Was sind die minimalen / maximalen Spannungs- / Stromwerte, die die GPIO-Pins verarbeiten können?

36

Ich möchte die GPIO-Pins verwenden, mache mir aber Sorgen über Kurzschlüsse oder über zu viel Strom und brate meine Raspi. Was sind die minimalen / maximalen Spannungs- und Stromwerte, die rasppi verarbeiten kann? Was ist die typische Spannung und Stromstärke? Wie empfindlich ist Raspi gegen Kurzschlüsse und ähnliches?


Ich habe Bretter gesehen, die entwickelt wurden, um deine Raspi zu schützen:

Ich möchte die Nützlichkeit meiner Raspi nicht wirklich "erweitern", sondern sie nur davor schützen, von meinen GPIO-Pins gebraten zu werden. Ich habe vor, eine Pufferschaltung zu entwickeln, die verhindert, dass mein Raspi beschädigt wird und mit den GPIO-Pins experimentiert.

John
quelle
Sie werden eine Menge wilder Spekulationen unter den Antworten bekommen. Während die Daten für die gpios des pi begrenzt sind, tolerieren die meisten modernen ICs temporäre Kurzschlüsse zwischen einem angesteuerten Ausgang und Masse, der Versorgungsschiene, die diesen versorgt, oder einem anderen Ausgang. Was sie oft nicht tolerieren, ist sogar ein kurzzeitiger Anschluss an eine höhere Spannungsversorgung, wie z. B. einen 5-V-Pin am selben Anschluss.
Chris Stratton
Verwenden Sie zur Sicherheit ein Breakout-Board. Wenn Sie keine kaufen möchten, ist es ganz einfach, eine eigene Schutzschaltung
Jivings,
Vorausgesetzt, Sie verwenden keine extrem schnellen Protokolle, ist die Verwendung von Widerständen der 1K-Serie möglicherweise ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Schutz und Einfachheit. Jede Lösung, die von einer Jury zusammengestellt wurde (insbesondere wenn aktive Geräte Strom benötigen), birgt das Risiko, zusätzliche Stellen für versehentliche Kurzschlüsse einzuführen ...
Chris Stratton,
Sie können diesen Link auf elinux.org/RPi_Low-level_peripherals verweisen . das würde dir helfen.
Shiny Fathima
Einige zusätzliche Diskussionen hier: electronics.stackexchange.com/questions/397388/…
Sampo

Antworten:

33

TL; DR

  • Dies ist ein 3,3-V-Gerät .
    • Für die Verwendung von 5-V-Peripheriegeräten ist ein Logikpegelwandler erforderlich .
  • Ausgabe
    • Maximale Summe aller Pins 50 mA.
    • Standard 8 mA max pro Pin. (Kehrt nach dem Zurücksetzen zu dieser Konfiguration zurück.)
    • Software konfigurierbar von 2 mA bis 16 mA. Verursachen oder senken Sie nicht mehr als das, was Sie konfiguriert haben.
    • Fahren Sie keine kapazitiven Lasten.
  • Eingang
    • Schwelle von 1,8V
    • Maximal 0,5 mA
    • Verwenden Sie einen 6-kOhm-Widerstand, um sicherzustellen, dass der Strom von einer 3,3-V-Quelle 0,5 mA nicht überschreiten kann
      • ( 3,3 V / 6000 Ω = 0,00055 A )

Verweise

von: http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals#General_Purpose_Input.2FOutput_.28GPIO.29

GPIO-Spannungspegel betragen 3,3 V und sind nicht 5 V-tolerant . Es gibt keinen Überspannungsschutz auf der Platine - die Absicht ist, dass Personen, die an ernsthaften Schnittstellen interessiert sind, eine externe Platine mit Puffern, Pegelumsetzung und analogen E / A verwenden, anstatt direkt auf die Hauptplatine zu löten.

Dies ist mit einem bidirektionalen Logikpegelwandler einfach zu handhaben .

von: http://www.mosaic-industries.com/embedded-systems/microcontroller-projects/raspberry-pi/gpio-pin-electrical-specifications#rpi-gpio-input-voltage-and-output-current-limitations

GPIO-Pins sind auf Eingang eingestellt

Dies sind 3,3 Volt Logikpins. Eine Spannung nahe 3,3 V wird als logische Eins interpretiert, während eine Spannung nahe null Volt eine logische Null ist. Ein GPIO-Pin sollte niemals an eine Spannungsquelle mit mehr als 3,3 V oder weniger als 0 V angeschlossen werden, da dies zu einer sofortigen Beschädigung des Chips führen kann, wenn die Eingangs-Pin-Substratdioden (in Abbildung 1 als parasitäre FETs dargestellt) leitend sind. Es kann vorkommen, dass Sie sie an Spannungen außerhalb des Bereichs anschließen müssen. In diesen Fällen muss der Eingangsstrom durch einen externen Widerstand auf einen Wert begrenzt werden, der eine Beschädigung des Chips verhindert. Ich empfehle, dass Sie niemals mehr als 0,5 mA in einen Eingangspin einspeisen oder einspeisen .

Wie @ AutomatedMike in den Kommentaren angemerkt hat, können Sie dies mit einem 2-Kohm-Widerstand pro Volt versichern . ( 3,3 V / 6000 Ω = 0,00055 A )

GPIO-Pins auf Ausgang gesetzt

Die GPIO-Pins des Raspberry Pi sind sehr vielseitig und Sie können viele ihrer Eigenschaften über die Software ändern . Sie können die Pin-Hysterese des Eingangs ein- und ausschalten, die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangs begrenzen und die Stromversorgungskapazität von 2 mA bis 16 mA in Schritten von 2 mA steuern . Diese Eigenschaften werden für den gesamten GPIO-Block festgelegt und nicht pinweise.


Um eine übermäßige Verlustleistung im Chip zu vermeiden, sollten Sie nicht mehr Strom als die programmierte Grenze vom Pin beziehen . Wenn Sie also die Stromstärke auf 2 mA eingestellt haben, ziehen Sie nicht mehr als 2 mA vom Pin.


Die Stromquelle / Stromsenke-Fähigkeit begrenzt nicht den Strom in oder aus dem Pin, sondern gibt nur den maximalen Strom an, für den die Hoch- / Niederspannungsspezifikationen des Ausgangssignals erfüllt werden. Bei falscher Verwendung können die Ausgangspins unabhängig vom programmierten Quellen- / Senkenstrom durch zu hohen Strom beschädigt werden. Nach einem Reset werden auf dem RPi die GPIO-Ausgänge auf 8 mA eingestellt .


Der von den Ausgängen gelieferte Strom wird aus der 3,3-V-Versorgung bezogen, die maximal 50 mA liefern kann. Infolgedessen beträgt das Maximum, das Sie von allen GPIO-Ausgängen gleichzeitig beziehen können, weniger als 50 mA . Sie können möglicherweise transiente Ströme über diesen Grenzwert hinaus ziehen, da sie aus den Bypass-Kondensatoren auf der 3,3-V-Schiene entnommen werden. Drücken Sie jedoch nicht auf die Hüllkurve!

Vorsicht:

Für kapazitive Lasten gibt es zusätzliche Überlegungen. Sie sollten wirklich das Dokument lesen, das hier stark zitiert ist.

Bruno Bronosky
quelle
5
0,5 mA scheinen zu konservativ zu sein und würden das RPi unbrauchbar machen, um mit den meisten Sensoren verbunden zu werden, die normalerweise mindestens ein paar mA benötigen. In diesen Dokumenten heißt es, dass das RPi standardmäßig auf Senke / Quelle 8 mA konfiguriert ist und auf Senke / Quelle bis zu 16 mA konfiguriert werden kann.
Cerin
@Cerin, du hast recht, dass ich die konservative Zahl zitiert habe. Haben Sie bemerkt, dass Sie auf dasselbe Dokument verlinkt haben, das ich zitiert habe (aber ohne Anker)? Wenn die Leute den Umschlag schieben wollen, müssen sie dieses Dokument lesen und mehr lernen, als ich hier unterrichte. Ich zeige sie in diese Richtung. Ich möchte einfach nicht verantwortlich sein, wenn sie kumulativ mehr als 50 mA liefern.
Bruno Bronosky
6
Die Zahlen 8ma und 16ma beziehen sich auf Pins, die für die Ausgabe konfiguriert sind. 0,5 mA ist für Pins, die für die Eingabe konfiguriert sind. Stellen Sie einfach sicher, dass zwischen Vss und dem Pin immer mindestens (Vss * 2Kohm) Widerstand liegt, dann können nie mehr als 0,5 mA in den Eingang fließen.
AutomatedMike
Was wäre eine akzeptable Strombegrenzung, wenn ich eine Spannung von mehr als 3,3 V an einen GPIO im Status "True" des Ausgangs anschließe? (Zenerdiodenlösung in electronics.stackexchange.com/questions/353218/… ) @AutomatedMike
Pygmalion
Vielen Dank für das tolle Feedback. Ich habe meiner Antwort weitere Informationen hinzugefügt.
Bruno Bronosky