Паразитное питание

Одной из неприятных особенностей микроконтроллеров является такое явление, как паразитное питание. Речь идет о потреблении энергии через обычные входы, а не через предназначенную для питания пару Vcc-GND.

Проблема кроется в защитных диодах, которые установлены у многих микросхем и на всех микроконтроллерах. Они устанавливаются с благородной целью – переадресовывать в линию питания скачки напряжения. Однако надежность диодов вызывает сомнение: предельный ток в них в десятки раз ниже, чем у светодиодов.

В результате не редко возникает короткое замыкание и про вывод приходится забыть. В случае большого везения – происходит обрыв и микроконтроллер остается рабочим.

Наиболее распространенной причиной появления паразитного питания является наличие в схеме двух устройств, запитанных от разных источников, но имеющих общую линию связи и заземление. Самым  распространенным примером такой схемы является программатор с микроконтроллером. Внешним эффектом паразитного питания является необычное поведение девайса: только что все прекрасно работало и вдруг перестало… Как правило, после недолгих поисков обнаруживается обрыв питания.

Если рассматривать паразитное питание на конкретном примере, то можно разобрать использование ATmega168 в POV проекторе. Если собрать схему, подключить к USBASP и в ходе прошивки оборвать линию питания с заведенными на микроконтроллер MISO/MOSI/RESET/SCK/GND, то микросхема может серьезно пострадать. Если забыть включить питание и дать команду на прошивку, то USBASP не сможет определить самостоятельно, есть питание или нет. Включатель там механический и получить ответ на запрос можно только экспериментально. В итоге при выключенном питании запрос на выдачу сигнатуры ушел в SPI, а микроконтроллер его проигнорировал.

В результате этого игнора высокие уровни по линии MISO/MOSI/RESET/SCK благополучно минуют защитные диоды и попадают в линейку регистров. Регистр получает питание, начинает работать, совершая нетипичные для него действия, в результате которых пара десятков светодиодов благополучно перегорает практически моментально.

Защитные диоды, не выдержав нагрузки, перегорают и становятся источником короткого замыкания. При этом SPI микроконтроллера приказывает долго жить и не поддается восстановлению.

Конечно, из описанного примера понятно, что не следует подавать напряжение на выходы до включения питания. Так же не стоит оставлять неподтянутым регистр, так как в подобном случае его цифровой вход поймает мусор из эфира, который станет причиной выхода из строя диодов. Достаточно подтянуть сопротивление к GND и питание резисторов не прикажет долго жить.

 

Избавиться от паразитного питания помогли бы дополнительные защитные диоды, поставленные параллельно имеющимся, но подобные решения актуальны для серийного производства.

Выход их строя микроконтроллера по причине короткого замыкания далеко не самая большая потеря. Паразитное питание может стать причиной потери прошивки GPRS модема при подаче напряжения на входы. Также возможно такое явление, как тиристорная защелка, когда паразитное питание заклинивает выводы и микросхема сгорает, теряя любую возможность к восстановлению.

Сколько-бы ни было минусов у паразитного питания, однако его можно использовать и для пользы вашего проекта. Например – запитывать какие-либо компоненты остаточным “паразитным” током. Ниже мы покажем пример питания трех температурных датчиков, один из которых использует для своей работы паразитное питание.