J'ai toujours pensé que les cotes maximales absolues sur une pièce sont les limites que tu ne violeras pas. Période. Fin de l'histoire.

Cependant, un autre ingénieur fait valoir qu'il est acceptable de dépasser la valeur nominale absolue maximale pour la tension d'entrée sur une broche d'E / S du microcontrôleur. Plus précisément, il souhaite appliquer 5v, courant limité à 30uA, à un micro avec une tension maximale absolue de 3,8v (Vdd + 0,3V <= 3,9V). L'argument étant les diodes à pince prendront soin de la surtension.

Je n'ai rien trouvé dans la fiche technique sur le matériel d'E / S sur le micro.

Quand est-il acceptable de dépasser la cote maximale absolue d'une pièce?

Fiche technique

Mode d'emploi

Ce n'est jamais sûr de dépasser les notes maximales. Même un fonctionnement à un point dans les valeurs nominales peut entraîner des échecs si, par exemple, le processus de fabrication a dérivé hors spécifications (j'ai fait échouer des transistors de puissance lors d'un test de trempage exécuté par un prototype et le fabricant admet un défaut).

Plus vous vous éloignez de la région «sûre», plus les chances d'échec précoce sont élevées. Peut-être quelques secondes, peut-être des mois - généralement l'analyse n'existera pas. Rarement (et parfois plus souvent à mesure que les appareils deviennent plus matures), un fabricant peut assouplir certaines des valeurs maximales - en particulier les valeurs liées à des contraintes limitées dans le temps.

Dans le cas que vous spécifiez, vous avez identifié que les cotes maximales absolues sont probablement une approximation. Il est plausible que des courants avec une impédance de commande élevée puissent être acceptés sur les broches de manière assez fiable sans dépasser les tensions de claquage (et sans doute vous ne dépassez pas la valeur nominale comme celle-ci, car la broche se bloquera). Il existe en outre un risque de verrouillage si des parties inattendues du silicium sont conductrices avec différents états de tension.$\mu A$

Ne vous attendez pas à ce que cela fonctionne dans 100 000 pièces qui ont une durée de vie de 10 ans. Si vous pouvez vivre avec l'échec catastrophique occasionnel, peut-être que la conception est toujours raisonnable. Si c'est un port de débogage sur un produit à 5 $ avec une durée de vie de 6 mois, ce serait plus raisonnable.

Dépasser les cotes maximales absolues est une mauvaise idée.

Dans certaines circonstances très limitées, pousser soigneusement quelque chose au-delà des limites pourrait valoir le risque. Cela peut s'appliquer à des situations ponctuelles où vous savez, par exemple, que la température sera toujours inférieure à 25 ° C et que vous pensez que vous pouvez vous en sortir en violant quelque chose d'autre en conséquence. Cela peut également s'appliquer aux situations de type McGyver où vous n'avez rien ou quelque chose qui pourrait fonctionner.

Il n'est pas acceptable de dépasser les limites dans une conception de production.

Dans votre cas particulier, il y a probablement deux limites, la tension maximale sur une broche et le courant maximal dans cette broche. Vous n'appliquez pas vraiment 5 V si cela est limité à 30 µA. Avec seulement 30 µA à travers la diode de protection, il est possible que la tension maximale ne soit pas réellement dépassée. Lisez attentivement la fiche technique.

Une fois, je suis tombé sur une note d'application d'Atmel (pas TI, je sais - toujours intéressante) qui tolère une telle construction ... Pour une détection zéro-cross sur le secteur!

Pour protéger l'appareil contre les tensions supérieures à VCC et inférieures à GND, l'AVR possède des diodes de serrage internes sur les broches d'E / S (voir Figure -1). Les diodes sont connectées des broches à VCC et GND et maintiennent tous les signaux d'entrée dans la tension de fonctionnement de l'AVR (voir la figure ci-dessous). Toute tension supérieure à VCC + 0,5 V sera forcée à VCC + 0,5 V (0,5 V est la chute de tension sur la diode) et toute tension inférieure à GND - 0,5 V sera forcée à GND - 0,5 V.

...

La résistance d'entrée en série est une résistance de 1 MΩ. Il n'est pas recommandé que les diodes de serrage conduisent plus de 1mA maximum, et 1MΩ permettra alors une tension maximale d'environ 1000V.

Donc, apparemment, Atmel pense qu'il est acceptable d'utiliser les diodes de serrage sur leurs MCU de cette manière, jusqu'à 1 mA. (Bien que vous puissiez discuter de l'autorité des notes d'application)

Personnellement, je ne sais toujours pas trop quoi en penser. D'une part, si Atmel spécifie qu'il est acceptable de fournir / absorber jusqu'à 1mA à travers les diodes de serrage, alors je ne vois aucun problème si vous vous éloignez bien de ce courant (et 30µA seraient certainement admissibles à cela). De plus, si utilisé de cette façon, vous ne dépassez pas réellement les spécifications de tension; les diodes le bloquent, après tout.

D'un autre côté, est-ce correct d'utiliser les diodes de serrage comme celle-ci? Je n'ai jamais rien trouvé sur le serrage du courant de diode dans les fiches techniques, donc la seule source pour cela est une note d'application.

Vous pouvez donc essayer de trouver de la documentation de TI spécifiant le courant maximum à travers les diodes de serrage. Peut-être qu'ils ont également des informations dans leurs fiches techniques ou notes d'application autorisant ou interdisant ces utilisations.

Mais si vous voulez être en sécurité, vous feriez mieux d'ajouter vos propres diodes de serrage, de préférence celles à faible Vf, à savoir Schottkys. Ou utilisez un simple diviseur de tension. De cette façon, vous n'aurez pas à vous inquiéter si vous violez les spécifications ou non.

Mise à jour, août 2019

Lorsque je suis tombé sur la note de l'application dans cette réponse, je faisais en fait un projet de loisir où j'ai fini par utiliser cette construction pour la détection du zéro du réseau. (Pour plus de détails, y compris un schéma, voir cette question ; c'est R8 / R9).

Le circuit connecte 230VAC à travers 2MΩ directement à PB3 sur un ATTiny85, mettant environ 58µA RMS / 163µA à travers les diodes ESD. Je ne suis toujours pas tout à fait sûr de ce que je pense de tout cela; ma motivation pour l'utiliser était que le projet était en partie un exercice de minimalisme ; voir jusqu'où je pourrais réduire le circuit et le faire bien fonctionner.

Quels que soient les sentiments, trois ans d'utilisation intensive plus tard, le MCU fonctionne toujours bien.

Faites-en ce que vous voulez ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

En ce qui concerne le dépassement de la note maximale absolue en général, je pense que les autres réponses l'ont couvert (c'est-à-dire ne le faites pas).

En ce qui concerne la tension maximale absolue d'une broche d'E / S, c'est un peu plus complexe qu'elle apparaisse en surface. Dans le cas (habituel) où les E / S ont des diodes de protection internes VCC et GND, vous devez prendre en compte deux valeurs maximales absolues: la tension maximale absolue et le courant d'injection maximal absolu. Si vous ne dépassez pas les tensions maximales absolues, tout va bien. En revanche, si votre entrée est limitée en courant au-dessous du courant d'injection maximum absolu (par exemple avec une résistance),devrait être ok :)). Une excellente note d'application décrivant ceci est: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

Plus précisément pour l'appareil que vous avez indiqué, je n'ai pas pu trouver de valeurs pour le courant d'injection maximal absolu.

Dans des situations comme celle-ci, où vous approchez des limites et / ou vous ne trouvez pas les données dont vous avez besoin, je recommanderais toujours de contacter directement le fabricant et de discuter du problème avec l'un de leurs ingénieurs d'application (n'ayez pas peur de contacter les fabricants, ils sont généralement très heureux de vous aider!)

Même si c'est peut-être vrai ce que pense l'ingénieur, ce n'est certainement pas sage.

Les diodes à pince sont destinées aux situations imprévues. Ils ne sont PAS destinés à compenser l'ignorance et les conceptions bâclées. Ce faisant, toutes les marges de sécurité ont disparu. Un peu moins bien toléré par la conception, le fabricant ou quoi que ce soit et la conception échoue. Lorsqu'un technicien stumbels accroche une telle situation sans connaître le contexte, il ou elle peut perdre beaucoup de temps à comprendre ce qui se passe.

Par conséquent, ne le faites pas et respectez les spécifications.

Comme cela n'a pas été mentionné dans d'autres réponses, le dépassement des valeurs maximales sur une broche d'un microcontrôleur peut également entraîner les conséquences suivantes:

• S'il est appliqué avant la mise sous tension du microcontrôleur (même par microsecondes), il peut provoquer un verrouillage et une défaillance catastrophique du micro.

• S'il est appliqué alors que le micro est complètement éteint ou éteint, ce courant circulera dans ses rails d'alimentation à travers les diodes de protection, l'alimentant ou l'empêchant de s'éteindre complètement.

Dave Jones d'EEBlog a une belle vidéo démontrant ce comportement.

Ω La solution la plus sûre est de mettre une diode TVS pour limiter la surtension, plutôt que de dépendre de la résistance série efficace de fuite de l'appareil. La série R limitera le courant et aussi longtemps que ce courant est sûr, continu, il devrait être correct. Mais IF couplage capacitif et de la protection ESD est compromise, une pince à Z faible diode de fixation de TVS est préférable (3.6V TVS) à Vcc.

Cette réponse peut utiliser la loi d'Ohm avec des estimations raisonnables et des valeurs non précises.

La probabilité d'échec ou de mortalité infantile augmente fortement lorsque ABSOLUTE MAX est dépassé.

Le MTBF peut aller de dizaines d'années à quelques microsecondes, selon le paramètre et la quantité excédentaire.

• Voici comment le courant d'interface est limité et protégé contre les décharges électrostatiques.

Les diodes à pince ESD, comme toutes les diodes, sont conçues pour une certaine chute de tension, Vf à un certain courant nominal, si et sont souvent en deux étapes avec une résistance de limitation de courant en série entre les deux pour atténuer les pointes de 3 kV à moins de 0,5 V ou moins que les Vgs seuil le CMOS. Ces diodes ESD sont généralement limitées à un courant continu de 5 mA en raison de la petite taille de la jonction pour obtenir une petite capacité de polarisation inverse de 1pF pour une réponse rapide de l'interface et également une réponse rapide de la diode.

Supposons que la protection contre les décharges électrostatiques d'une décharge standard de 100pF soit de 1 kV à 5 mA. Toutes les diodes ont un ESR interne qui est inverse à sa puissance nominale W.

Nous pouvons estimer la chute de tension sur la 1ère diode et la chute de tension à partir de la limite de courant typique de 5mA pour les diodes ESD. Si nous estimons Vf = 1 V, nous voyons que cela pourrait être une diode de 5 mW (5 mA * 1 V), qui a une ESR estimée de 1 / (5 mW) = 200 Ohms.

Mais 1kV ESD sur 200 Ohms provoquerait une pointe de 5V sur la 1ère diode.

Nous avons donc besoin d'une 2ème diode avec une estimation de 10K en série. Maintenant, la pointe ESD est de 5 V / 10 k = 0,5 V, ce qui est juste suffisant pour être en dessous du niveau de déclenchement sous-seuil Vgs des portes CMOS.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Est-ce que 30 uA sont petits dans ce contexte?

Que diriez-vous de calculer la dissipation de puissance dans la diode à pince, divisez par le volume de la diode (c.-à-d. Recherchez la taille de la géométrie), puis voyez à quelle vitesse le silicium dans la diode se réchauffera lorsque ce niveau de contrainte maximal est appliqué - Quelle température il atteint? Va-t-il fondre?

Ce sont de simples calculs raisonnables que vous pouvez faire pour comprendre les charges réelles en cours et les explorer avec votre collègue. Si vous pouvez couvrir les effets thermiques, la tension de tension, le dV / dt de la capacité parasite (1) et similaires, alors vous pourriez avoir une conception.

Mais je soupçonne que vous constaterez qu'au moins un problème contrecarrera les ambitions (c'est peut-être pour cela qu'il s'agit de limites abs max ;-).

(1) la capacité parasite préoccupante est celle qui s'étend sur la résistance limite de courant, qui sera déchargée via cette petite diode de protection, et peut ne pas avoir une capacité thermique suffisante, d'autant plus qu'elle est suivie d'une charge continue en courant continu même si elle survit .

Avec la plupart des dispositifs PIC Microchip, cela fonctionnera et est également conforme aux spécifications. Le limiteur de courant (30µA) fonctionne comme un diviseur de tension.

Parfois, si c'est OK que ce que vous faites casse la première fois qu'il est utilisé, vous pouvez vous soucier moins de la note. Supposons que vous vouliez créer un contrôleur qui entraîne une électrovanne qui libère un gaz d'un ballon. Ça va être inutile après la libération du gaz. Dans ce cas, vous pouvez piloter l'électrovanne avec uniquement un transistor. Lorsqu'il est éteint, il se cassera, permettant au courant de passer entre son collecteur et son émetteur. Mais c'est OK car l'appareil n'est plus nécessaire.

Ce n'est peut-être pas strictement de l'électronique, mais un pyro-allumeur. Une longueur de fil nichrome et une batterie de voiture 12V. Les passionnés de fusée le font tout le temps pour déclencher leurs moteurs.

Un fusible est similaire en ce sens que sa capacité nominale est conçue pour être rompue (de manière sûre).