можете приводити електромагнітний клапан тільки з транзистором. Коли він вимкнеться, він розірветься, пропускаючи струм між його колектором та випромінювачем. Але це нормально, оскільки пристрій більше не потрібен.

Можливо, це не суворо електроніка, а піро-запалювач. Довжина ніхромного дроту та автомобільний акумулятор на 12 В. Люди, що займаються ракетними захопленнями, роблять це постійно, щоб рушити в рух.

Запобіжник подібний тим, що його номінальна ємність призначена для порушення (безпечним способом).