Hallo zusammen, kann mir einer von Euch sagen, ob es mit CMOS Logikbausteinen (74HC..) Probleme gibt, wenn ich einzelne Gatter nicht verwende und deren Eingänge offen lasse? Die Eingänge werden von Hand bedient, also langsam. Ich habe öfters gelesen, CMOS sei sehr empfindlich gegen statische Ladungen. Kann man CMOS auf einem Steckbrett verwenden und mit losen Drähten von Hand verbinden oder sterben die Gatter dann reihenweise? Vielen Dank & viele Grüße Jan
Ohne exzessive Spannungsspitzen an den Pins stirbt nichts. Aber offene Eingänge führen zu höherem Stromverbrauch.
@ Jan Weber (Gast) >Probleme gibt, wenn ich einzelne Gatter nicht verwende und deren >Eingänge offen lasse? Sollte man nicht tun, auch wenn es meist funktioniert. Leg sie auf GND oder VCC. >Ich habe öfters gelesen, CMOS sei sehr empfindlich gegen statische >Ladungen. Jain. >Kann man CMOS auf einem Steckbrett verwenden und mit losen Drähten von >Hand verbinden oder sterben die Gatter dann reihenweise? Nein.
PS: Und wenn du mit den passenden Schuhen auf dem passenden Boden unterwegs bist, dann kannst du mit deinen Pfoten u.U. CMOS-Eingänge abschiessen, weil du dann selbst bein Anfassen für besagte Spannungsspitzen sorgst.
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Jan Weber schrieb: > kann mir einer von Euch sagen, ob es mit CMOS Logikbausteinen (74HC..) > Probleme gibt, wenn ich einzelne Gatter nicht verwende und deren > Eingänge offen lasse? Ja.
Da geht so selten was kaputt - das kann man ignorieren. Mach mal folgenden Versuch. Einfach 30 cm offenes Kabel an einen Zähler anschließen. Der Zähler hüpft weiter, wenn dein Kühlschrank anspringt.
> CMOS sei sehr empfindlich gegen statische Ladungen. Bei den ersten CMOS Logikgattern war das so. Inzwischen sind die IC's aber mit Schutzdioden ausgestattet, die übliche Ladungen ableiten können. > wenn du mit den passenden Schuhen auf dem passenden Boden > unterwegs bist, dann kannst du mit deinen Pfoten u.U. CMOS-Eingänge > abschiessen, weil du dann selbst bein Anfassen für besagte > Spannungsspitzen sorgst. Richtig. Darum sollte man statische Ladungen beim Umgang mit CMOS Chips (oder mit elektronik allgemein) vermeiden. Ein antistatischer Bodenbelag und ein ableitfähiger Arbeitstisch (z.B. aus Holz) sind da schon vorteilhaft. > ...Probleme gibt, wenn ich einzelne Gatter nicht verwende und > deren Eingänge offen lasse? Schau Dir dazu mal dieses Bild an: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9d/CMOS_inverter_%28enhancement%29_DE.svg/150px-CMOS_inverter_%28enhancement%29_DE.svg.png Das ist die Grundschaltung, auf der alle CMOS Schaltungen aufbauen. Wenn der Eingang High ist, leitet nur der untere Transistor. Wenn der Eingang Low ist, leitet nur der obere. Aber, wenn der Eingang auf halber Spannung liegt, dann leiten beide Transistoren. Du hast dann quasi einen Kurzschluss, bei dem der maximal mögliche Strom fließt, denn die Transistoren zulassen. Offene Eingänge haben ein undefiniertes rein zufälliges Potential. Jeder offene Eingang erhöht die Stromaufnahme des Chips unnötig. Ich habe bei einem einfachen 40xx IC mit einigen offenen Eingängen mal mehrere mA gemessen. Kaputt gehen sie davon jedoch nicht.
Nimm einen CMOS Inverter und schließe an den Eingang 5cm Draht als Antenne an. An den Ausgang machst du zwei LED's (rot=High, grün=Low). Dann hast du einen schönen Leistungssucher. In direkter Nähe eines Stromkabels (das unter Wechselspannugn steht) werden beide LED's flackern. Ohne Signal, leuchtet nur die rote oder grüne LED dauerhaft.
Kaputt gehen kann schon was, aber das ist unwahrscheinlich. Speziell von ST habe ich einmal für die STM32-Serie die Antwort bekommen, dass man für jeden einzelnen Pin einen Pull (Up der down) braucht, wenn man den µC für lange Zeit im Reset lässt (die Rede war von >1h). Weil die Pins dann als digitale Eingänge mit undefiniertem Status konfiguriert sind. Das gilt auch für alle offenen Pins im Normalbetrieb. Praktisch habe ich da nie Probleme gehabt - bei allen Discovery Boards dängeln die Eingänge ja auch frei herum. Vermutlich hängt das auch von der Temperatur ab. Praktische Auswirkungen haben dängelnde CMOS-Gatter aber schon: - Das Zeug kann anfangen zu schwingen - Der Stromverbrauch ist höher als normal Auf dem Steckbrett ist das egal. Speziell der Stromverbrauch ist aber ein echtes Ärgernis. Ich habe damit schon oft kämpfen müssen - einen offener PIN nicht zugewiesen, mehrere zig µA mehr Strom. Bei Batteriebetrieb unlustig.
Gästchen schrieb: > Das gilt auch für alle offenen Pins im Normalbetrieb. Sorry, das ist so natürlich nicht ganz korrekt: Man kann die auch in Software auf OUT stellen und einen definierten Pegel heraustreiben.
Stefan U. schrieb: > Bei den ersten CMOS Logikgattern war das so. Inzwischen sind die IC's > aber mit Schutzdioden ausgestattet, die übliche Ladungen ableiten > können. Bei CMOS war das schon immer so. Selbst bei den alten NMOS-Teilen gab's Schutzdioden, aber die waren noch nicht so gut wie heute.
Stefan U. schrieb: > Schau Dir dazu mal dieses Bild an: > https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9d/CMOS_inverter_%28enhancement%29_DE.svg/150px-CMOS_inverter_%28enhancement%29_DE.svg.png Erinnert mich an die Nationalflagge von Ostfriesland: Weisser Adler auf weissem Grund.
Angehängte Dateien:
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Inverter.png
130 KB
Stefan U. schrieb: > Aber, wenn der Eingang auf halber Spannung liegt, dann leiten beide > Transistoren. Du hast dann quasi einen Kurzschluss, bei dem der maximal > mögliche Strom fließt, denn die Transistoren zulassen. Das passiert nur bei hohen Betriebsspannungen. Bei "üblichen" 5V fließt zum Glück bei weitem nicht der maximale Strom, weil weder der P-Kanal noch der N-Kanal mit der halben Gate-Spannung voll leiten... Harald W. schrieb: > Erinnert mich an die Nationalflagge von Ostfriesland: > Weisser Adler auf weissem Grund. Du musst die Flagge wieder mal waschen, ich sehe da durchaus was. Und das Meiste davon ist schwarz...
Lothar M. schrieb: > Und das Meiste davon ist schwarz... ...und in der Mitte ein grauer Fleck, denn grau, so grau ist alle Theorie... :-)
Die "Schutzdiode" waren bei CMOS schon immer drin. Nur sind das parasitäte PN übergänge zum Substrat, und zu viel Strom darüber führt zu eine Latchup. Das Zündet dann einen parasitäten Tyristor, der VCC und GND kurzschließt. Bei einer kräftigen Stromversorgung wie man es früher öfter braucht reicht das um das Gehäuse zu sprengen. Das traf so ähnlich aber auch die ältern TTL Chips. Bei den modernen chips ist der Strom bis zum Latchup deutlich höher - das Problem bleibt aber im Prinzip, wenn keine teuren extra Maßnahmen getroffen werden. In der Regel geht es mit 74HC auf dem Steckbrett gut, sofern man keine zu starken Aufladungen hat. Ein offener Eingang ist halt undefiniert und fängt ggf. 50/100 Hz oder ähnliches ein.
Lurchi schrieb: > Die "Schutzdiode" waren bei CMOS schon immer drin. Nur sind das > parasitäte PN übergänge zum Substrat, und zu viel Strom darüber führt zu > eine Latchup. Das Zündet dann einen parasitäten Tyristor, der VCC und > GND kurzschließt. Bei einer kräftigen Stromversorgung wie man es früher > öfter braucht reicht das um das Gehäuse zu sprengen. Das traf so ähnlich > aber auch die ältern TTL Chips. Naja. Gemeint waren wahrscheinlich irgendwelche Dioden die zum Gate gehen - Eingangsseitig halt. Weil die Gates sind da ja so richtig empfindlich. Die Ausgangsseite (also die Drain-Source-Strecke) ist ja recht unempfindlich, da brauchts keine Schutzdioden. Und früher hatten manche Bausteine keine Schutzdioden vom Gate nach Drain/Source. Heute ist da irgend so ein ESD-Schutz-Kram drin. Irgendwelche Z-Dioden oder normale Dioden, je nach Gatter. Steht auch alles im Datenblatt. Hier z.B. bei Limiting Values: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT1G14.pdf Da müssen Dioden vom Gate nach VCC/von GND zu Gate drin sein, und die überleben 20mA. Aber die Dioden helfen gar nichts gegen das Driften. Weil, wenn der Leckstrom durch beide gleich ist, ist man schon wieder genau im undefinierten Bereich. Pech gehabt.
Sagen wir mal so: Bei einem Relais gibt es kein Flattern, wenn der Pluspol an der Spule frei ist, das Relais aber gegeroundet ist. Nur wenn definitiv Plus anliegt, und die Spule anzieht, dann schaltet das Relais zuverlässig Ein CMOS ist aber extrem hochohmig, dass da, wenn er nicht gepullt ist, eben Steuerspannungen einfangen kann, also öfters mal ne digitale 1, meist aber 0, aber eben nur meist, nicht immer. Ein Cmos-eingang ist erst dann richtig definiert, wenn er auf Masse oder Vcc gepullt wird, alles andere ist Zufall, z. B. wenn du mit nem aufgeladenen Wollpulli daran knapp vorbeiläufst. Aber selbst dann muss es nicht zu einem unkontrollierten Signal kommen, kann aber.
Gästchen schrieb: > Gemeint waren wahrscheinlich irgendwelche Dioden die zum Gate gehen - > Eingangsseitig halt. Weil die Gates sind da ja so richtig empfindlich. > Die Ausgangsseite (also die Drain-Source-Strecke) ist ja recht > unempfindlich, da brauchts keine Schutzdioden. Nicht so richtig. Die Ausgänge haben die Schutzdioden automatisch - das sind schlicht die Body-Diodenstrecken von p- bzw. n-Kanal MOSFET. > Und früher hatten manche Bausteine keine Schutzdioden vom Gate nach > Drain/Source. Heute ist da irgend so ein ESD-Schutz-Kram drin. Stimmt auch nicht. Es gibt (früher wie jetzt) einige wenige Typen ohne Schutzdioden. Z.B. den 4050 Buffer, der sich dadurch auch gut als Pegelwandler eignet. Die weitaus meisten Typen haben (und hatten schon immer) Schutzdioden an den Eingängen. Was sich geändert hat, sind Details der Herstellungstechnologie die bspw. den inhärenten Thyristor jeder CMOS Push-Pull-Stufe weniger empfindlich für Latchup machen. Alles in allem sind aktuelle CMOS-IC etwas weniger empfindlich als historische. Aber der Unterschied ist nicht drastisch. Viel größer sind nach wie vor die Unterschiede zwischen geschützten und ungeschützten Bauelementen. Letztere umfassen auch einige Kleinleistungs-MOSFET. Für die Frage des TE bleibt hingegen die Grundregel, daß unbenutzte CMOS-Eingänge niemals offen gelassen dürfen, sondern fest an den jeweils inaktiven Pegel gelegt werden müssen. Bei Gattern die eingangs- und ausgangsseitig unbenutzt sind, darf man sich einem Pegel (Vcc oder GND) aussuchen. Man kann dann das nehmen, was sich layout-technisch am einfachsten umsetzen läßt.
Axel S. schrieb: > Stimmt auch nicht. Es gibt (früher wie jetzt) einige wenige Typen _ohne_ > Schutzdioden. Z.B. den 4050 Buffer, der sich dadurch auch gut als > Pegelwandler eignet. 4049/4050 haben ebenso Schutzdioden drin, nur anders. Statt der Diode nach Vdd ist sowas wie eine Z-Diode drin, die Vin >> Vdd zulässt aber dennoch Vin begrenzt. Auch Controller mit 5V-toleranten Eingängen bei niedrigerer Versorgungsspannung haben naturgemäss eine etwas andere Schutzbeschaltung.
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