¿Cuándo está bien superar la calificación máxima absoluta en una pieza?

Nunca es seguro superar las calificaciones máximas. Incluso operar en un punto dentro de las clasificaciones puede dar como resultado fallas si, por ejemplo, el proceso de fabricación se ha desviado de las especificaciones (he tenido fallas en los transistores de potencia en una prueba de remojo de ejecución de prototipo, y el fabricante admite una falla).

Cuanto más lejos de la región "segura" en la que opera, mayor será la posibilidad de un fallo temprano. Tal vez segundos, tal vez meses, generalmente el análisis no existirá. En raras ocasiones, (y en ocasiones más a medida que los dispositivos se vuelven más maduros), un fabricante puede relajar algunas de las clasificaciones máximas, en particular las clasificaciones relacionadas con tensiones limitadas en el tiempo.

En el caso que especifique, ha identificado que las calificaciones máximas absolutas son probablemente una aproximación. Es plausible que las corrientes \ $ \ mu A \ $ con una alta impedancia de la unidad puedan aceptarse en los pines de manera bastante confiable sin exceder los voltajes de ruptura (y posiblemente no exceda la clasificación de este tipo, ya que el pin se sujetará). Además, existe el riesgo de que se enganche si partes inesperadas del silicio realizan varios estados de voltaje.

No espere que esto funcione en 100,000 partes que tienen una vida útil de 10 años. Si puede vivir con la falla catastrófica ocasional, tal vez el diseño todavía sea razonable. Si es un puerto de depuración en un producto de $ 5 con una vida útil de 6 meses, sería más razonable.

Superar las calificaciones máximas absolutas es una mala idea.

En algunas circunstancias muy limitadas, vale la pena correr el riesgo de empujar con cuidado algo más allá de los límites. Esto podría aplicarse a situaciones puntuales en las que sepa, por ejemplo, que la temperatura siempre estará por debajo de los 25 ° C y que, como resultado, puede evitar violar otra cosa un poco. También puede aplicarse a situaciones de tipo McGyver en las que no tienes nada o algo que podría funcionar.

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

En su caso particular, es probable que haya dos límites, la tensión máxima en un pin y la corriente máxima en ese pin. Realmente no está aplicando 5 V si está limitado a 30 µA. Con solo 30 µA a través del diodo de protección, es posible que la tensión máxima no se exceda realmente. Lee la hoja de datos cuidadosamente.

Una vez me topé con una nota de aplicación de Atmel (no TI, Sé que es aún interesante) que aprueba tal construcción ... ¡Para la detección de cero cruces en la red!

  

Para proteger el dispositivo de voltajes por encima de VCC y por debajo de GND, el AVR   tiene diodos de sujeción internos en los pines de E / S (consulte la Figura -1). los   Los diodos están conectados desde los pines a VCC y GND y mantienen toda la entrada   señales dentro del voltaje de operación del AVR (ver la figura a continuación). Alguna   el voltaje superior a VCC + 0.5V se reducirá a VCC + 0.5V (0.5V   es la caída de voltaje sobre el diodo) y cualquier voltaje por debajo de GND -   0.5V será forzado hasta GND - 0.5V.

     

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La resistencia de entrada en serie es una resistencia de 1MΩ. No se recomienda   que los diodos de sujeción conducen más de un máximo de 1 mA y 1 MΩ   entonces permitirá un voltaje máximo de aproximadamente 1.000V.

Entonces, aparentemente, Atmel cree que está bien usar los diodos de sujeción en sus MCU de esta manera, hasta 1 mA. (Aunque puede discutir sobre la autoridad de las Notas de la aplicación)

Personalmente, todavía no estoy completamente seguro de qué pensar. Por un lado, si Atmel especifica que está bien obtener una fuente / sumidero de hasta 1 mA a través de los diodos de sujeción, no veo ningún problema si se mantiene alejado de esa corriente (y 30µA sin duda calificaría para eso). Además, si se usa de esta manera, en realidad no excede las especificaciones de voltaje; los diodos lo sujetan, después de todo.

Por otro lado, ¿está bien usar diodos de sujeción como este? Nunca encontré nada sobre la corriente de diodo de sujeción en las hojas de datos, por lo que la única fuente para esto es una Nota de aplicación.

Por lo tanto, puede intentar encontrar la documentación de TI especificando la corriente máxima a través de los diodos de sujeción. Tal vez también tengan información en sus hojas de datos o Notas de aplicación que permiten o no estos usos.

Pero si desea estar seguro, es mejor que agregue sus propios diodos de sujeción, preferiblemente los de baja Vf, es decir, Schottkys. O use un divisor de voltaje simple. De esa manera, no tendrá que preocuparse si está violando las especificaciones o no.

En cuanto a exceder la calificación máxima absoluta en general, creo que las otras respuestas han cubierto esto (es decir, no lo haga).

En lo que respecta a la capacidad de voltaje máxima absoluta de un pin de E / S, es un poco más complejo que aparece en la superficie. En el caso (habitual) en el que las E / S tienen diodos de protección interna para VCC y GND, debe tener en cuenta dos valores máximos absolutos: el voltaje máximo absoluto y la corriente de inyección máxima absoluta. Si no excede los voltajes máximos absolutos, entonces está bien. Por otro lado, si su entrada está limitada por una corriente por debajo de la corriente de inyección máxima absoluta (por ejemplo, con una resistencia), los diodos de protección internos sujetarán la tensión que ve la E / S y no se excederá el límite máximo absoluto (debe hacerlo). capaz de probar esto en un prototipo conectando la entrada de corriente limitada y midiendo el voltaje, siempre que el voltaje y las corrientes que entran en el pin estén por debajo de sus respectivos valores máximos de abs, debería estar bien :) ). Una excelente nota de aplicación que describe esto es: enlace

Específicamente para el dispositivo que enumeró, no pude encontrar ningún valor para la corriente de inyección máxima absoluta.

En situaciones como esta, donde se está acercando a los límites y / o no puede encontrar los datos que necesita, siempre recomendaría ponerse en contacto directamente con el fabricante y discutir el problema con uno de sus Ingenieros de aplicaciones (no t tenga miedo de ponerse en contacto con los fabricantes, ¡por lo general están muy felices de ayudar!

Aunque podría ser cierto lo que piensa el ingeniero, ciertamente no es sabio.

Los diodos de pinza son para situaciones imprevistas. NO están diseñados para compensar la ignorancia y los diseños descuidados. Al hacerlo, todos los márgenes de seguridad se han ido. Un poco peor en tolerancia por diseño, fabricante o por cualquier motivo y el diseño falla. Cuando un técnico se sorprende de esa situación sin saber los antecedentes, puede perder mucho tiempo para averiguar qué sucede.

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

Como no se mencionó en otras respuestas, superar las calificaciones máximas en un pin de un microcontrolador también puede dar como resultado lo siguiente:

• Si se aplica antes de que el microcontrolador se encienda (incluso en microsegundos), puede hacer que el micro se enganche y falle catastróficamente.

• Si se aplica mientras el micro está completamente apagado o apagado, la corriente fluirá hacia los rieles de alimentación a través de los diodos de protección, lo que lo encenderá o evitará que se apague por completo.

Dave Jones de EEBlog tiene un buen video que demuestra este comportamiento.

Ω La solución más segura es poner un diodo TVS para sujetar la sobretensión, en lugar de depender de la resistencia en serie efectiva del dispositivo. La serie R limitará la corriente y TANTO, ya que esa corriente es segura, continua, debería estar bien. Pero IF el acoplamiento capacitivo y la protección contra ESD están comprometidos, un diodo de abrazadera de TVS con abrazadera de Z bajo es el mejor (3.6V TVS) a Vcc.

  

Esta respuesta puede usar la Ley de Ohm con algunas estimaciones razonables y no con valores precisos.

La probabilidad de fracaso o mortalidad infantil aumenta considerablemente, cuando se excede ABSOLUTE MAX.

El MTBF puede pasar de décadas de años a microsegundos, dependiendo de qué parámetro y la cantidad en exceso.

• Aquí es cómo la interfaz actual está limitada y protegida de ESD.

Los diodos de sujeción ESD, como todos los diodos, están clasificados para cierta caída de voltaje, Vf a cierta corriente nominal, si y, a menudo, se encuentran en dos etapas con una limitación de corriente en serie La resistencia intermedia atenúa los picos de 3 kV a menos de 0,5 V o menos que el umbral de Vgs en el CMOS. Estos diodos ESD generalmente están limitados a 5 mA de corriente DC debido al pequeño tamaño de la unión para obtener una pequeña capacitancia de polarización inversa de 1pF para una respuesta rápida de la interfaz y también una respuesta rápida del diodo.

Supongamos que la protección de clasificación ESD de una descarga estándar de 100pF es 1kV @ 5mA. Todos los diodos tienen una ESR interna que es inversa a su clasificación de potencia W.

Podemos estimar la caída de voltaje en el primer diodo y la caída de voltaje desde el límite de corriente típico de 5 mA para diodos ESD. Si estimamos que Vf = 1V, vemos que podría ser un diodo de 5 mW (5 mA * 1 V), que tiene un ESR estimado de 1 / (5 mW) = 200 ohmios.

Pero 1kV ESD a más de 200 ohmios causaría un pico de 5V en el primer diodo.

Por lo tanto, necesitamos un segundo diodo con un estimado de 10K en serie. Ahora el pico de ESD es 5V / 10k = 0.5V, que es lo suficiente como para estar por debajo del nivel de activación del sub-umbral Vgs de las puertas CMOS.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

¿Es 30 uA pequeño en este contexto?

¿Qué hay de calcular la disipación de potencia en el diodo de pinza, dividir por el volumen del diodo (es decir, buscar el tamaño de la geometría), y luego ver qué tan rápido se calentará el silicio en el diodo cuando se aplique este nivel máximo de estrés? ¿Qué temperatura alcanzaría? ¿Se derretirá?

Estos son cálculos simples y razonables que usted puede hacer para controlar los cargamentos reales que se están llevando a cabo y explorarlos con su colega. Si puede cubrir los efectos térmicos, la tensión de tensión, el dV / dt de la capacitancia parásita (1) y similares, simplemente podría tener un diseño.

Pero sospecho que encontrará que al menos un problema frustrará las ambiciones (tal vez por eso son los límites máximos de abs ;-).

(1) la capacitancia parásita en cuestión es la que abarca la resistencia límite de corriente, que se descargará a través de ese pequeño diodo de protección, y es posible que no tenga suficiente capacidad térmica, especialmente porque va seguida de una carga de alimentación de CC constante, incluso si sobrevive.

Con la mayoría de los dispositivos PIC de Microchip, esto funcionará y también está dentro de la especificación. El limitador de corriente (30µA) funciona como un divisor de voltaje.

A veces, si está bien que lo que hagas se rompa la primera vez que se usa, puedes preocuparte menos por la calificación. Supongamos que desea crear un controlador que accione una válvula solenoide que libere un gas de un matraz. Va a ser inútil después de que se libere el gas. En ese caso, puede accionar la válvula solenoide solo con un transistor. Cuando se apaga, se romperá, permitiendo que la corriente pase entre su colector y el emisor. Pero está bien porque el dispositivo ya no es necesario.

Tal vez no sea estrictamente la electrónica, sino un pironiquitador. Una longitud de cable de nicrom y una batería de coche de 12V. La gente de cohetes de hobby hace esto todo el tiempo para poner en marcha sus motores.

Un fusible es similar porque su capacidad nominal está diseñada para ser dañada (de manera segura).