MSP430 ADC sobretensión

Él$V_{CC} + 0.3V$es Calificaciones máximas absolutas . Es un error que se comete a menudo, pero se supone que nunca debe operar su dispositivo en estas condiciones. Incluso si los números sugieren que estos son valores aceptables, la operación continua a esos valores puede dañar el dispositivo.
Dicho esto, la mayoría de los tipos de ADC, incluido el MSP430 sigma-delta, darán una lectura máxima si el voltaje de entrada es más alto que la referencia. La razón es que el ADC comparará un voltaje derivado de la referencia (ya sea a través de la integración, como en sigma-delta , o a través de la redistribución de carga, como en SA) contra el voltaje de entrada, y dado que este será más alto que el de referencia, este voltaje nunca alcanzará el nivel de entrada.

editar
Es una buena práctica de diseño tener buen ojo para tales máximos. Si sabe que el voltaje de entrada puede ser más alto que la referencia de ADC, es mejor que lo reduzca un poco usando un divisor de voltaje. No solo evita daños, sino que también se asegurará de poder medir en todo el rango. Si el voltaje de referencia es de 3,6 V, entonces un voltaje de entrada de 3,6 V y uno de 3,7 V le darán la misma lectura, pero no será más sabio.

Agregaré una respuesta porque este tema es una de mis cruzadas en la vida.

Esto es "bastante largo +++", ya que tener un historial completo de esto PUEDE persuadir a las personas para que NUNCA lo hagan. No ha funcionado hasta ahora :-)

La aplicación de un voltaje por encima o por debajo del rango especificado para el funcionamiento normal PUEDE provocar que ocurran eventos aleatorios inesperados. Esto es algo que NUNCA debe hacer sin una buena apreciación de lo que puede suceder y por qué puede suceder y la voluntad de aceptar las posibles consecuencias.

Porque: la mayoría de los pines en la mayoría de los microcontroladores están protegidos contra sobrevoltaje o bajo voltaje al tener un diodo "intrínseco" entre el pin y el riel de suministro relevante. Este diodo generalmente tiene polarización inversa en el funcionamiento normal, pero conducirá corriente a Vdd para voltajes superiores a Vdd y un diodo equivalente conducirá corriente a tierra para voltajes de clavija debajo de tierra. En la siguiente discusión, me referiré solo al diodo desde el pin a Vdd; el mismo principio se aplica al diodo de pin a tierra.

Como se señaló anteriormente, este diodo intrínseco o diodo de cuerpo o diodo de protección generalmente tiene polarización inversa. Cuando tiene polarización inversa, esencialmente no tiene efecto en la operación. A medida que el voltaje del pin se eleva por encima de Vdd, el diodo comienza a polarizarse directamente y comienza a conducir. El diodo se denomina diodo intrínseco, ya que se forma como una parte natural de la arquitectura mecánica del circuito integrado. Es posible hacer pines que NO tengan este diodo intrínseco, pero requieren un paso de procesamiento adicional, por lo que ocupa espacio y cuesta dinero, y el pin queda desprotegido, por lo que es probable que los pines tengan este diodo a menos que exista una necesidad especial de no tenerlo. . Un ejemplo es si se aplica un alto voltaje a un pin durante la programación (por ejemplo, se aplican 12 V a un pin en un producto de 3 V o 5 V). Además, hay métodos de construcción que no tienen este diodo intrínseco (como el silicio en Sapphire) pero estos son procesos de nicho costosos. La razón por la que es importante que el diodo sea "intrínseco" es porque esto significa que no está bien definido en posición en el troquel IC y su conexión eléctrica precisa con los pines y las piezas que lo rodean no están bien definidos; todo esto es casi completamente irrelevante cuando se polariza inversamente. Sin embargo, cuando está polarizada hacia adelante, la corriente fluirá a Vdd PERO la ruta por la que llega allí no se conoce ni se diseña formalmente. La conexión eléctrica precisa de los pines y las piezas circundantes no está bien definida; todo esto es casi completamente irrelevante cuando se polariza inversamente. Sin embargo, cuando está polarizada hacia adelante, la corriente fluirá a Vdd PERO la ruta por la que llega allí no se conoce ni se diseña formalmente. La conexión eléctrica precisa de los pines y las piezas circundantes no está bien definida; todo esto es casi completamente irrelevante cuando se polariza inversamente. Sin embargo, cuando está polarizada hacia adelante, la corriente fluirá a Vdd PERO la ruta por la que llega allí no se conoce ni se diseña formalmente.

Entonces, si se aplica un voltaje externo excesivo al pin, el diodo conducirá y sujetará el pin a una caída de diodo por encima de Vdd. O intentarlo. Esta es su función de "protección". Cuando esto sucede, por lo general, no le preocupa demasiado si el procesador está funcionando correctamente, ya que tiene una condición de falla significativa que necesita reparación. El procesador puede funcionar mal ya que se está operando fuera de las especificaciones, pero siempre que no esté dañado por el sobrevoltaje y pueda reiniciarse correctamente cuando se elimine la falla, entonces no hay un gran problema. Hasta ahora tan bueno.

Si el diodo está polarizado en conducción de bajo nivel, fluirán algunas corrientes extremadamente pequeñas. Estos pueden estar muy por debajo del nivel que un pin manejará normalmente y muy por debajo de lo que manejará sin daño. PERO se desconoce dónde fluyen. Pueden fluir hacia el circuito de referencia del ADC y reducir la precisión del ADC. Pueden cargar o descargar nodos de circuitos flotantes que hacen que los MOSFET falsos o diseñados se enciendan involuntariamente o que permanezcan encendidos segundos, minutos o incluso horas después de que se haya eliminado la corriente.

Si observa la fórmula y un gráfico del voltaje de la unión del diodo contra la corriente, verá que, si bien un diodo nunca se apaga con ningún voltaje aplicado, comienza a notarse (aunque sea pequeño) a partir de aproximadamente 0.3 V. He visto circuitos de transistores de silicio que funcionan con voltajes Vbe (unión de diodos) en el rango de 0,4 ~ 0,5 V. Notablemente por debajo del rango esperado de 0.6 + V.

Por lo tanto, debido a las rutas de corriente no diseñadas y desconocidas, inyectar corrientes en el rango de uA a mA en un diodo del cuerpo puede hacer que alguna función de un procesador se vea comprometida, o de un sistema "muy ocasionalmente, con fallas aparentemente aleatorias".

MUCHAS personas le dirán que, por ejemplo, 0,5 mA inyectados en un diodo corporal nunca causarán problemas. Están equivocados. En un ejemplo dado, es posible que el procesador nunca 'falle', pero con la misma facilidad puede conducir a síntomas absolutamente arcanos e irrepetibles que desafían la explicación o el análisis lógicos.

Califiqué todo esto al principio con comentarios sobre la comprensión del por qué y el qué y la voluntad de aceptar las consecuencias. Si este es un proyecto de pasatiempo único y su tiempo no tiene ningún valor y recuerda esta publicación, entonces un aumento de pin de 0.3V PUEDE ser aceptable con las debidas pruebas y quemado. Y puede que no. 0.4V está bien dentro del área de peligro. Si se trata de un producto comercial, "simplemente no lo haga", a menos que sea lo suficientemente grande como para poder derivar datos empíricos confiables, esencialmente haciendo su propia hoja de datos. YMMV - pero casi seguro que no.

Obtendrá la respuesta máxima de 10 bits si coloca Vcc + en su pin ADC. Como señaló Stevenh, estos son los valores nominales máximos y no los voltajes operativos recomendados. De la hoja de datos, el voltaje de entrada debe ser de 0V a Vcc

Y directo de la hoja de datos P27

El rango de voltaje de entrada analógica debe estar dentro del rango de voltaje de referencia seleccionado VR+ a VR– para obtener resultados de conversión válidos.

esto es asumiendo que tienes un msp430f2012 o msp430g2x31

Por lo que vale, algunos fabricantes realmente le dicen qué sucede si fluye corriente a través de los diodos intrínsecos de la pieza. El dsPIC33EP256MC506 de Microchip , por ejemplo, tiene especificaciones eléctricas DI60a-DI60c que establecen que los pines de E/S individuales pueden tomar 5 mA de "corriente de inyección" siempre que el total en todos los pines sea inferior a 20 mA, y hay una nota que dice

Las corrientes de inyección distintas de cero pueden afectar los resultados del ADC en aproximadamente 4 a 6 cuentas.

Tendría que consultar la hoja de datos específica para su parte. Si no dan una especificación, técnicamente no debería permitir que ninguna corriente fluya a través de los diodos intrínsecos. (aunque en la práctica, bajo un microamperio probablemente esté bien en la mayoría de los casos)