Nunca es seguro exceder las calificaciones máximas. Incluso operar en un punto dentro de las clasificaciones puede resultar en fallas si, por ejemplo, el proceso de fabricación se ha salido de las especificaciones (he tenido transistores de potencia fallando en una prueba de funcionamiento de prototipo y el fabricante admite una falla).

Cuanto más lejos de la región 'segura' opere, mayor será la posibilidad de una falla temprana. Tal vez segundos, tal vez meses; por lo general, el análisis no existirá. En raras ocasiones (ya veces más comúnmente a medida que los dispositivos se vuelven más maduros), un fabricante puede relajar algunas de las clasificaciones máximas, particularmente las clasificaciones que se relacionan con las tensiones limitadas en el tiempo.

En el caso que especifique, ha identificado que las calificaciones máximas absolutas son probablemente una aproximación. Es plausible que$\mu A$las corrientes con una alta impedancia de excitación se pueden aceptar en los pines de manera bastante confiable sin exceder los voltajes de ruptura (y posiblemente no exceda la clasificación de esta manera, ya que el pin se sujetará). Además, existe el riesgo de enganche si partes inesperadas del silicio conducen con varios estados de voltaje.

No espere que esto funcione en 100 000 piezas que tienen una vida útil de 10 años. Si puede vivir con fallas catastróficas ocasionales, tal vez el diseño siga siendo razonable. Si es un puerto de depuración en un producto de $5 con una vida útil de 6 meses, sería más razonable.

Exceder las calificaciones máximas absolutas es una mala idea.

En algunas circunstancias muy limitadas, puede valer la pena el riesgo de empujar algo más allá de los límites con cuidado. Esto podría aplicarse a situaciones únicas en las que sabe, por ejemplo, que la temperatura siempre estará por debajo de los 25 °C y cree que, como resultado, puede salirse con la suya violando algo más. También podría aplicarse a situaciones tipo McGyver en las que no tienes nada o algo que podría funcionar.

No está bien exceder los límites en un diseño de producción.

En su caso particular, es probable que haya dos límites, el voltaje máximo en un pin y la corriente máxima en ese pin. Realmente no está aplicando 5 V si eso está limitado a 30 µA. Con solo 30 µA a través del diodo de protección, es posible que en realidad no se exceda el voltaje máximo. Lea atentamente la hoja de datos.

Una vez encontré una nota de aplicación de Atmel (no TI, lo sé, aún interesante) que aprueba tal construcción ... ¡Para la detección de cruce por cero en la red eléctrica!

Para proteger el dispositivo de voltajes por encima de VCC y por debajo de GND, el AVR tiene diodos de sujeción internos en los pines de E/S (vea la Figura -1). Los diodos están conectados desde los pines a VCC y GND y mantienen todas las señales de entrada dentro del voltaje operativo del AVR (consulte la figura a continuación). Cualquier voltaje superior a VCC + 0,5 V se reducirá a VCC + 0,5 V (0,5 V es la caída de voltaje sobre el diodo) y cualquier voltaje por debajo de GND - 0,5 V se reducirá a GND - 0,5 V.

...

La resistencia de entrada en serie es una resistencia de 1 MΩ. No se recomienda que los diodos de sujeción conduzcan más de un máximo de 1 mA, y 1 MΩ permitirá un voltaje máximo de aproximadamente 1000 V.

Entonces, aparentemente, Atmel cree que está bien usar los diodos de sujeción en sus MCU de esta manera, hasta 1 mA. (Aunque se puede discutir sobre la autoridad de App Notes)

Personalmente, todavía no estoy del todo seguro de qué pensar al respecto. Por un lado, si Atmel especifica que está bien generar/disminuir hasta 1 mA a través de los diodos de sujeción, entonces no veo ningún problema si se mantiene alejado de esa corriente (y 30 µA ciertamente calificarían para eso). Además, si se usa de esta manera, en realidad no excede las especificaciones de voltaje; los diodos lo sujetan, después de todo.

Por otro lado, ¿está bien usar los diodos de sujeción de esta manera? Nunca encontré nada sobre la sujeción de la corriente del diodo en las hojas de datos, por lo que la única fuente para esto es una nota de la aplicación.

Por lo tanto, puede intentar encontrar documentación de TI que especifique la corriente máxima a través de los diodos de sujeción. Tal vez también tengan información en sus hojas de datos o notas de la aplicación que permitan o no permitan estos usos.

Pero si quiere estar seguro, es mejor que agregue sus propios diodos de sujeción, preferiblemente los de bajo Vf, es decir, Schottkys. O use un divisor de voltaje simple. De esa manera, no tendrá que preocuparse si está violando las especificaciones o no.

Actualización, agosto de 2019

Cuando encontré la nota de la aplicación en esta respuesta, en realidad estaba haciendo un proyecto de pasatiempo en el que terminé usando esta construcción para la detección de cruce por cero de la red. (Para obtener más detalles, incluido un esquema, consulte esta pregunta ; es R8/R9).

El circuito conecta 230 V CA a través de 2 MΩ directamente a PB3 en un ATTiny85, generando un pico de aproximadamente 58 µA RMS / 163 µA a través de los diodos ESD. Todavía no estoy del todo seguro de cómo sentirme acerca de todo el asunto; mi motivación para usarlo fue que el proyecto era en parte un ejercicio de minimalismo ; viendo hasta dónde podía reducir el circuito y aún así hacer que funcionara bien.

Cualesquiera que sean los sentimientos, tres años de uso extensivo después, la MCU todavía funciona bien.

Haz de eso lo que quieras ¯\_(ツ)_/¯

Con respecto a exceder la calificación máxima absoluta en general, creo que las otras respuestas han cubierto esto (es decir, no lo hagas).

Con respecto a la clasificación de voltaje máximo absoluto de un pin de E/S, es un poco más complejo de lo que parece en la superficie. En el caso (habitual) en el que las E/S tienen diodos de protección interna para VCC y GND, debe tener en cuenta dos valores máximos absolutos: la tensión máxima absoluta y la corriente de inyección máxima absoluta. Si no excede los voltajes máximos absolutos, entonces está bien. Por otro lado, si su entrada tiene una corriente limitada por debajo de la corriente de inyección máxima absoluta (por ejemplo, con una resistencia),debería estar bien :)). Una excelente nota de aplicación que describe esto es: http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN4731.pdf

Específicamente para el dispositivo que enumeró, no pude encontrar ningún valor para la corriente de inyección máxima absoluta.

En situaciones como esta, en las que se está acercando a los límites y/o no puede encontrar los datos que necesita, siempre recomendaría ponerse en contacto directamente con el fabricante y discutir el problema con uno de sus ingenieros de aplicaciones (no tenga miedo de comunicarse con los fabricantes, ¡generalmente están muy felices de ayudar!)

Si bien puede ser cierto lo que el ingeniero está pensando, ciertamente no es sabio.

Los diodos de abrazadera son para situaciones imprevistas. NO pretenden compensar la ignorancia y los diseños descuidados. Al hacerlo, todos los márgenes de seguridad desaparecen. Un poco peor en tolerancia por diseño, fabricante o cualquier razón y el diseño falla. Cuando un técnico tropieza con una situación de este tipo sin conocer los antecedentes, puede perder mucho tiempo para averiguar qué sucede.

Por lo tanto, no lo haga y manténgase dentro de las especificaciones.

Como no se mencionó en otras respuestas, exceder las clasificaciones máximas en un pin de un microcontrolador también puede resultar en lo siguiente:

• Si se aplica antes de que se encienda el microcontrolador (incluso por microsegundos), puede hacer que el micro se trabe y falle catastróficamente.

• Si se aplica mientras el micro está completamente apagado o apagado, esa corriente fluirá hacia sus rieles de alimentación a través de los diodos de protección, encendiéndolo o impidiendo que se apague por completo.

Dave Jones de EEBlog tiene un buen video que demuestra este comportamiento.

Ω La solución más segura es colocar un diodo TVS para bloquear la sobretensión, en lugar de depender de la resistencia en serie efectiva de fuga del dispositivo. La serie R limitará la corriente y MIENTRAS esa corriente sea segura, continua, debería estar bien. Pero si el acoplamiento capacitivo y la protección ESD están comprometidos, lo mejor es un diodo de abrazadera TVS con abrazadera Z baja (3.6V TVS) a Vcc.

Esta Respuesta puede usar la Ley de Ohm con algunas estimaciones razonables, no valores precisos.

La probabilidad de falla o mortalidad infantil aumenta considerablemente cuando se excede ABSOLUTE MAX.

MTBF puede ir desde décadas de años hasta microsegundos, dependiendo de qué parámetro y la cantidad en exceso.

• Así es como la corriente de la interfaz está limitada y protegida contra ESD.

Los diodos de abrazadera ESD, como todos los diodos, están clasificados para cierta caída de voltaje, Vf a cierta corriente nominal, si y a menudo están en dos etapas con una resistencia limitadora de corriente en serie en el medio para atenuar los picos de 3 kV a menos de 0.5 V o menos que los Vgs umbral del CMOS. Estos diodos ESD generalmente están limitados a una corriente de CC de 5 mA debido al pequeño tamaño de la unión para obtener una pequeña capacitancia de polarización inversa de 1 pF para una respuesta rápida de la interfaz y también una respuesta rápida del diodo.

Supongamos que la protección nominal ESD de una descarga estándar de 100pF es de 1kV a 5mA. Todos los diodos tienen una ESR interna que es inversa a su potencia nominal en W.

Podemos estimar la caída de voltaje en el primer diodo y la caída de voltaje desde el límite de corriente típico de 5 mA para los diodos ESD. Si estimamos Vf=1V, vemos que podría ser un diodo de 5mW (5mA*1V), que tiene una ESR estimada de 1/(5mW) = 200 ohmios.

Pero 1kV ESD sobre 200 ohmios causaría un pico de 5V en el primer diodo.

Por lo tanto, necesitamos un segundo diodo con un estimado de 10K en serie. Ahora, el pico de ESD es 5 V/10 k = 0,5 V, lo que es suficiente para estar por debajo del nivel de activación del subumbral Vgs de las puertas CMOS.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

¿Es 30 uA pequeño en este contexto?

¿Qué tal calcular la disipación de energía en el diodo de abrazadera, dividirla por el volumen del diodo (es decir, buscar el tamaño de la geometría) y luego ver qué tan rápido se calentará el silicio en el diodo cuando se aplique este nivel de estrés máximo? alcanza? ¿Se derretirá?

Estos son cálculos simples y razonables que puede hacer para controlar las cargas reales y explorarlas con su colega. Si puede cubrir los efectos térmicos, la tensión de tensión, el dV/dt de la capacitancia parásita (1) y similares, entonces podría tener un diseño.

Pero sospecho que encontrará que al menos un problema frustrará las ambiciones (tal vez por eso son límites de abs max ;-).

(1) la capacitancia parásita de interés es la que abarca la resistencia límite de corriente, que se descargará a través de ese pequeño diodo de protección y puede no tener suficiente capacidad térmica, especialmente porque va seguida de una carga de alimentación de CC constante, incluso si sobrevive .

Con la mayoría de los dispositivos PIC de Microchip esto funcionará y también está dentro de las especificaciones. El limitador de corriente (30µA) funciona como divisor de tensión.

A veces, si está bien que lo que haces se rompa la primera vez que se usa, puede que no te importe la clasificación. Suponga que quiere hacer un controlador que accione una válvula solenoide que libere un gas de un matraz. Va a ser inútil después de que se libere el gas. En ese caso, puede conducir la válvula solenoide con solo un transistor. Cuando se apaga, se romperá, permitiendo que la corriente pase entre su colector y emisor. Pero está bien porque el dispositivo ya no es necesario.

Tal vez no sea estrictamente electrónica, sino un piroencendedor. Un trozo de alambre de nicrom y una batería de coche de 12V. La gente aficionada a los cohetes hace esto todo el tiempo para poner en marcha sus motores.

Un fusible es similar en el sentido de que su capacidad nominal está diseñada para romperse (de manera segura).