¿Qué sucede con una compuerta lógica (además de la descarga de humo mágico) que ve un voltaje mayor que Vcc? ¿Es solo porque la compuerta no fue diseñada para manejar un voltaje más alto que el Vcc recomendado, o también es generalmente importante limitar el voltaje al Vcc real incluso si el chip funciona dentro de un rango de voltajes?
Lo que importa es el VCC real.
Las puertas lógicas (y los microprocesadores) tienen un diodo a VCC y un diodo a GND en cada pin de entrada y salida. (Excepto algunos chips que tienen algunos pines de colector abierto "tolerantes a la alta tensión", como se mencionó por pingswept).
Si manejas externamente una entrada más alta que la VCC real en ese momento, la corriente fluirá a través de ese diodo.
Mientras limite la corriente a través de ese diodo por debajo de la corriente máxima que se indica en la hoja de datos, una sobretensión leve no causará ningún daño permanente. Sin embargo, incluso cuando se limita a cantidades muy pequeñas de corriente, esto es suficiente para interrumpir los circuitos analógicos en el chip: el valor digitalizado de un ADC que lee un pin de entrada analógica puede ser totalmente incorrecto cuando está alterado por un voltaje ligeramente por encima del VCC. algún otro pin.
las corrientes aparentemente pequeñas a través de ese diodo pueden sobrecalentar localmente la región en el chip alrededor de ese pin, destruyendo la funcionalidad asociada con ese pin. Una persona puede pasar días tratando de averiguar por qué su software parece parece que funciona bien, a excepción de las cosas conectadas a ese pin. (¿Adivina cómo lo sé?)
las corrientes ligeramente más grandes a través de ese diodo pueden sobrecalentar y destruir todo el chip.
Casi todos los IC que puede comprar tienen una serie de "características ocultas" que se supone que están presentes y, por lo tanto, no se tratan en la hoja de datos.
Entre estos se encuentran los diodos de cuerpo / diodos de supresión de ESD. Estos tipos generalmente se esconden en cada pin de E / S en todos los dispositivos, desde las puertas lógicas básicas hasta la memoria y los microprocesadores de gama alta. Dirigen cualquier voltaje que sea mayor que VDD (voltaje de suministro) o menor que VSS (suministro común) al riel apropiado.
Si aplica un voltaje superior a cualquiera de estos límites, los diodos del cuerpo se desvían hacia delante y fijan el nivel en el pin a VDD o VSS. Esto suena como algo bueno y generalmente lo es, pero son dispositivos muy pequeños y no pueden disipar mucha energía. Puede terminar dañando este diodo (cortocircuitándolo o abriéndolo). En el primer caso, puede conducir a pines de E / S "atascados", y en el último caso, la siguiente sobretensión puede destruir la entrada.
Las salidas de colector abierto son útiles para poder controlar algunas salidas, como ya se mencionó pings. Poner pequeños resistores en serie con entradas que puedan entrar en contacto con voltajes desagradables, y / o usar diodos externos (incluso un 1N914 es ENORME en comparación con los diodos de protección en el propio IC) es una buena manera de ayudar a proteger los dispositivos.
Por supuesto, diseñar adecuadamente sus circuitos de entrada o salida para manejar eventos transitorios continuos o repetidos como estos puede ser un desafío de diseño en sí mismo. En términos generales, si le preocupa soplar una parte costosa, almacene en búfer la entrada o salida con IC (búferes) de búfer (mucho) más económicos y preferiblemente con zócalos.
Dos problemas: los diodos de protección de una entrada a GND y VCC permitirán grandes corrientes si el voltaje en la entrada es superior a VCC o inferior a GND. Eventualmente, los diodos pueden calentarse mucho y volverse de bajo valor óhmico, es decir, actuarán como un cortocircuito desde la entrada a VCC o GND. Además, puede producirse un enganche. Esto significa que un tiristor parásito oculto en el interior del circuito de entrada del CI se encenderá y permanecerá encendido mientras exista un voltaje externo presente y cause que la corriente fluya hacia la entrada. Eventualmente, el circuito de entrada podría calentarse y se producirán daños permanentes.
Hay dos cosas que observar en la hoja de datos: los voltajes de entrada relativos al VCC real aplicado al chip (que leen algo como V_in deben ser menores que VCC + 0.3 V y mayores que GND-0.3V) y voltajes absolutos en los pines de entrada (por ejemplo, V_in debe ser inferior a 6V). Si se exceden los límites relativos a VCC, probablemente los diodos internos explotarán. Superar los límites absolutos probablemente volará la puerta de los transistores CMOS en la entrada.
Algunas compuertas lógicas diseñadas para interfaces entre la lógica de 3.3V y la lógica de 5V pueden manejar 5V en la entrada cuando el IC mismo se suministra con 3.3V, pero estos son raros. Estos IC carecen de los diodos de protección de la entrada a VCC (y generalmente tienen diodos z de la entrada a GND y algunos otros trucos para evitar daños por ESD).
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