Ich habe gehört, dass das Belassen eines Pins, der auf einer MCU schwebend bleibt, wenn er als Eingang konfiguriert ist (im Gegensatz zum Standardausgang), schlecht für den Pin ist und schließlich dazu führen kann, dass er vorzeitig ausfällt. Ist das wahr? Hinweis: In meinem Fall schwebt der Pin aufgrund eines eingehenden Videosignals irgendwo zwischen 0,3 V und 1,3 V. Dies fällt manchmal in die Niemandszone von 0,8 V - 2,0 V, wenn mit 3,3 V betrieben wird.
Problem:
Es ist gefährlich, einen als Eingang konfigurierten Pin schwebend zu lassen, einfach weil Sie sich über den Zustand des Pins nicht sicher sein können. Wie Sie bereits erwähnt haben, war Ihr Pin aufgrund Ihrer Schaltung manchmal LOW oder manchmal im Niemandsland oder konnte manchmal auf HIGH gehen.
Ergebnis:
Im Wesentlichen wird der schwebende Eingang definitiv einen fehlerhaften Chipbetrieb oder ein unvorhersehbares Verhalten verursachen. Ich habe festgestellt, dass einige Chips eingefroren sind, indem ich einfach meine Hand näher an die Platine bewegt habe (ich trug kein ESD-Armband), oder einige zeigten bei jedem Einschalten der Platine ein anderes Startverhalten.
Warum:
Dies geschieht einfach, weil der Pin oszillieren würde, wenn externes Rauschen an diesem Pin vorhanden ist, wodurch Strom abgezogen würde, da CMOS-Logikgatter Strom abziehen, wenn sie den Zustand wechseln.
Lösung:
Die meisten Mikros haben heutzutage auch interne Klimmzüge, so dass dieses Verhalten verhindert werden könnte. Eine andere Möglichkeit wäre, den Pin als Ausgang zu konfigurieren, damit er die Interna nicht beeinflusst.
Es ist etwas schlimmer, als sich nur in einem unbekannten Zustand zu befinden oder unnötig umzuschalten. Digitale Schaltungen sind heutzutage meist vom CMOS-Typ, wobei Transistoren sowohl High- als auch Low-Side schalten; Wenn wir klare Einsen und Nullen haben, sind sie entweder ausgeschaltet oder gesättigt, die beiden effizientesten Zustände, in denen sich die Transistoren befinden können. Dazwischen befindet sich jedoch ein Bereich des linearen Betriebs; Es wird für analoge Verstärker verwendet, ist aber nicht so effizient wie die Extreme - was bedeutet, dass mehr Leistung als Wärme im Transistor verschwendet wird. Im schlimmsten Fall lecken sowohl die High- als auch die Low-Side-Transistoren (weil der Pin tatsächlich weder hoch noch niedrig ist), und sie können dann zusammen einen bemerkenswerten Strom innerhalb des Chips verursachen, wenn sie versuchen, den internen Zustand hoch zu treiben und niedrig - möglicherweise dasselbe beim nächsten Tor in einer Kettenreaktion. Die Hitze könnte ein Problem werden, auch wenn der Strom es nicht ist. Die Lösungen von IntelliChick gelten immer noch.
Für Pins, die auch mit ADCs verbunden sind, bieten einige Mikrocontroller die Funktion zum Deaktivieren des digitalen Eingangspuffers, um sowohl dieses Problem als auch Leckagen zu verhindern, die das Signal verzerren.
In der Praxis ist der Haupteffekt ein erhöhter Stromverbrauch. Wenn ein Pin tatsächlich erdfrei ist, anstatt an eine unbestimmte Spannungsquelle angeschlossen zu sein, kann es zu Schwingungen kommen, die ebenso wie eine zunehmende Leistungsaufnahme Rauschen in andere Teile des Systems einbringen können. Jeder Pin, der für einen ADC- oder Komparatoreingang verwendet werden kann, hat die Möglichkeit, den digitalen Eingangspuffer zu trennen, um dieses Problem zu vermeiden. (DIDR auf AVR, ADCON1/ANSEL auf PIC)
Im Allgemeinen ist es eine schlechte Idee, den Eingangspin so schwebend zu lassen, da dies zu Folgendem führen kann:
a) Funktionsprobleme - unbekannter Eingangszustand, Umschalten (kann beispielsweise einen Interrupt mit undefinierter ISR auslösen, der den Prozessor hängen lassen würde)
b) Erhöhter Stromverbrauch – höchstwahrscheinlich ist das Eingangstor ähnlich dem CMOS-Inverter. Wenn bei dieser Struktur der Eingang weit genug von jeder Schiene entfernt ist (z. B. bei halber Versorgung), fließt ständig ein erheblicher Überkreuzungsstrom.
c) Wenn der Überkreuzungsstrom fließt, kann das Phänomen, das als Hot-Carrier-Injektion bekannt ist, tatsächlich die Lebensdauer der Vorrichtung verringern. Das Eingangsgatter kann nur für normales Schalten und nicht für kontinuierliche Leitung ausgelegt sein, so dass das Gerät katastrophal ausfallen kann. Beachten Sie jedoch, dass das Gerät viele hundert Stunden bei erhöhter Temperatur in einem solchen Zustand bleiben müsste, damit dies geschieht.
Beachten Sie, dass a) und b) echte Probleme sind, auf die man höchstwahrscheinlich stoßen wird. Was c) betrifft, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Problem auftritt, aber warum ein Risiko eingehen?
Der Eingang wechselt je nach EMI zwischen 0 und 1. Ich bin mir nicht sicher, ob dies dazu führt, dass der Eingang fehlschlägt, aber es wird mehr Strom verbraucht, da die Übergänge von 0 auf 1 auf 0 gehen.
Setzen Sie es auf einen Ausgang und fertig.
Einige Hochgeschwindigkeits-CMOS-Bausteine können zerstört werden, wenn ein Eingang erdfrei gelassen wird, aber das häufigste Problem, das man beobachten wird, ist ein erhöhter Stromverbrauch. Bei Mikrocontrollern der PIC-Serie liegt der zusätzliche Strom in der Größenordnung von Hunderten von Mikroampere pro Floating-Pin. Nicht genug, um Geräteschäden zu verursachen, aber genug, um die Batterielebensdauer in einer Anwendung, die sonst 5 uA ziehen würde, stark zu beeinträchtigen. Einige Chips haben Optionen zum Deaktivieren eines digitalen Eingangs; Wenn ein Eingang deaktiviert ist, kann er frei schwebend gelassen werden.
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Martin
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Connor Wolf