부품의 절대 최대 정격을 초과해도 괜찮습니까? 마이크로 컨트롤러 I / O

난 항상 부분에 절대 최대 정격이 있다고 생각했습니다 네가 위반하지 말라 것을 제한. 기간. 이야기의 끝.

그러나 다른 엔지니어는 마이크로 컨트롤러 I / O 핀의 입력 전압에 대한 절대 최대 정격을 초과해도 괜찮습니다. 특히, 절대 최대 전압이 3.8v (Vdd + 0.3V <= 3.9V) 인 마이크로에 5u, 30uA로 제한되는 전류를 적용하려고합니다. 클램프 다이오드라는 주장은 초과 전압을 처리합니다.

데이터 시트에서 마이크로의 I / O 하드웨어에 대한 내용을 찾을 수 없습니다.

부품의 절대 최대 정격을 초과해도 괜찮습니까?

데이터 시트

사용자 설명서

답변

최대 등급을 초과 해도 안전 하지 않습니다 . 예를 들어 제조 공정이 사양을 벗어난 경우 등급 내에서 특정 지점에서 작동하더라도 고장이 발생할 수 있습니다 (시제품 실행 소크 테스트에서 전력 트랜지스터가 고장 났으며 제조업체가 결함을 인정한 경우).

‘안전한’지역에서 멀어 질수록 조기 고장의 가능성이 높아집니다. 아마도 몇 초, 몇 달 – 일반적으로 분석은 존재하지 않습니다. 드물게 (때로는 장치가 성숙 해짐에 따라) 제조업체가 최대 정격 중 일부, 특히 시간 제한 스트레스와 관련된 정격을 완화 할 수 있습니다.

지정한 경우 절대 최대 등급이 근사치 일 것입니다. 높은 구동 임피던스를 갖는 전류가 항복 전압을 초과하지 않고 핀에서 매우 안정적으로 수용 될 수 있다는 것이 그럴듯하다 . 실리콘의 예기치 않은 부분이 다양한 전압 상태로 전도되면 래치 업의 위험이 추가로 발생합니다.

μ에이

작동 수명이 10 년인 100,000 개 부품에서이 기능을 사용할 것으로 기대하지 마십시오. 때때로 치명적인 오류가 발생하더라도 디자인이 합리적 일 수 있습니다. 수명이 6 개월 인 $ 5 제품의 디버그 포트 인 경우 더 합리적입니다.

답변

절대 최대 등급을 초과하는 것은 나쁜 생각입니다.

매우 제한된 상황에서는 한계를 넘어 신중하게 무언가를 밀어내는 것이 위험할만한 가치가 있습니다. 예를 들어 온도가 항상 25 ° C 미만이며 결과적으로 다른 것을 위반하여 벗어날 수 있다고 생각하는 일회성 상황에 적용 할 수 있습니다. 또한 아무것도 없거나 작동 하지 않는 McGyver 유형 상황에도 적용될 수 있습니다.

프로덕션 디자인에서 한계를 초과하는 것은 좋지 않습니다.

특정 경우에는 핀의 최대 전압과 해당 핀의 최대 전류의 두 가지 한계가있을 수 있습니다. 30µA로 제한되는 경우 실제로 5V를 적용하지 않습니다. 보호 다이오드를 통해 30µA 만 있으면 최대 전압이 실제로 초과되지 않을 수 있습니다. 데이터 시트를주의해서 읽으십시오.

답변

나는 한때 Atmel (TI는 아님, 여전히 흥미 롭다) 의 앱 노트 를 보았습니다.

VCC 이상의 전압과 GND 미만의 전압으로부터 장치를 보호하기 위해 AVR에는 I / O 핀에 내부 클램핑 다이오드가 있습니다 (그림 -1 참조). 다이오드는 핀에서 VCC 및 GND로 연결되며 모든 입력 신호를 AVR의 작동 전압 내에 유지합니다 (아래 그림 참조). VCC + 0.5V보다 높은 전압은 VCC + 0.5V로 내려 가고 (0.5V는 다이오드의 전압 강하) GND-0.5V 이하의 전압은 GND-0.5V까지 강요됩니다.

…

직렬 입력 저항은 1MΩ 저항입니다. 클램핑 다이오드가 최대 1mA 이상을 전도하지 않는 것이 좋습니다. 그러면 1MΩ은 약 1,000V의 최대 전압을 허용합니다.

따라서 Atmel은 이러한 방식으로 최대 1mA의 MCU에서 클램핑 다이오드를 사용하는 것이 좋다고 생각합니다. (앱 노트의 권한에 대해 논쟁 할 수는 있지만)

개인적으로, 나는 아직도 그것을 어떻게 생각해야하는지 잘 모르겠습니다. 한편으로 Atmel이 클램핑 다이오드를 통해 최대 1mA를 소싱 / 싱킹하는 것이 좋다고 지정하면, 그 전류를 잘 제거해도 아무런 문제가 없습니다 (30µA는 확실히 그에 해당합니다). 또한 이런 식으로 사용하면 실제로 전압 사양을 초과하지는 않습니다. 결국에는 다이오드가이를 고정시킵니다.

다른 한편으로는 이와 같은 클램핑 다이오드를 사용해도 괜찮습니까? 데이터 시트에서 다이오드 전류 클램핑에 대해 전혀 찾지 못 했으므로 이에 대한 유일한 소스는 애플리케이션 노트입니다.

따라서 TI에서 클램핑 다이오드를 통해 최대 전류를 지정하는 설명서를 찾아 볼 수 있습니다. 데이터 시트 나 앱 노트에 이러한 사용을 허용하거나 금지하는 정보가있을 수 있습니다.

그러나 안전을 원한다면 자체 클램핑 다이오드, 바람직하게는 낮은 Vf (예 : 쇼트 키)를 추가하는 것이 좋습니다. 또는 간단한 전압 분배기를 사용하십시오. 이렇게하면 사양을 위반하는지 여부를 걱정할 필요가 없습니다.

2019 년 8 월 업데이트

이 답변에서 앱 노트를 보았을 때 실제로 취미 프로젝트를 만들었습니다. 주로 제로 크로스 센싱을 위해이 구성을 사용했습니다. (회로도를 포함한 자세한 내용은 이 질문을 참조하십시오 . R8 / R9입니다).

이 회로는 2MΩ을 통해 230VAC를 ATTiny85의 PB3에 직접 연결하여 ESD 다이오드를 통해 약 58µA RMS / 163µA 피크를 제공합니다. 나는 여전히 모든 것에 대해 어떻게 생각해야하는지 잘 모르겠습니다. 그것을 사용하는 나의 동기는 프로젝트가 부분적 으로 미니멀리즘 의 운동 이라는 것이었다 . 회로를 얼마나 줄일 수 있는지 여전히 잘 작동합니다.

3 년 동안 광범위하게 사용 된 느낌이 어떻든 MCU는 여전히 잘 작동하고 있습니다.

당신이 ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

답변

일반적으로 절대 최대 등급을 초과하는 것과 관련하여 다른 답변이이를 다루었다고 생각합니다 (즉,하지 마십시오).

I / O 핀의 절대 최대 전압 정격과 관련하여 표면에 나타나는 것이 조금 더 복잡합니다. I / O에 VCC 및 GND에 대한 내부 보호 다이오드가있는 (일반적인) 경우 절대 최대 전압과 절대 최대 주입 전류라는 두 가지 절대 최대 값을 고려해야합니다. 절대 최대 전압을 초과하지 않으면 괜찮습니다. 반면, 입력이 절대 최대 주입 전류 미만으로 제한되는 전류 인 경우 (예 : 저항 사용)확인해야 합니다 :)). 이를 설명하는 훌륭한 애플리케이션 노트는 다음과 같습니다. http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

특히 나열된 장치의 경우 절대 최대 주입 전류에 대한 값을 찾을 수 없습니다.

이와 같은 상황에서 한계에 가까워 지거나 필요한 데이터를 찾을 수없는 경우 항상 제조업체에 직접 연락하여 해당 응용 엔지니어와 문제를 논의하는 것이 좋습니다 (두려워하지 마십시오) 제조업체에 연락하는 데 도움을주는 것이 일반적입니다.)

답변

엔지니어가 생각하고있는 것이 사실 일지라도 분명히 현명하지는 않습니다.

클램프 다이오드는 예상치 못한 상황에 적합합니다. 그들은 무지와 조잡한 디자인을 보상하기위한 것이 아닙니다. 그렇게하면 모든 안전 여유가 사라집니다. 설계, 제조업체 또는 이유와 설계에 따라 허용 오차가 약간 떨어집니다. 기술자가 배경을 알지 못하고 그러한 상황에 처하게되면 어떤 일이 발생했는지 파악하기 위해 많은 시간을 낭비 할 수 있습니다.

따라서 사양 내에서 유지하지 마십시오.

답변

다른 답변에서 언급되지 않았으므로 마이크로 컨트롤러의 한 핀에서 최대 정격을 초과하면 다음과 같은 결과가 발생할 수 있습니다.

  • 마이크로 컨트롤러의 전원을 켜기 전에 (마이크로 초 단위로) 적용하면 마이크로가 래치 업되어 치명적으로 실패 할 수 있습니다.

  • 마이크로 전원이 완전히 꺼 지거나 꺼진 상태에서 전원을 공급하면 보호 다이오드를 통해 전원 레일로 전류가 흐르고 전원이 공급되거나 완전히 꺼지지 않습니다.

EEBlog의 Dave Jones는 이 동작을 보여주는 멋진 비디오를 가지고 있습니다.

답변

Ω보다 안전한 솔루션은 디바이스 누설 유효 직렬 저항에 의존하기보다는 과전압을 클램핑하기 위해 TVS 다이오드를 배치하는 것입니다. 시리즈 R은 전류가 안전하고 연속적이므로 전류와 AS LONG을 제한합니다. 그러나 IF 용량 결합 및 ESD 보호가 손상 낮은 Z 클램프 TVS 클램프 다이오드로 VCC (3.6V TVS) 최상이다.

이 답변은 정확한 값이 아닌 일부 합리적인 추정치로 옴의 법칙을 사용할 수 있습니다.

ABSOLUTE MAX를 초과하면 실패 또는 영아 사망률이 급격히 증가합니다.

MTBF는 어떤 매개 변수와 초과 량에 따라 수십 년에서 마이크로 초로 갈 수 있습니다.

  • 다음은 인터페이스 전류를 제한하고 ESD로부터 보호하는 방법입니다.

ESD 클램프 다이오드는 모든 다이오드와 같은, 특정의 전압 강하를 평가하고 Vf를 일부 정격 전류 경우 Vgs를보다 적은 0.5V보다 이하로 감쇠하는 3kV 스파이크 사이의 저항을 제한하는 직렬 전류를 두 단계로 종종 있으며 CMOS 임계 값. 이 ESD 다이오드는 인터페이스의 빠른 응답 및 다이오드의 빠른 응답을 위해 1pF의 작은 역 바이어스 커패시턴스를 얻기 위해 작은 접합 크기로 인해 일반적으로 5mA DC 전류로 제한됩니다.

100pF의 표준 방전으로부터 ESD 등급 보호가 1kV @ 5mA라고 가정 해 봅시다. 모든 다이오드에는 내부 ESR이 있으며 이는 W 전력 등급과 반대입니다.

ESD 다이오드에 대한 1 차 다이오드의 전압 강하와 5mA의 일반적인 전류 제한에서 전압 강하를 추정 할 수 있습니다. Vf = 1V를 추정하면 5mW 다이오드 (5mA * 1V) 일 수 있으며 추정 ESR은 1 / (5mW) = 200 Ohms입니다.

그러나 200 Ohms 이상의 1kV ESD는 첫 번째 다이오드에서 5V 스파이크를 유발합니다.

따라서 직렬로 추정되는 10K의 2 차 다이오드가 필요합니다. 이제 ESD 스파이크는 5V / 10k = 0.5V로 CMOS 게이트의 Vgs 하위 임계 값 트리거 레벨 아래로 충분합니다.

이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도