IC最大IOピン電流


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ATTiny2313Aマイクロコントローラーのスペックシートを見ていたところ、各IOピンを流れるDC電流の絶対最大定格がに40mA、グランド/ Vccピンを流れる最大DC電流がに指定されています200mA

このマイクロコントローラーを使用して一部のLEDディスプレイを駆動することを計画しているため、大量の電流がソース/シンクされる可能性があります。絶対最大定格以下に電流を維持する必要があることは承知していますが、できればこれを推奨レベル以下に維持したいのですが、残念ながらリストされていません。

同じことが他のさまざまなIC回路(ロジックシフトレジスタ、アナログスイッチ、マルチプレクサなど)にも当てはまります。LEDディスプレイの駆動に使用することを検討したところ、絶対最大電流定格のみがリストされています。

だから私の質問は、絶対最大電流定格のみをリストしているさまざまなIC回路の一般的に良い安全マージンは何ですか?ぶつかって40 mA*完全に安全にできますか?または、2倍、3倍などの快適な安全係数が必要ですか?

*注:実際にを超えることはないと想定しています。40 mAたとえば35 mA5 mA分散のある公称値です。

追記:特別に設計された定電流LEDドライバーが存在することは知っていますが、これは他のコンポーネントの駆動に関連する問題であると私は思います。

回答:


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絶対最大定格は、超えた場合にICを損傷することが(かなり)保証されていることを示すものであり、通常の使用には推奨されません(以下の最初のクリップの「これら以上」注意してください)。

すべての適切なデータシートには、推奨される動作条件があります。これは、絶対最大値ではなく、使用したい条件です。ほとんどの小さなマイクロでは、15〜20mAが標準的な最大動作条件です。

uCのデータシートには、電流に対するOH電圧とOL電圧を示す表があり、どちらも最大20mAです。20mAでの電圧の上昇/降下に注意してください。これを超えると、OHレベルとOLレベルが仕様の互換性から外れる原因になります(5V電源の例-3.3Vと1.8Vでは状況が異なります)。
たとえば、 25°Cでは、出力の低電圧は約0.5V @ 20mAです(温度が高いほど)。
したがって、出力は最大20mA(5Vで-3.3Vおよび1.8Vについては他の表を参照)と想定します。また、保証されたhi / lo入力値と組み合わせた電流定格の詳細を示す表の下の小さなメモにも注意してください。

絶対最大1

絶対最大2

絶対最大3

基本的に、動作条件(温度、電圧など)を決定し、すべての表を注意深く読み、計算を行って、仕様の範囲内にあることを確認します。

一部のLEDディスプレイを駆動する場合は、適切な定格のドライバチップを使用するか、各ピンに個別のトランジスタを追加してLEDを駆動します。いくつかの低電流インジケータLEDのみを使用しているのでない限り、これが一般的な方法です。


ああ、ダール。どうしておすすめの運転条件が見つからなかったのかと思っていたら、間違ったものを探していたのではないでしょうか。
helloworld922

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+1(可能な場合は+100)は、絶対最大値が通常の動作の設計値ではないことを示します。
Wouter van Ooijen

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:他の人が指摘したように、絶対最大定格に意図的に近づくことは絶対にしないでください。これらは、チップの既知の障害点です。ただし、それらは、その最大値からどれだけ離れているかを理解するための非常に有用な設計ポイントを提供します。この答えは、その設計問題の残されたもの、つまり、その最大値からどれだけ離れるべきか(そしてその理由)を解決することに焦点を当てています。

静的な状況で出力電流のサイジングを行う場合、電圧出力と熱出力という2つの大きな問題を考慮する必要があります。

電圧出力

出力電流を増加させると、GPIOピンの出力ドライバーの有限の出力インピーダンスにより、出力電圧が「失敗」し始めます(出力「低」で予想より高く、出力「高」で予想より低くなります)。 。これにより、出力接続回路のQポイントが妨害されます。

これは、LEDのような非常に非線形なデバイスの場合に特に興味深いものです。LEDに印加する電圧を少し変更すると、現在の需要はより大きく変化します。

これにより、出力電圧の「エラー」が10%以下になるようにしたいという一般的な原則につながります(設計寿命を容易にするため)。

絶対最大値の近くに移動するには、出力電圧で60%を超えるようなエラーが発生する必要があります。実際、MCUの仕様には、その出力レベルで発生するエラーの程度は示されていません。

3VのVCCからの出力「高」から1Vのようなものが得られます。そのレベルは、他のデバイス(デジタルシステム内)に確実に "高い"信号を送るには十分高くありません。

データシートのリンクからこの図を抽出しました: ここに画像の説明を入力してください

電流制限を設計するには(ここでは、Vcc = 3を指定):3-0.1(3)= 2.7

2.7Vでは、公称電流制限は8mA です-つまり、* 30 * mA程度の予想よりも少し低いです... ;-)

デバイスの物理学からの興味深いメモは、私が見てきたほとんどすべてのCMOS出力ドライバーのn側(ロー側)が、p型のハイ側よりも少し強いということです。これは、電子(n型FETの多数キャリア)が、正孔(p型FETの多数キャリア)の2倍ほど容易にチャネルを通過するためです。これを補うために、チップメーカーは、ドライバーのパフォーマンスがほぼ対称になるまでp型トランジスタのサイズを(およそ)2倍にしますが、通常、ローサイドはわずかに(<10%の利点)を維持します。

このケースも例外ではありません... ここに画像の説明を入力してください

この図では、0 + 0.1(3)= 0.3V-> 9mAで、以前の8mAよりも約10%大きいことがわかります。

したがって、可能であれば、チップにLEDポインティングインストールする必要があります。つまり、出力= LEDが点灯するように設計します。このようなもの:

ここに画像の説明を入力してください

熱出力

ピンドライバーの大電流=熱(明らかに)。Heat ++->災害。GPIOドライバー回路は、通常、幾何学的な必要性によってダイの周囲に均等に分散されます(多くの場合、ダイの最小サイズを決定します)。

このAtmelチップ(ATMEGA8、以下を参照)の場合は、確かにそうです。GPIO回路は、中央の(暗い)ロジックとメモリ領域の周りのシアンリングの濃い青色のワイヤボンディングサイトの周りに集まっています。

ここに画像の説明を入力してください

これはすべて境界推定であり、わずかに手で波打っていますが、エンジニアリングは物事を成し遂げることなので、ここにいきます... ;-)

高電流レベルで隣接するピンを使用すると、少なくとも線形のディレーティングが生じるはずです。

部品がほぼ均等に熱を分配すると仮定する場合(小さなダイの場合は公正な仮定)、絶対最大定格(40mA)から逆方向に作業し、隣接するピンが100%熱負担。

つまり、1つの40mA(実際にはこれを行わない)出力がある場合、そのすぐ隣は0mAになるはずです。20mA出力-> 10mAネイバーなど

十分に説明したら、2つの方法の最小値を選択することは明らかです。


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199ページでは、知りたいことがわかります。各ピンは、1.8 / 3 / 5vで5/10 / 20maのソース/シンクを安全に/推奨でき、あまり電圧降下はありません(推奨電流で+-0.5v)。ピンあたり最大電流40mA、電圧降下は大きくなります。同時に組み合わせたすべてのピンで60mAアウトまたはインを超えないでください。218〜220ページに、電圧降下と電流出力の関係を示した小さなグラフがあります。

VOL出力低電圧(3)
IOL = 20mA、VCC = 5V 0.8v
IOL = 10mA、VCC = 3V 0.6v

VOH出力高電圧(4)
IOH = -20mA、VCC = 5V 4.2v
IOH = -10mA、VCC = 3V 2.4v

  1. 各I / Oポートは、定常状態(非過渡)でのテスト条件(VCC = 5Vで20 mA、VCC = 3Vで10 mA)よりも多くシンクする可能性がありますが、以下に注意する必要があります。1]すべての合計すべてのポートのIOLは60 mAを超えないようにしてください。IOLがテスト条件を超えると、VOLは関連する仕様を超える可能性があります。ピンは、記載されているテスト条件を超える電流をシンクすることは保証されていません。
  2. 各I / Oポートは、定常状態(非一時的)でテスト条件(VCC = 5Vで20 mA、VCC = 3Vで10 mA)よりも多くソースを供給できますが、以下を遵守する必要があります:1]すべての合計IOHは、すべてのポートで60 mAを超えてはなりません。IOHがテスト条件を超える場合、VOHは関連する仕様を超える可能性があります。ピンは、リストされているテスト条件より大きいソース電流を保証するものではありません。
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