IC最大IO引脚电流


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我正在查看ATTiny2313A微控制器的规格表,它为在上的每个IO引脚40mA流过的直流电流和在上通过地/ Vcc引脚流过的最大直流电流指定了绝对最大额定值200mA

我正计划使用此微控制器来驱动某些LED显示屏,因此可能会有大量的电流被吸收/吸收。我知道我绝对应该将电流保持在绝对最大额定值以下,但最好还是将其保持在建议的水平以下,但不幸的是没有列出。

我研究了用于驱动LED显示器的各种其他IC电路(逻辑移位寄存器,模拟开关,多路复用器等)也是如此,它们仅列出了绝对最大额定电流。

因此,我的问题是,对于仅列出绝对最大额定电流的不同IC电路,通常有什么良好的安全裕度?我可以撞到40 mA*并且完全安全吗?还是我想要2倍,3倍等的舒适安全系数?

*注意:我假设我从未实际超过40 mA,例如35 mA带有5 mA偏差的标称值。

后记:我知道有专门设计的恒流LED驱动器,但是我认为这仍然是驱动其他组件的相关问题。

Answers:


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绝对最大额定值可用来告诉您,如果超出最大保证值,可以保证损坏IC,不建议正常使用(请注意下面第一个片段中的“ 等于或高于……”)

所有体面的数据表都将建议使用条件,这是您要使用的条件,而不是绝对最大值。对于大多数小型微控制器,典型的最大工作条件是15-20mA。

在您的uC的数据表中,它提供了一个表格,显示了OH和OL电压随电流的变化,两者的范围都高达20mA。请注意,在20mA时电压上升/下降,您会发现超过此值将导致OH和OL电平超出规格兼容性(显示的示例为5V电源-3.3V和1.8V有所不同)
。例如,您可以看到在25°C时,输出低电压大约为0.5V @ 20mA(温度越高,输出电压越低)。
因此,我假设输出的最大值为20mA(在5V时-有关3.3V和1.8V,请参见其他表格)。还要注意表格下方的小注释,其中详细说明了保证的高/低输入值和组合的额定电流。

吸收最大1

绝对最大吸收2

绝对最大3

基本上确定您的工作条件(温度,电压等)时,请仔细阅读所有表格并进行数学计算,以确保符合规格要求。

如果您打算驱动某些LED显示器,请使用适当额定值的驱动器芯片或在每个引脚上添加一些分立的晶体管来驱动LED。除非您仅使用几个低电流指示器LED,否则通常是这样做的。


哦,杜尔。我想知道为什么找不到推荐的操作条件,我想我在寻找所有错误的东西。
helloworld922

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+1(如果可能,则为+100),以指出绝对最大值不是正常运行的设计值!
Wouter van Ooijen

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注意:正如其他人指出的那样,绝对不应故意接近绝对最大额定值。它们是芯片的已知故障点。但是,它们提供了一个非常有用的设计点,可用于了解您离该最大值有多远。该答案集中于解决该设计问题的剩余内容,即离该最大值应该有多远(以及为什么)。

静态情况下调整输出电流大小时,要考虑两个大问题:电压输出和热输出。

电压输出

当您增加输出电流时,由于GPIO引脚输出驱动器的有限输出阻抗,输出电压将开始“失败”(高于输出“低”的预期,低于输出“高”的预期) 。反过来,这会干扰输出连接电路的Q点。

对于高度非线性的设备(如LED),这尤其有趣。如果稍微改变施加到LED上的电压,电流需求的变化就很大。

这导致一般的原则,即您希望输出电压的“误差” 不超过10%(以简化设计寿命)。

为了接近绝对最大值,您的输出电压必须承受> 60%的误差。实际上,您的MCU的规格甚至没有显示出在该输出级别会有多少错误。

您会从3V VCC的输出“高”中得到1V之类的东西。该级别不足以可靠地向其他设备(在数字系统中)发出“高”信号。

我从您的数据表链接中提取了此图: 在此处输入图片说明

设计电流限制(此处给定Vcc = 3):3-0.1(3)= 2.7

在2.7V,额定电流限制是8毫安-也就是说,一个比你* 30 *毫安左右的预期少... ;-)

器件物理学中有趣的一点是,我看过的几乎每个CMOS输出驱动器中的n侧(低侧)都比p型高端强一些。这是因为电子(n型FET中的多数载流子)通过沟道移动的速度约为空穴(p型FET中的多数载流子)通过沟道的两倍。为了进行补偿,芯片制造商将p型晶体管的尺寸加倍(大约),直到驱动器的性能大致对称为止,但即使这样,低端通常仍会保持轻微的优势(<10%)。

这种情况也不例外... 在此处输入图片说明

您可以在该图中看到0 + 0.1(3)= 0.3V-> 9mA,比之前的8mA大约10%。

因此,如果可能的话,您应该将LED指示器安装芯片中。也就是说,对它们进行设计,使其输出低电平 = LED点亮。像这样:

在此处输入图片说明

热输出

引脚驱动器中的大电流=发热(显然)。热火++->灾难。GPIO驱动器电路通常根据几何必要性均匀地分布在芯片的外围(通常,它们通常确定芯片的最小尺寸)。

对于这种Atmel芯片(ATMEGA8,请参见下文),它们肯定是这样。GPIO电路聚集在青色环中深(蓝色)逻辑和内存区域周围的深蓝色引线键合位置周围。

在此处输入图片说明

这只是边界估计而已,只是有些手工,但是工程学是要把事情做好,所以这里是... ;-)

在高电流水平下使用相邻引脚应至少导致线性降额。

如果您假设器件的热量分布大致均匀(对于小晶粒,则是合理的假设),则可以通过从绝对最大额定值(40mA)向后工作并假设相邻的引脚共享100%的引脚来获得一阶近似值。热负担。

这意味着,如果您有一个40mA(实际上不这样做)输出,则其直接邻居应为0mA。20mA输出-> 10mA邻居等

如果我已经解释得足够好,那么现在应该很清楚,您可以在两种方法之间选择最小值。


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页面199为您提供了您想知道的内容。每个引脚都可以安全地/推荐在1.8 / 3 / 5v时将源极/灌电流5/10 / 20ma /推荐,而不会出现太大的压降(建议电流为+-0.5v)。每个引脚最大电流40ma,压降会更大。在任何给定时间,所有引脚的出入或出入不得超过60ma。第218-220页给出了一些漂亮的小图,显示了电压降与电流输出的关系。

VOL输出低电压(3)
IOL = 20mA,VCC = 5V 0.8v
IOL = 10mA,VCC = 3V 0.6v

VOH输出高压(4)
IOH = -20mA,VCC = 5V 4.2v
IOH = -10mA,VCC = 3V 2.4v

  1. 尽管在稳定状态(非瞬态)下,每个I / O端口可以吸收的电流超过测试条件(VCC = 5V时为20 mA,VCC = 3V时为10 mA),但必须注意以下几点:1]所有值的总和对于所有端口,IOL不得超过60 mA。如果IOL超过测试条件,则VOL可能会超过相关规范。不能保证引脚吸收的电流大于列出的测试条件。
  2. 尽管每个I / O端口在稳定状态(非瞬态)下都可以提供超过测试条件的电源(VCC = 5V时为20 mA,VCC = 3V时为10 mA),但必须注意以下几点:1]所有值的总和所有端口的IOH不得超过60 mA。如果IOH超出测试条件,则VOH可能会超过相关规范。不能保证引脚提供的电流大于列出的测试条件。
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