MSP430 ADC Überspannung

Die$V_{CC} + 0.3V$ist absolute maximale Bewertungen . Es ist ein oft gemachter Fehler, aber Sie sollten Ihr Gerät niemals unter diesen Bedingungen betreiben. Auch wenn die Zahlen vermuten lassen, dass dies akzeptable Werte sind, kann ein Dauerbetrieb bei diesen Werten das Gerät beschädigen.
Allerdings liefern die meisten ADC-Typen, einschließlich MSP430 Sigma-Delta, einen maximalen Messwert, wenn die Eingangsspannung höher als die Referenz ist. Der Grund dafür ist, dass der ADC eine von der Referenz abgeleitete Spannung (entweder durch Integration wie bei Sigma-Delta oder durch Ladungsumverteilung wie bei SA) mit der Eingangsspannung vergleicht, und da diese höher als die Referenz ist diese Spannung wird niemals den Eingangspegel erreichen.

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Es ist gute Designpraxis, ein scharfes Auge für solche Maxima zu haben. Wenn Sie wissen, dass die Eingangsspannung höher als die ADC-Referenz werden kann, skalieren Sie sie besser mit einem Spannungsteiler etwas herunter. Sie beugen nicht nur Schäden vor, sondern können auch sicher sein, über den gesamten Bereich messen zu können. Wenn die Referenzspannung 3,6 V beträgt, würde eine Eingangsspannung von 3,6 V und eine von 3,7 V den gleichen Wert liefern, aber Sie werden nicht klüger sein.

Ich werde eine Antwort hinzufügen, weil dieses Thema einer meiner Kreuzzüge im Leben ist.

Dies ist "ziemlich lang +++", da ein vollständiger Hintergrund dazu Menschen davon überzeugen kann, dies NIEMALS zu tun. Hat bisher nicht funktioniert :-)

Das Anlegen einer Spannung über oder unter dem angegebenen Bereich für den Normalbetrieb KANN zu zufälligen unerwarteten Ereignissen führen. Dies ist etwas, das Sie NIEMALS tun sollten, ohne ein gutes Verständnis dafür zu haben, was passieren kann und warum es passieren kann, und die Bereitschaft, die möglichen Konsequenzen zu akzeptieren.

Denn: Die meisten Pins auf den meisten Mikrocontrollern sind durch eine "intrinsische" Diode zwischen dem Pin und der entsprechenden Versorgungsschiene gegen Über- oder Unterspannung geschützt. Diese Diode ist im Normalbetrieb normalerweise in Sperrichtung vorgespannt, leitet jedoch Strom zu Vdd für Spannungen über Vdd, und eine äquivalente Diode leitet Strom zu Masse für Pin-Spannungen unterhalb von Masse. In der folgenden Diskussion beziehe ich mich nur auf die Diode vom Pin zu Vdd - das gleiche Prinzip gilt für die Pin-zu-Masse-Diode.

Wie oben erwähnt, ist diese Intrinsic-Diode oder Body-Diode oder Schutzdiode normalerweise in Sperrichtung vorgespannt. Wenn es in Sperrrichtung vorgespannt ist, hat es im Wesentlichen keine Auswirkung auf den Betrieb. Wenn die Pin-Spannung über Vdd angehoben wird, beginnt die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt zu werden und beginnt zu leiten. Die Diode wird als intrinsische Diode bezeichnet, da sie als natürlicher Bestandteil der mechanischen Architektur des ICs ausgebildet ist. Es ist möglich, Pins herzustellen, die diese intrinsische Diode NICHT haben, aber sie erfordern einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt, nehmen also Platz und kosten Geld, und der Pin ist dann ungeschützt, sodass Pins wahrscheinlich diese Diode haben, es sei denn, es besteht ein besonderer Bedarf, sie nicht zu haben . Ein Beispiel ist, wenn während des Programmierens an einem Pin eine hohe Spannung anliegt (z. B. 12 V an einem Pin eines 3-V- oder 5-V-Produkts). Es gibt Konstruktionsmethoden, die diese intrinsische Diode nicht haben (z. B. Silizium auf Saphir), aber dies sind teure Nischenprozesse. Der Grund dafür, dass es wichtig ist, dass die Diode "intrinsisch" ist, liegt darin, dass sie in ihrer Position nicht genau definiert ist Der IC-Chip und seine genaue elektrische Verbindung zu den umgebenden Stiften und Teilen sind nicht genau definiert - all dies ist bei Sperrvorspannung fast völlig irrelevant. Wenn es jedoch in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, fließt Strom zu Vdd, ABER der Weg, auf dem er dorthin gelangt, ist nicht formal bekannt oder entworfen. Die genaue elektrische Verbindung zu umgebenden Stiften und Teilen ist nicht gut definiert - all dies ist fast völlig irrelevant, wenn es in Sperrrichtung vorgespannt ist. Wenn es jedoch in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, fließt Strom zu Vdd, ABER der Weg, auf dem er dorthin gelangt, ist nicht formal bekannt oder entworfen. Die genaue elektrische Verbindung zu umgebenden Stiften und Teilen ist nicht gut definiert - all dies ist fast völlig irrelevant, wenn es in Sperrrichtung vorgespannt ist. Wenn es jedoch in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, fließt Strom zu Vdd, ABER der Weg, auf dem er dorthin gelangt, ist nicht formal bekannt oder entworfen.

Also - Wenn eine übermäßige externe Spannung an den Pin angelegt wird, leitet die Diode und klemmt den Pin auf einen Diodenabfall über Vdd. Oder versuchen Sie es. Dies ist seine "Schutz"-Funktion. In diesem Fall machen Sie sich normalerweise keine allzu großen Sorgen darüber, ob der Prozessor ordnungsgemäß funktioniert, da Sie einen erheblichen Fehlerzustand haben, der behoben werden muss. Der Prozessor kann eine Fehlfunktion aufweisen, da er grob außerhalb der Spezifikation betrieben wird, aber solange er nicht durch die eingeklemmte Überspannung beschädigt wird und nach Behebung des Fehlers ordnungsgemäß neu gestartet werden kann, gibt es kein großes Problem. So weit, ist es gut.

Wenn die Diode in eine Low-Level-Leitung vorgespannt ist, fließen einige extrem kleine Ströme. Diese können weit unter dem Niveau liegen, das ein Stift normalerweise handhaben kann, und weit unter dem, was er ohne Beschädigung handhaben kann. ABER wohin sie fließen, ist unbekannt. Sie können in die ADC-Referenzschaltung fließen und die ADC-Genauigkeit verringern. Sie können schwebende Schaltungsknoten laden oder entladen, was dazu führen kann, dass ausgelegte oder störende MOSFETs unbeabsichtigt eingeschaltet werden, oder dass sie Sekunden oder Minuten oder sogar Stunden, nachdem der Strom entfernt wurde, eingeschaltet bleiben.

Wenn Sie sich die Formel und ein Diagramm der Diodenübergangsspannung gegen den Strom ansehen, werden Sie feststellen, dass eine Diode zwar bei keiner angelegten Spannung ausgeschaltet ist, aber ab etwa 0,3 V spürbar (wenn auch winzig) wird. Ich habe Siliziumtransistorschaltungen gesehen, die mit Vbe-Spannungen (Diodenübergang) im Bereich von 0,4 bis 0,5 V arbeiten. Deutlich unter dem erwarteten Bereich von 0,6 + V.

Aufgrund der nicht entworfenen und unbekannten Strompfade kann das Einspeisen von Strömen im Bereich von uA bis mA in eine Body-Diode dazu führen, dass eine Funktion eines Prozessors beeinträchtigt wird oder dass ein System „sehr gelegentlich auf scheinbar zufällige Weise fehlerhaft ist.

VIELE Leute werden Ihnen sagen, dass 0,5 mA, die in eine Körperdiode injiziert werden, niemals Probleme verursachen werden. Sie liegen falsch. In einem gegebenen Beispiel kann es sein, dass der Prozessor niemals einen „Fehler“ macht – aber ebenso leicht zu völlig geheimnisvollen, nicht wiederholbaren Symptomen führen kann, die sich einer logischen Erklärung oder Analyse entziehen.

All dies relativierte ich am Anfang mit Kommentaren zum Verständnis des Warum und Was und der Bereitschaft, Konsequenzen zu akzeptieren. Wenn dies ein einmaliges Hobbyprojekt ist und Ihre Zeit völlig wertlos ist und Sie sich an diesen Beitrag erinnern, dann KANN ein Pinanstieg von 0,3 V bei gebührendem Testen und Einbrennen akzeptabel sein. Und möglicherweise nicht. 0,4V sind weit in den Gefahrenbereich hinein. Wenn dies ein kommerzielles Produkt ist, dann "tun Sie es einfach nicht", es sei denn, Sie sind groß genug, um vertrauenswürdige empirische Daten ableiten zu können - im Wesentlichen Ihr eigenes Datenblatt zu erstellen. YMMV - wird es aber mit ziemlicher Sicherheit nicht.

Sie erhalten die maximale 10-Bit-Antwort, wenn Sie Vcc+ auf Ihren ADC-Pin legen. Wie Stevenh darauf hinwies, handelt es sich hierbei um die maximale Nennspannung und nicht um die empfohlenen Betriebsspannungen. Laut Datenblatt sollte die Eingangsspannung 0V bis Vcc betragen

Und direkt aus dem Datenblatt P27

Für gültige Wandlungsergebnisse muss der analoge Eingangsspannungsbereich innerhalb des gewählten Referenzspannungsbereichs VR+ bis VR– liegen.

Dies setzt voraus, dass Sie ein msp430f2012 oder msp430g2x31 haben

Für das, was es wert ist, sagen Ihnen einige Hersteller tatsächlich, was passiert, wenn Strom durch die intrinsischen Dioden des Teils fließt. Der dsPIC33EP256MC506 von Microchip hat beispielsweise die elektrischen Spezifikationen DI60a-DI60c, die besagen, dass einzelne I/O-Pins 5 mA „Injektionsstrom“ aufnehmen können, solange die Summe aller Pins weniger als 20 mA beträgt, und es gibt eine Notiz, die besagt

Injektionsströme ungleich Null können die ADC-Ergebnisse um etwa 4-6 Zählungen beeinflussen.

Sie müssten das spezifische Datenblatt für Ihr Teil überprüfen. Wenn sie keine Spezifikation angeben, sollten Sie technisch gesehen keinen Strom durch die intrinsischen Dioden fließen lassen. (obwohl in der Praxis unter einem Mikroampere in den meisten Fällen wahrscheinlich in Ordnung ist)