Ist es wirklich eine schlechte Idee, einen MCU-Eingangspin frei zu lassen?

Ich habe gehört, dass es schlecht für den Pin ist, wenn ein Pin auf einer MCU schwebt, wenn er als Eingang konfiguriert ist (im Gegensatz zum Standardausgang), und dass er möglicherweise vorzeitig ausfällt. Ist das wahr? Hinweis: In meinem Fall schwebt der Pin aufgrund eines eingehenden Videosignals 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 gearbeitet wird.

Problem: Das
Verlassen eines als potentialfreier Eingang konfigurierten Pins ist gefährlich, da Sie sich nicht sicher sind, wie der Pin ist. 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 das Board herangeführt habe (ich trug kein ESD-Armband), oder einige haben bei jedem Einschalten des Boards ein anderes Startverhalten.

Warum:
Dies geschieht einfach, weil der Pin schwingt, wenn an diesem Pin ein externes Rauschen auftritt, wodurch die Leistung entzogen wird, wenn CMOS-Logikgatter die Leistung entziehen, wenn sie den Status wechseln.

Lösung:
Die meisten Mikros haben heutzutage auch interne Klimmzüge, so dass dieses Verhalten verhindert werden kann. Eine andere Möglichkeit wäre, den Pin als Ausgang zu konfigurieren, damit er die Interna nicht beeinflusst.

Es ist ein bisschen schlimmer, als nur in einem unbekannten Zustand zu sein oder unnötig umzuschalten. Heutzutage sind digitale Schaltungen meist vom CMOS-Typ, wobei die Transistoren sowohl die High- als auch die Low-Seite schalten. Wenn wir eindeutige Einsen und Nullen haben, sind sie entweder ausgeschaltet oder gesättigt. Dies sind die beiden effizientesten Zustände für die Transistoren. Dazwischen liegt jedoch ein linearer Betriebsbereich. Es wird für analoge Verstärker verwendet, ist aber nicht so effizient wie die Extreme - was bedeutet, dass mehr Energie als Wärme im Transistor verschwendet wird. Im schlimmsten Fall lecken sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor auf diese Weise (weil der Pin tatsächlich weder High noch Low ist), und sie können sich dann kombinieren, um einen nennenswerten Strom innerhalb des Chips zu verursachen, wenn sie versuchen, den internen Zustand beide auf High zu treiben und niedrig - möglicherweise dasselbe mit dem nächsten Gate in einer Kettenreaktion. Die Hitze könnte zum Problem werden, auch wenn der Strom nicht ausfällt. Die Lösungen von IntelliChick gelten weiterhin.

Bei Pins, die auch mit ADCs verbunden sind, bieten einige Mikrocontroller die Funktion, den digitalen Eingangspuffer zu deaktivieren, um sowohl dieses Problem als auch eine Signalverlustverzerrung zu vermeiden.

In der Praxis ist der Haupteffekt ein erhöhter Stromverbrauch. Wenn ein Pin tatsächlich potentialfrei ist und nicht an eine unbestimmte Spannungsquelle angeschlossen ist, kann es zu Schwingungen kommen, die neben einer erhöhten Leistungsaufnahme auch zu Rauschen in andere Teile des Systems führen können. Jeder Pin, der für einen ADC- oder Komparatoreingang verwendet werden kann, kann den digitalen Eingangspuffer trennen, um dieses Problem zu vermeiden. (DIDR bei AVR, ADCON1 / ANSEL bei PIC)

Im Allgemeinen ist es eine schlechte Idee, den Eingangspin nicht zu verrutschen, da dies zu Folgendem führen kann:

a) Funktionsprobleme - unbekannter Eingangszustand, Umschalten (kann zum Beispiel einen Interrupt mit undefiniertem ISR auslösen, der den Prozessor hängen lassen würde)

b) Erhöhter Stromverbrauch - höchstwahrscheinlich ähnelt das Eingangsgatter einem CMOS-Inverter. Wenn bei dieser Struktur der Eingang weit genug von einer der Schienen entfernt ist (z. B. bei halber Versorgung), fließt ständig ein erheblicher Übergangsstrom.

c) Wenn die Quer über Strom fließt die Phänomene kennen als Injektion heißer Ladungsträger kann tatsächlich Lebensdauer verringern des Gerätes. Das Eingangsgatter kann nur für normales Schalten und nicht für kontinuierliches Leiten ausgelegt sein, so dass das Gerät katastrophal ausfallen kann. Beachten Sie jedoch, dass Sie das Gerät in einem solchen Zustand mehrere hundert Stunden lang bei erhöhter Temperatur aufstellen müssen, 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 sollten Sie ein Risiko eingehen?

Der Eingang wechselt je nach EMI zwischen 0 und 1. Ich bin nicht sicher, ob dadurch der Eingang ausfällt, aber es wird mehr Strom verbraucht, da die Übergänge von 0 zu 1 zu 0 sind.

Setze es auf einen Ausgang und mache es fertig.

Einige Hochgeschwindigkeits-CMOS-Geräte können zerstört werden, wenn ein Eingang potentialfrei bleibt. Das häufigste Problem ist jedoch der erhöhte Stromverbrauch. Bei Mikrocontrollern der PIC-Serie liegt der zusätzliche Strom in der Größenordnung von Hunderten von Mikroampere pro potentialfreiem Pin. Nicht genug, um das Gerät zu beschädigen, aber genug, um die Batterielebensdauer in einer Anwendung, die andernfalls 5 uA verbrauchen würde, erheblich zu beeinträchtigen. Einige Chips verfügen über Optionen zum Deaktivieren eines digitalen Eingangs. Wenn ein Eingang deaktiviert ist, kann er frei schweben gelassen werden.