Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Computer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Rzadko zadawane pytania: co zrobić z nieużywanymi pinami?

ghost666 07 Lis 2015 22:13 3858 7
  • Rzadko zadawane pytania: co zrobić z nieużywanymi pinami?
    Pytanie: Wiemy, że sposób prowadzenia masy jest najbardziej krytycznym elementem projektowania obwodów analogowych. Niepoprawnie poprowadzona masa może powodować wiele problemów w układzie. Ale jaka jest druga najważniejsza rzecz, jeśli chodzi o projektowanie urządzeń analogowych?

    Odpowiedź: Źle podłączone nieużywane wyprowadzenia w układach scalonych.

    Jakkolwiek temat ten był poruszany wielokrotnie w cyklu Rzadko zadawane pytania (np. tutaj), to jest to o tyle częsty i brzemienny w skutkach błąd, że warto jeszcze raz opisać zagadnienie nieużywanych pinów układów scalonych, tym razem w szerszym kontekście niż tylko odkrytych pól termicznych układów SMD.

    Jednym z problemów w tym zakresie jest brak standaryzacji kart katalogowych, nawet w obrębie jednego producenta układów scalonych. Często zdarza się, że wyprowadzenia układu scalonego oznaczone są NC, ale może znaczyć to dwie rzeczy i bardzo często zdarza się tak, że autorzy karty katalogowej nie specyfikują, którą rzecz mają na myśli. Najczęściej nazwa NC oznacza piny, które nie są wewnętrznie podłączone do struktury krzemowej. Taki pin powinno połączyć się z masą, ale jeśli nie zrobi się tak, a podłączy się jakiś inny sygnał, to w zasadzie nic złego nie powinno się stać.

    Inną sprawą są piny, które także są oznaczane NC, ale są wewnętrznie podłączone. Często jest tak, że producenci układów scalonych wykorzystują dodatkowe wejścia układów podczas procesu produkcji układu scalonego. Jeśli pin taki oznaczony jest IC, to zazwyczaj właśnie mamy do czynienia z taką sytuacją. Takiego pinu nie można podłączać do naszego układu, gdyż może spowodować to niepoprawne działanie układu albo nawet jego uszkodzenie.

    Jeśli chodzi o inne wyprowadzenia, to w ogólności, przyjąć możemy zasadę, że piny nieużywane, nie powinny pozostać bez podłączenia elektrycznego. Co dokładnie z nimi należy zrobić, zależne jest od rodzaju pinu i rodzaju układu - cyfrowego lub analogowego.

    W przypadku układów cyfrowych, często potrzebne są piny konfigurujące pracę układu, które podłączone są na stałe do poziomu logicznego zera lub jedynki. Te piny nie liczą się jako nieużywane i powinny one zostać podłączone zgodnie z wymaganiami konkretnej aplikacji. Nas najbardziej będą interesować te piny, które nie są do niczego podłączone na schemacie, czyli takie, których stan logiczny nie wpływa na działanie interesujących nas elementów w układzie elektronicznym. Takie piny muszą być podłączone do sygnału - logicznego zera lub jedynki - na stałe. Wyjątkiem tutaj mogą być wejścia trzystanowe - zero, jeden i OC - takie piny mogą pozostać niepodłączone do niczego, jednakże jest to niewskazane i powinno się tego unikać. Jeżeli układ scalony ma wbudowane dla tych pinów rezystory podciągające (do masy lub zasilania), podłączanie ich zewnętrznie do tych sygnałów nie jest konieczne, jednakże jeśli układ wystawiony jest na działanie pola elektrostatycznego lub promieniowania elektromagnetycznego (radiowego), to lepiej jest je podłączyć do odpowiedniego sygnału (zasilanie dla podciągania do zasilania i masa dla podciągania do masy - nie jest to jedyna opcja, ale podłączanie do masy pinów podciągniętych do zasilania i odwrotnie może nieznacznie zwiększyć pobór prądu układu scalonego).

    Nieużywane wejścia układów analogowych powinny być podłączone do stałego potencjału. Odstępstwem od tego, jakie czasami można zastosować, jest podłączanie niektórych wyjść do masy poprzez kondensator, ale takie rozwiązanie jeśli jest konieczne, to na pewno opisano w karcie katalogowej. Stałym potencjałem DC, do jakiego podłącza się większość wyjść jest zazwyczaj masa albo napięcie zasilania, szczególnie wejścia przełączników i multiplekserów analogowych muszą być na poziomie masy lub innym, wygodnym dla nas potencjale. Jest to podyktowane tym, że wejścia te mogą zbierać zakłócenia z otoczenia i wstrzykiwać do substratu układu scalonego - nawet jeżeli wejście jest w danym momencie nieaktywne to zakłócenia z zewnątrz układu mogą przenikać do sygnału, multipleksowanego na danym układzie. Ta uwaga tyczy się wszelkiego rodzaju multiplekserów - tych w osobnych elementach scalonych, jak i np. zintegrowanych z przetwornikami ADC. Szczególnie narażone są na to układy produkowane w technologii CMOS starszej generacji, gdzie zakłócenia były w stanie uruchomić pasożytniczy tyrystor pomiędzy terminalami zasilania układu, uszkadzając go. Nowsze układy nie są narażone na tego rodzaju awarię, jednakże zakłócenia nadal są wrogiem sygnału dobrej jakości. Zasadniczo, wejścia, które nie są wykorzystywane, powinny być podłączone do jakiegoś napięcia pomiędzy masą a napięciem zasilania. Zazwyczaj jest to potencjał masy, jednakże czasami z uwagi na przesłuch czy pasożytnicze pojemności, z których wyciekać może ładunek w układzie, wejścia, które nie są wykorzystane, podłączane są do innego potencjału lub nawet samego multipleksowanego sygnału.

    Wejścia wzmacniaczy operacyjnych wymagają zupełnie innego traktowania i jest to o wiele bardziej skomplikowana sprawa niż się wydaje. Zasadniczo u podstawy problemu z op-ampami leży fakt, że gdy zostanie on przesterowany, to wyjście nasyci się i wzmacniacz będzie zużywał nadmiernie wielką moc. Uniknięcie tego nie jest łatwe, gdyż większość typowych technik traktowania nieużywanych wzmacniaczy powoduje, że wyjście nasyca się. Jeśli pozostawimy wejścia niepodłączone to pole czy inne zakłócenia dookoła układu mogą spowodować przesterowanie op-ampa, co może nawet doprowadzić do jego uszkodzenia, a jeśli nie, to do poboru nadmiernego prądu zasilania. W skrajnym przypadku, gdy sprzęgające się z wejściami sygnały są przemienne, nasycający wyjście sygnał taki będzie, co może spowodować, że sygnał ten modulować będzie napięcie zasilające lub przedostawać się będzie do innych op-ampów w obudowie.

    Podłączenie wejść - jednego do masy, a drugiego do zasilania - także nie jest rozwiązaniem. Taka sytuacja nadal prowadzić będzie do przesterowania układu i nasycenia stopnia wyjściowego; możliwe nawet jest przekroczenie dopuszczalnego poziomu napięcia wejściowego i uszkodzenie układu. W tej sytuacji element na pewno będzie pobierał znaczny prąd - na poziomie miliamperów. Podłączenie obu wejść do masy także nie rozwiąże problemu, gdyż wtedy napięcie offsetu powodować będzie, że układ zostanie przesterowany. Idealnym rozwiązaniem tej sytuacji jest skonfigurowanie układu do pracy jako wtórnik napięciowy, łącząc wyjście z wejściem odwracającym i podanie na drugie z wejść wzmacniacza napięcia pomiędzy napięciami zasilania. W systemach z symetrycznym zasilaniem potencjał masy jest do tego idealny, ale podłączenie do innego napięcia także jest akceptowalne. Nie może to być żadne z napięć zasilania, ponieważ spowodowałoby przesterowanie układu; może to być natomiast dowolne napięcie pomiędzy napięciami zasilającymi op-amp. Wybór, skąd je pobrać jest prosty, ponieważ op-amp jest zasadniczo minimalnym obciążeniem dla sygnału.

    Można także wykorzystać op-amp jako bufor dowolnego sygnału - nawet jeśli polepszy to działanie układu jedynie minimalnie.

    Niewykorzystane wyjścia napięciowe nie wymagają żadnych zabiegów i mogą pozostać niepodłączone, jednakże wyjścia niektórych wzmacniaczy mogą oscylować, gdy na wyjściu nie ma żadnego pojemnościowego lub - tylko czasami - rezystancyjnego obciążenia. Takie oscylacje mogą powodować niepożądane zachowanie innych elementów, więc najlepiej jest podłączyć do opisywanego wyjścia konieczne obciążenie.

    Wyjścia prądowe układów analogowych z kolei wymagają bardzo często podciągnięcia - do masy lub zasilania - aby cały układ pracował poprawnie. Prawo Kirchhoffa wyraźnie mówi, że prąd którędyś popłynąć musi, nie może po prostu zniknąć. Zatem, jeżeli nie będzie on płynął wyjściem, to popłynie przez inny tor, najpewniej powodując jakieś niepożądane zachowania. Podciągnięcie będące rozwiązaniem tego problemu najczęściej jest zwykłą zworą, ale czasami, jeśli chcemy uniknąć nadmiernego grzania się układu, można umieścić tam opornik, który przejmie rolę rozpraszania ciepła.

    Wnioski, jakie powinno się wynieść z powyższego tekstu, to to, że nawet jeśli dany pin układu nie jest wykorzystany w naszej aplikacji, to i tak trzeba zrozumieć jego funkcję i potencjalną możliwość wpływania na nasz układ - jaki prąd może lub musi przez niego płynąć, czy jest czuły na zakłócenia czy pole RF, a może potrzebuje konkretnego rodzaju obciążenia? Odpowiedź na większość z tych pytań znajdziemy w kartach katalogowych układów - musimy je tylko dokładnie przeczytać, nawet te miejsca, które nie dotyczą bezpośrednio naszej aplikacji.

    Źródła:
    http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/49-11/raq_123.html
    http://www.analog.com/en/education/education-library/raqs/raq_jbryant_isolating_the_key_detail_for_issue3.html
    http://www.analog.com/en/education/education-library/raqs/raq_jb_what_shall_we_do_with_an_unused_opamp_iss46.html

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9215 postów o ocenie 6774, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • Computer Controls
  • #2
    karolark
    Poziom 40  
    A co tu jest odkrywczego - przecież to jest podawane na lekcjach pierwszych klas z kierunkach elektronika i pokrewne.


    No proszę jak lenistwo jest przyczyną lekkiego linczu :-)
    Toż to co napisałem jest oprócz pierwszych lat w szkołach to zw każdej książce np opisującej podstawy techniki cyfrowej.

    Z chęcią też przeczytam rozległy artykuł o możliwości porażenia i uszkodzeń przy wkładaniu łap przez lejków do urządzeń przez te istoty naprawianych w opcji nie wyciągnięcia takiej np nie wyciągnięcia wtyczki z gniazdka prądowego :-)


    A TERAZ PROSZĘ O SMAGANIE NEGATYWAMI :-)
  • Computer Controls
  • #3
    fbodek
    Poziom 14  
    Może i jest, jednak nie wszyscy użytkownicy forum są absolwentami takich szkól.
  • #4
    MasMas
    Poziom 16  
    Ok, analog analogiem, ale jeśli mam procesor (nie wiem, atmegę albo stm32) to chyba nie muszę nigdzie podłączać nieużywanych I/O?
  • #5
    Mscichu
    Poziom 16  
    nieużywane I/O mogą działać jak anteny i przeważnie już w programie ustawia się je jako wyjścia ze stanem niskim, a nóżki procesora fizycznie można zostawić luzem.
  • #6
    rexina
    Poziom 17  
    Inna sprawa że nie podłączone wejścia cyfrowe powodują zwiększony pobór prądu - szczególnie to ma znaczenie w układach mikromocowych.
  • #7
    Mscichu
    Poziom 16  
    rexina napisał:
    Inna sprawa że nie podłączone wejścia cyfrowe powodują zwiększony pobór prądu - szczególnie to ma znaczenie w układach mikromocowych.


    Możesz rozwinąć albo podać jakąś literaturę?
  • #8
    rexina
    Poziom 17  
    Pewnie. Sprawa jest taka że jak wejście CMOS'owe (w szczególności) nie jest do niczego podłączone (w stanie floating) to jest na nim bliżej niezdeterminowane napięcie (może być od Vss do Vdd).
    Stopień wejściowy CMOSów jest zbudowany zazwyczaj o komplementarną parę tranzystorów (np. Link - strona 2). Gdy na wejściu pojawi się napięcie w pobliżu połowy napięcia zasilającego oba tranzystory zostaną otwarte (niewiele bo niewiele, ładunek jest mały) - wystarczająco by pobrać trochę prądu.

    Tutaj jest coś więcej na ten temat.