Aku selalu berpikir bahwa peringkat maksimum absolut pada bagian yang dalam batas-batas yang engkau tidak engkau melanggar. Periode. Akhir dari cerita.

Namun, insinyur lain membuat kasus bahwa tidak apa-apa untuk melebihi nilai maks absolut untuk tegangan input pada pin I / O mikrokontroler. Secara khusus, ia ingin menerapkan 5v, arus terbatas pada 30uA, ke mikro dengan tegangan maks absolut 3,8v (Vdd + 0,3V <= 3,9V). Argumen menjadi dioda penjepit akan menangani kelebihan tegangan.

Saya tidak bisa menemukan apa pun di lembar data tentang perangkat keras I / O pada mikro.

Kapan boleh melampaui nilai maksimum absolut pada suatu bagian?

Lembaran data

Panduan pengguna

Tidak pernah aman untuk melampaui peringkat maksimum. Bahkan beroperasi pada suatu titik dalam peringkat dapat mengakibatkan kegagalan jika misalnya proses manufaktur telah melenceng keluar dari spesifikasi (Saya telah memiliki transistor daya gagal dalam uji rendam menjalankan prototipe, dan produsen mengakui kesalahan).

Semakin jauh dari wilayah 'aman' Anda beroperasi, semakin tinggi kemungkinan kegagalan awal. Mungkin detik, mungkin berbulan-bulan - umumnya analisis tidak akan ada. Jarang, (dan kadang-kadang lebih umum ketika perangkat menjadi lebih matang) produsen mungkin melonggarkan beberapa peringkat maksimum - terutama peringkat yang berhubungan dengan tekanan waktu yang terbatas.

Dalam hal yang Anda tentukan, Anda telah mengidentifikasi bahwa peringkat maksimum absolut mungkin merupakan perkiraan. Sangat masuk akal bahwa arus dengan impedansi drive yang tinggi dapat diterima pada pin dengan cukup andal tanpa melebihi tegangan tembus (dan bisa dibilang Anda tidak melebihi nilai seperti ini, karena pin akan menjepit). Selain itu ada risiko latch-up jika bagian tak terduga dari silikon melakukan dengan berbagai kondisi tegangan.$\mu A$

Jangan berharap ini bekerja di 100.000 bagian yang memiliki masa kerja 10 tahun. Jika Anda bisa hidup dengan kegagalan bencana sesekali, mungkin desainnya masih masuk akal. Jika port debug pada produk $ 5 dengan masa hidup 6 bulan, itu akan lebih masuk akal.

Melebihi peringkat maksimum absolut adalah ide yang buruk.

Dalam beberapa keadaan yang sangat terbatas, mendorong sesuatu dengan hati-hati melewati batas mungkin sepadan dengan risikonya. Ini mungkin berlaku untuk situasi satu kali di mana Anda tahu, misalnya, bahwa suhunya akan selalu di bawah 25 ° C dan Anda pikir Anda bisa lolos dengan melanggar sesuatu yang lain sebagai akibatnya. Ini mungkin juga berlaku untuk situasi tipe McGyver di mana Anda tidak memiliki apa pun atau sesuatu yang mungkin bekerja.

Tidak apa-apa untuk melampaui batas dalam desain produksi.

Dalam kasus khusus Anda, kemungkinan ada dua batas, tegangan maksimum pada pin dan arus maksimum ke pin tersebut. Anda tidak benar-benar menerapkan 5 V jika itu terbatas pada 30 μA. Dengan hanya 30 μA melalui dioda perlindungan, ada kemungkinan bahwa tegangan maksimum sebenarnya tidak terlampaui. Baca datasheet dengan cermat.

Saya pernah menemukan catatan aplikasi dari Atmel (bukan TI, saya tahu - masih menarik) yang memaafkan konstruksi seperti itu ... Untuk sensor zero-cross pada listrik!

Untuk melindungi perangkat dari tegangan di atas VCC dan di bawah GND, AVR memiliki dioda penjepit internal pada pin I / O (lihat Gambar -1). Dioda terhubung dari pin ke VCC dan GND dan menyimpan semua sinyal input dalam tegangan operasi AVR (lihat gambar di bawah). Setiap tegangan yang lebih tinggi dari VCC + 0.5V akan dipaksa turun ke VCC + 0.5V (0.5V adalah drop tegangan dioda) dan tegangan apa pun di bawah GND - 0.5V akan dipaksa hingga GND - 0.5V.

...

Input resistor seri adalah resistor 1MΩ. Tidak direkomendasikan bahwa dioda penjepit melakukan lebih dari 1mA maksimum, dan 1MΩ kemudian akan memungkinkan tegangan maksimum sekitar 1.000V.

Jadi, rupanya Atmel berpikir tidak apa-apa untuk menggunakan dioda penjepit pada MCU mereka dengan cara ini, hingga 1mA. (Meskipun Anda dapat berdebat tentang otoritas Catatan Aplikasi)

Secara pribadi, saya masih tidak sepenuhnya yakin apa yang harus saya pikirkan. Di satu sisi, jika Atmel menentukan itu ok untuk sumber / tenggelam hingga 1mA melalui dioda penjepit, maka saya melihat tidak ada masalah jika Anda menghindari arus itu (dan 30μA pasti akan memenuhi syarat untuk itu). Juga, jika digunakan dengan cara ini, Anda tidak benar-benar melebihi spesifikasi voltase; dioda menjepitnya, setelah semua.

Di sisi lain, apakah boleh menggunakan klem dioda seperti ini? Saya tidak pernah menemukan apa pun tentang menjepit arus dioda di lembar data, jadi satu-satunya sumber untuk ini adalah Catatan Aplikasi.

Jadi Anda bisa mencoba dan menemukan dokumentasi dari TI yang menentukan arus maksimum melalui dioda penjepit. Mungkin mereka juga memiliki informasi dalam lembar data atau Catatan Aplikasi mereka yang mengizinkan atau melarang penggunaan ini.

Tetapi jika Anda ingin aman, Anda lebih baik menambahkan dioda penjepit Anda sendiri, lebih disukai yang rendah-Vf, yaitu Schottkys. Atau gunakan pembagi tegangan sederhana. Dengan begitu Anda tidak perlu khawatir jika Anda melanggar spesifikasi atau tidak.

Pembaruan, Agustus 2019

Ketika saya menemukan catatan aplikasi dalam jawaban ini, saya benar-benar membuat proyek hobi di mana saya akhirnya menggunakan konstruksi ini untuk indra nol-silang induk. (Untuk beberapa detail lebih lanjut, termasuk skema, lihat pertanyaan ini ; ini R8 / R9).

Rangkaian menghubungkan 230VAC melalui 2MΩ langsung ke PB3 pada ATTiny85, menempatkan sekitar 58μA RMS / 163μA puncak melalui dioda ESD. Saya masih tidak sepenuhnya yakin bagaimana perasaan tentang semua ini; motivasi saya untuk menggunakannya adalah bahwa proyek itu sebagian merupakan latihan dalam minimalis ; melihat seberapa jauh saya bisa mengurangi sirkuit dan masih berfungsi dengan baik.

Apa pun perasaannya, tiga tahun penggunaan yang luas kemudian, MCU masih berfungsi dengan baik.

Jadikan itu apa yang Anda inginkan ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Mengenai melebihi nilai maksimum absolut secara umum, saya pikir jawaban lain telah membahas hal ini (yaitu jangan lakukan itu).

Mengenai peringkat tegangan maksimum absolut I / O pin, itu sedikit lebih kompleks yang muncul di permukaan. Dalam kasus (biasanya) di mana I / O memiliki dioda perlindungan internal untuk VCC dan GND, Anda harus memperhitungkan dua nilai maksimum absolut: tegangan maksimum absolut, dan arus injeksi maksimum absolut. Jika Anda tidak melebihi tegangan maksimum absolut maka Anda baik-baik saja. Di sisi lain, jika input Anda saat ini terbatas di bawah arus injeksi maksimum absolut (misalnya dengan resistor),harus ok :)). Catatan aplikasi luar biasa yang menjelaskan hal ini adalah: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

Khusus untuk perangkat yang Anda daftarkan, saya tidak dapat menemukan nilai untuk arus injeksi maksimum absolut.

Dalam situasi seperti ini, di mana Anda mendekati batas dan / atau Anda tidak dapat menemukan data yang Anda butuhkan, saya akan selalu merekomendasikan menghubungi pabrikan secara langsung dan mendiskusikan masalah ini dengan salah satu Insinyur Aplikasi mereka (jangan takut menjangkau produsen, mereka biasanya sangat senang membantu!)

Meskipun mungkin benar apa yang dipikirkan insinyur, itu tentu tidak bijaksana.

Dioda penjepit untuk situasi yang tidak terduga. Mereka TIDAK dimaksudkan untuk mengkompensasi ketidaktahuan dan desain ceroboh. Dengan melakukan itu semua margin keamanan hilang. Sedikit lebih buruk dalam toleransi oleh desain, pabrikan, atau apa pun alasannya dan desain gagal. Ketika seorang teknisi menemukan situasi seperti itu tanpa mengetahui latar belakang, ia dapat membuang banyak waktu untuk mencari tahu apa yang terjadi.

Karena itu jangan dan tetap dalam spesifikasi.

Karena tidak disebutkan dalam jawaban lain, melebihi peringkat maksimum pada satu pin mikrokontroler juga dapat menghasilkan sebagai berikut:

• Jika diterapkan sebelum mikrokontroler menyala (bahkan dalam mikrodetik) dapat menyebabkan mikro terkunci dan gagal secara serempak.

• Jika diterapkan saat mikro benar-benar mati atau dimatikan, arus itu akan mengalir ke rel daya melalui dioda perlindungan, menyalakannya atau mencegahnya mematikan sepenuhnya.

Dave Jones dari EEBlog memiliki video yang bagus yang menunjukkan perilaku ini.

Ω Solusi yang lebih aman adalah menempatkan dioda TVS untuk menjepit tegangan berlebih, daripada tergantung pada resistensi seri efektif Kebocoran perangkat. Seri R akan membatasi arus dan AS PANJANG karena arus itu aman, kontinu, seharusnya ok. Tapi JIKA kapasitif kopling dan perlindungan ESD terganggu, dioda penjepit TVS Z rendah yang terbaik (TVV 3.6V) ke Vcc.

Jawaban ini dapat menggunakan Hukum Ohm dengan beberapa perkiraan yang masuk akal bukan nilai yang tepat.

Probabilitas kegagalan atau kematian bayi meningkat tajam, ketika ABSOLUTE MAX terlampaui.

MTBF dapat berubah dari beberapa dekade ke mikrodetik, tergantung pada parameter mana dan jumlah berlebih.

• Inilah cara antarmuka saat ini terbatas dan dilindungi dari ESD.

Dioda penjepit ESD, seperti semua dioda, diberi peringkat untuk penurunan tegangan tertentu, Vf pada beberapa arus pengenal, Jika dan sering dalam dua tahap dengan resistor pembatas arus seri di antara untuk menipiskan lonjakan 3kV menjadi kurang dari 0,5V atau kurang dari Vgs ambang CMOS. Dioda ESD ini biasanya terbatas pada arus DC 5mA karena ukuran persimpangan yang kecil untuk mendapatkan kapasitansi bias balik kecil sebesar 1pF untuk respons antarmuka yang cepat dan respons dioda yang cepat.

Mari kita asumsikan perlindungan peringkat ESD dari pembuangan standar 100pF adalah 1kV @ 5mA. Semua Dioda memiliki ESR internal yang terbalik dengan peringkat daya W-nya.

Kita dapat memperkirakan penurunan tegangan pada dioda 1 dan penurunan tegangan dari batas arus tipikal 5mA untuk dioda ESD. Jika kita memperkirakan Vf = 1V maka kita melihat itu bisa berupa dioda 5mW (5mA * 1V), yang memiliki ESR diperkirakan 1 / (5mW) = 200 Ohm.

Tapi ESD 1kV lebih dari 200 Ohm akan menyebabkan lonjakan 5V pada dioda 1.

Jadi kita membutuhkan dioda ke-2 dengan seri 10K diperkirakan. Sekarang lonjakan ESD adalah 5V / 10k = 0,5V yang cukup untuk berada di bawah level pemicu sub-ambang Vgs gerbang CMOS.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Apakah 30 uA kecil dalam konteks ini?

Bagaimana dengan menghitung disipasi daya dalam dioda penjepit, membaginya dengan volume dioda (yaitu mencari ukuran geometri), dan kemudian melihat seberapa cepat silikon dalam dioda akan memanas ketika tingkat tekanan puncak ini diterapkan - Suhu apa yang akan itu mencapai? Apakah akan mencair?

Ini adalah perhitungan wajar yang dapat Anda lakukan untuk menangani pemuatan nyata yang terjadi dan menjelajahinya dengan kolega Anda. Jika Anda dapat menutupi efek termal, tegangan tegangan, dV / dt dari kapasitansi liar (1) dan sejenisnya maka Anda mungkin memiliki desain.

Tapi saya curiga Anda akan menemukan bahwa setidaknya satu masalah akan menggagalkan ambisi (mungkin itu sebabnya mereka adalah batas maksimum ;-).

(1) kapasitansi liar yang menjadi perhatian adalah yang mencakup resistansi batas saat ini, yang akan dilepaskan melalui dioda proteksi yang kecil, dan mungkin tidak memiliki kapasitas termal yang cukup, terutama karena diikuti oleh beban daya DC yang stabil bahkan jika itu bertahan .

Dengan sebagian besar perangkat PIC Microchip ini akan berfungsi dan juga dalam spesifikasi. Pembatas arus (30μA) berfungsi sebagai pembagi tegangan.

Kadang-kadang jika tidak apa-apa yang membuat Anda istirahat saat pertama kali digunakan, Anda tidak peduli dengan peringkatnya. Asumsikan Anda ingin membuat pengontrol yang menggerakkan katup solenoida yang melepaskan gas dari labu. Ini akan sia-sia setelah gas dilepaskan. Dalam hal ini, Anda dapat menggerakkan solenoid valve hanya dengan transistor. Ketika dimatikan, itu akan pecah, memungkinkan arus melewati antara kolektor dan emitornya. Tapi tidak apa-apa karena perangkat tidak diperlukan lagi.

Mungkin tidak sepenuhnya elektronik, tetapi penyala-piro. Panjang kawat nikrom dan aki mobil 12V. Orang-orang hobi peroketan melakukan ini sepanjang waktu untuk berangkat motor mereka.

Sekering serupa karena kapasitas pengenalnya dirancang untuk dilanggar (dengan cara yang aman).