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MCU拉电流,灌电流,I/O 总电流请教

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evanwuuuu 提问时间:2017-11-3 18:21 /
本帖最后由 evanwuuuu 于 2017-11-4 12:03 编辑

大家好,想请教MCU有关sink current,source current方面的问题。以下本人以尽最大的努力来进行排板以及解释清楚我的问题所在,敬请各位前辈帮助小弟一把

首先我本来是在看Arduino uno搭载的ATMEGA328P资料

我对于汇流,源电流方面的理解程度不高,主要知道差别在于电流方向的不同,以及驱动能力的不同
首先我查询了ATMEGA328P datasheet中有关灌电流,拉电流,每I / O引脚MAX。目前等等的资讯

由图1中得知(来源自datasheet,第365页,连结),单一I / O口所能流过的最大电流为40mA,流经VCC与GND的最大电流限制为200mA

首先我针对我理解的部分进行说明(假定晶片电源由AMS1117-5.0提供,且晶片本身运行时自耗耗8mA)

Source current:
假设我们使用拉电流的电路配置,并且负载为LED灯,则电流自AMS1117-5.0输出后,由晶片内部的VCC经过假设LED的电流为20mA,则我使用了(20mA + 8A)/ 200mA。在此情况下,电流会同时流过晶片的VCC与GND

Sink current:
再来我们将电流换成sink current的电路配置,并且LED与限流电阻的电源由AMS1117-5.0供应,当我将I / O拉低时电流会经由AMS1117-5.0输出端口流经LED,限流电阻,灌入晶片I / O口再从晶片的GND流出去形成回路。针对LED的电流路径而言,20mA没有流过晶片的VCC端口,但VCC端口还是有8mA用做晶片本身运行消耗。

由上述电流路径分析,得知若为拉电流的配置,共有28mA流过晶片的VCC与GND。

问题1:请问以下我的描述是否正确?
若为灌电流的配置,则VCC仅流过8mA,GND则流过28mA。

问题2:据图1中的描述“直流电流VCC和GND引脚= 200mA”,是否将VCC与GND分开来看?也就是VCC有200mA,GND有200mA
在灌电流的电路配置中,VCC使用了8mA / 200mA; GND使用了28mA / 200mA

问题3:请问以下我的描述是否正确?
假设上述中对于VCC,GND流过的电流大小分析无误,则可以知道无论sink or source的配置GND的电流都是相同的。所以在此处的“DC Current VCC and GND Pins”该项参数,可以被延伸解释为“所有I / O口加总的电流限制”(考量晶片运行本身的消耗可小到被忽略)

问题4:请教哪个才是正确的?
由于Arduino UNO早期为DIP的封装形式(图2_1),后来改成TQFP_32pins(图2)。由于两脚脚位配置可以看出,DIP封装在7,8脚位具有一组VCC与GND,而在22脚位也有一个GND(我认为应该写成AGND较合适);而TQFP封装在3,4,5,6脚位具有两个VCC与GND,21脚还有一个GND(AGND)。我认为TQFP封装具有两组VCC与GND的原因就是因为贴片型的脚位较细,所以需要用两组来来让200mA通过(例如一组分担100mA)。但我在此处看到有人具有不同的论点,认为一个VCC(或是GND)就算200mA。以DIP封装举例,则具有“1 VCC引脚:表示这些Arduinos能源总共200 mA”,“2 GND引脚:表示这些Arduinos可以共享400 mA “;若该人论点才是正确的,那TQFP_32pins封装Source current不就可以到400mA,Sink current to 600 mA?


题外话问题5:请教为什么常看到“MCU的Sink电流能力通常大于Source current”?
假设I / O口是推挽输出结构,那无论不是流过内部的MOSFET?若以MOS可承受的功率来思考的话两个配置不都是流过一个MOS吗?还是说这有关PMOS,NMOS本身特性?

题外话问题6:图3为ATMEGA328P的I / O结构图,因为之前有使用过STM32F3,其结构图很明显的可以看到推挽(或OD)输入/输出的结构,但在图3中我就看不出该晶片的I / O是怎样的结构(push-pull?)。

问题7:请教哪个才是正确?
鉴于于这一两天我在网上找这些问题的答案,但都没有找到我认为适合的解答,想起之前曾用过STM32系列但总没关心过sink,source current。所以我去查了查STM32F3根据图4得知“Maximum current into each VDD power line (source)(1) = 100mA”以及“Total current into sum of all VDD power lines (source) = 160mA”,虽然没有到三倍图6为48脚,具有三组VDD和VSS),但这似乎映证了几组VCC和GND就能有几倍电流承受能力的论点,我还是不怎么确定哪个才是正确的。

问题8:接着我看到I / O的部份“Output current source by any I/O and control pin = -25mA”以及“Total output current sourced by sum of all IOs and control pins(2) = -80mA” 。假设上述的数据我都以最大值来进行思考。I / O口弄到极限的80mA,这样是否代表STM打算留下“160mA - 80mA”的余裕用来给晶片运行?
[Total current into sum of all VDD power lines (source) 扣 Total output current sourced by sum of all IOs and control pins(2))扣掉
问题9:由(图4)数据可看出接收电流和源电流能力相同,经查询后发现比较近代的MCU多半两个能力都是相同的,而以前的51系列才有接收电流较大的特性存在。但我在(图5)中又看到不同的数据,且也不是25毫安。黄标的部份不知道是本人英文太差还是有某些观念欠缺,搞不懂是在讲什么

Fig.1

Fig.1

Fig.2

Fig.2

Fig.2_1

Fig.2_1

Fig.3

Fig.3

Fig.4

Fig.4

Fig.5

Fig.5

Fig.6

Fig.6
收藏 1 评论4 发布时间:2017-11-3 18:21

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4个回答
zhjb1 回答时间:2017-11-27 09:23:22
无论如何,如果开发板和负载用1个电源,那么VCC和GND流过的电流总和就是所有只和——不管是上啦还是下拉,如果负载单独连接电源,考虑到电路的泄流等因素,VCC与GND除了3段稳压管的损耗和板子的基本损耗,会有极少的电流增加的。当然,具体点具体分析,只有在手持设备上或对电源要求极高的特殊用途对象上才会斤斤计较那怕是uA级别的电流的。

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林光光1号 回答时间:2017-11-27 09:28:05
我也看不明白。哈哈哈
nkjiangjian 回答时间:2017-11-27 13:56:00
关于图一,说的是一些最大参数,最后两条:
DC Current per I/O Pin :40ma             -->  说的是每个引脚能承受的最大电流为40ma;
DC Current VCC and GND pins:200ma  --> 应该是说芯片所有的i/o以及外设的驱动电流总和的最大值。
个人想法,仅供参考

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无薪税绵 回答时间:2017-11-27 14:36:23
为楼主的执着点赞。

问题1,我觉得是正确的。

问题2,我觉得应该理解为,允许流过芯片的总电流。

问题3,应该是正确的。

问题4,我觉得,应该是利用引脚来分流。

问题5,我觉得灌和拉电流在物理属性上应该是一样大小的。
但是由于拉电流在引脚为L时,容易出现倒灌现像(在上拉电阻的作用下),所以一般不建议设置过大的电流。

问题6,不同厂家对产品的描述方法不一样。具体还得看手册。

问题7,单个VDD(一个VDD引脚)最大可以流过100mA,全部VDD引脚总共可以流过160mA,已经说的很明白了,有什么问题?

问题8,任意I/O引脚允许流经 25mA,所有IO累加不能超过80mA。可能也考虑到散热问题吧。

问题9,虽然I/O能轻松流过20mA,但是,推荐使用8mA左右的电流。

一般情况下,推荐使用外加三极管控制相对大电流的负载,
如果驱动小量LED,我一般用5~8mA电流直接控制,如果嫌不够亮,可以买高亮的LED。
如果量大,还是推荐使用三极管,或者其它开关类芯片驱动。

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