¿Cuándo se puede superar el valor nominal máximo absoluto de una pieza?

Question

Siempre he pensado que los valores máximos absolutos de una pieza son el límites que no debes violar. Punto. Fin de la historia.

Sin embargo, otro ingeniero defiende que no hay problema en superar el valor máximo absoluto de la tensión de entrada en un pin de E/S de un microcontrolador. Específicamente, él quiere aplicar 5v, corriente limitada a 30uA, a un micro con un voltaje máximo absoluto de 3.8v (Vdd + 0.3V <= 3.9V). El argumento es que los diodos de la abrazadera se hará cargo del exceso de tensión.

No he podido encontrar nada en la hoja de datos sobre el hardware de E/S del micro.

¿Cuándo se puede superar el valor nominal máximo absoluto de una pieza?

Ficha de datos

Guía del usuario

Answer 1

Su nunca seguro superar los valores nominales máximos. Incluso el funcionamiento en un punto dentro de los valores nominales puede dar lugar a fallos si, por ejemplo, el proceso de fabricación se ha desviado de las especificaciones (he tenido transistores de potencia que fallan en una prueba de inmersión de ejecución de prototipos, y el fabricante admite un fallo).

Cuanto más se aleje de la región "segura", mayor será la probabilidad de un fallo prematuro. Tal vez segundos, tal vez meses - generalmente el análisis no existirá. En raras ocasiones (y a veces con más frecuencia a medida que los dispositivos maduran), un fabricante puede relajar algunos de los valores nominales máximos, sobre todo los relacionados con tensiones limitadas en el tiempo.

En el caso que especifica, ha identificado que los valores máximos absolutos son probablemente una aproximación. Es plausible que \$\mu A\$ Se pueden aceptar corrientes con una alta impedancia de conducción en las patillas de forma bastante fiable sin exceder las tensiones de ruptura (y podría decirse que no se excede el valor nominal de esta forma, ya que la patilla se bloqueará). Además, existe el riesgo de latch-up si partes inesperadas del silicio están conduciendo con varios estados de tensión.

No esperes que esto funcione en 100.000 piezas que tienen una vida útil de 10 años. Si usted puede vivir con el fallo catastrófico ocasional, tal vez el diseño sigue siendo razonable. Si se trata de un puerto de depuración en un producto de 5 dólares con una vida útil de 6 meses, sería más razonable.

Answer 2

Superar los valores máximos absolutos es una mala idea.

En algunas circunstancias muy limitadas, puede merecer la pena correr el riesgo de llevar algo más allá de sus límites. Esto podría aplicarse a situaciones puntuales en las que sabes, por ejemplo, que la temperatura siempre será inferior a 25 °C y crees que puedes salirte con la tuya violando un poco otra cosa como resultado. También puede aplicarse a situaciones tipo McGyver, en las que o no tienes nada o tienes algo que puede trabajo.

No está bien sobrepasar los límites en un diseño de producción.

En tu caso particular, es probable que haya dos límites, el voltaje máximo en un pin y la corriente máxima en ese pin. En realidad no estás aplicando 5 V si está limitado a 30 µA. Con sólo 30 µA a través del diodo de protección, es posible que la tensión máxima no se supere realmente. Lee atentamente la hoja de datos.

Answer 3

Una vez me encontré con un nota de aplicación de Atmel (no TI, lo sé - aún así interesante) que aprueba tal construcción... ¡Para la detección de cruce por cero en la red!

Para proteger el dispositivo de tensiones superiores a VCC dispone de diodos de bloqueo internos en los pines de E/S (véase la Figura -1). Los diodos Los diodos están conectados desde los pines a VCC y GND y mantienen todas las señales de entrada dentro de la tensión de funcionamiento del regulador. de entrada dentro de la tensión de funcionamiento del regulador (véase la figura siguiente). Cualquier tensión superior a VCC + 0,5V será forzada a bajar a VCC + 0,5V (0,5V es la caída de tensión sobre el diodo) y cualquier tensión inferior a GND - 0,5V será forzada a subir a GND - 0,5V.

...

La resistencia de entrada en serie es una resistencia de 1MΩ. No se recomienda que los diodos de apriete conduzcan más de 1mA como máximo, y 1MΩ permitirá entonces una tensión máxima de aproximadamente 1.000V.

Así que, aparentemente Atmel piensa que está bien usar los diodos de apriete en sus MCUs de esta manera, hasta 1mA. (Aunque se puede discutir sobre la autoridad de las App Notes).

Personalmente, aún no sé muy bien qué pensar de ella. Por un lado, si Atmel especifica que está bien para la fuente / fregadero de hasta 1 mA a través de los diodos de sujeción, entonces no veo ningún problema si se mantiene bien lejos de esa corriente (y 30µA sin duda calificar para eso). Además, si se utiliza de esta manera, en realidad no exceder las especificaciones de voltaje; los diodos de sujeción hacia abajo, después de todo.

Por el otro, es ¿Está bien utilizar los diodos de apriete de esta manera? Nunca encontré nada sobre la corriente de los diodos de apriete en las hojas de datos, así que la única fuente para esto es una App Note.

Así que podrías intentar encontrar documentación de TI que especifique la corriente máxima a través de los diodos de apriete. Tal vez también tengan información en sus hojas de datos o App Notes que permitan o no estos usos.

Pero si quieres estar seguro, es mejor que añadas tus propios diodos de apriete, preferiblemente de baja Vf, es decir, Schottkys. O utilizar un simple divisor de tensión. Así no tendrás que preocuparte de si estás violando las especificaciones o no.

Actualización, agosto de 2019

Cuando me encontré con la nota de aplicación en esta respuesta, en realidad estaba haciendo un proyecto de hobby donde terminé usando esta construcción para la detección de paso por cero de la red. (Para más detalles, incluyendo un esquema, ver esta pregunta ; es R8/R9).

El circuito conecta 230VAC a través de 2MΩ directamente a PB3 en un ATTiny85, poniendo alrededor de 58µA RMS / 163µA pico a través de los diodos ESD. Yo todavía No estoy del todo seguro de cómo sentirme al respecto; mi motivación para utilizarlo era que el proyecto era en parte un ejercicio de minimalismo ; ver hasta dónde podía reducir el circuito y que siguiera funcionando bien.

Sean cuales sean los sentimientos, tres años de uso intensivo después, la MCU sigue funcionando bien.

Haz de eso lo que quieras ¯ \_ (ツ)_/¯

Answer 4

En cuanto a la superación de la clasificación máxima absoluta en general, creo que las otras respuestas han cubierto este tema (es decir, no lo hagas).

En cuanto a la tensión nominal máxima absoluta de un pin de E/S, es un poco más complejo de lo que parece a primera vista. En el caso (habitual) de que las E/S tengan diodos de protección internos a VCC y GND, tienes que tener en cuenta dos valores máximos absolutos: la tensión máxima absoluta y la corriente de inyección máxima absoluta. Si no excedes los voltajes máximos absolutos, entonces estás bien. Por otro lado, si tu entrada está limitada por corriente por debajo de la corriente de inyección máxima absoluta (por ejemplo, con una resistencia), entonces los diodos de protección interna bloquearán la tensión de la E / S y no se excederán los máximos absolutos (deberías ser capaz de probar esto en un prototipo mediante la conexión de la entrada de corriente limitada y la medición de la tensión - siempre y cuando la tensión y las corrientes que entran en el pin estén por debajo de sus respectivos valores máximos absolutos, entonces no hay problema). debe estar bien :) ). Una excelente nota de aplicación que describe esto es: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

En concreto, no he encontrado ningún valor para la corriente de inyección máxima absoluta del dispositivo que indicas.

En situaciones como ésta, en las que te estás acercando a los límites o no encuentras los datos que necesitas, siempre recomiendo que te pongas en contacto directamente con el fabricante y comentes el problema con uno de sus ingenieros de aplicaciones (no tengas miedo de ponerte en contacto con los fabricantes, suelen estar encantados de ayudarte).

Answer 5

Aunque puede que sea cierto lo que piensa el ingeniero, desde luego no es sensato.

Los diodos de pinza son para situaciones imprevistas. NO están pensados para compensar la ignorancia y los diseños chapuceros. Al hacerlo desaparecen todos los márgenes de seguridad. Un poco peor en la tolerancia por el diseño, el fabricante, o lo que sea razón y el diseño falla. Cuando un técnico se enfrenta a una situación de este tipo sin conocer los antecedentes puede perder mucho tiempo en averiguar qué ocurre.

Por lo tanto, no lo hagas y mantente dentro de las especificaciones.