¿Es realmente una mala idea dejar un pin de entrada MCU flotante?

He oído que dejar un pin flotando en una MCU cuando se configura como una entrada (en comparación con la salida predeterminada) es malo para el pin, y eventualmente puede causar que falle prematuramente. ¿Es esto cierto? Nota: en mi caso, el pin está flotando en algún lugar entre 0.3V y 1.3V debido a una señal de video entrante. Esto a veces cae en la zona de nadie de 0.8V - 2.0V cuando opera desde 3.3V.

Problema:
Dejar un pin configurado como entrada flotante es peligroso simplemente porque no puede estar seguro del estado del pin. Como mencionó, debido a su circuito, su pin a veces era BAJO o a veces en tierra de nadie o a veces podía ir a ALTO.

Resultado:
Esencialmente, la entrada flotante definitivamente causará un funcionamiento errático del chip o un comportamiento impredecible. He notado que algunos chips se congelaron simplemente moviendo mi mano más cerca del tablero (no llevaba una pulsera ESD) o algunos tendrían un comportamiento de inicio diferente cada vez que el tablero se enciende.

Por qué:
Esto sucede simplemente porque si hay ruido externo en ese pin, el pin oscilaría, lo que agotaría la energía como las puertas lógicas CMOS drenan la energía cuando cambian de estado.

Solución: la
mayoría de los micros de hoy en día también tienen pullups internos, por lo que podría evitar que ocurra este comportamiento. Otra opción sería configurar el pin como salida para que no afecte los componentes internos.

Es un poco peor que simplemente estar en un estado desconocido o alternar innecesariamente. Los circuitos digitales hoy en día son en su mayoría de tipo CMOS, con transistores que cambian los lados alto y bajo; cuando tenemos claros 1s y 0s, están apagados o saturados, los dos estados más eficientes para que estén los transistores. Sin embargo, en el medio hay una región de operación lineal; se usa para amplificadores analógicos, pero no es tan eficiente como los extremos, lo que significa que se desperdicia más energía que el calor en el transistor. En el peor de los casos, tanto los transistores del lado alto como del bajo tienen fugas (porque el pin no es ni alto ni bajo), y luego pueden combinarse para causar una corriente notable dentro del chip cuando intentan elevar el estado interno. y bajo, posiblemente haciendo lo mismo con la siguiente puerta en una reacción en cadena. El calor podría convertirse en un problema incluso si el poder no lo es. Las soluciones de IntelliChick todavía se aplican.

Para los pines también conectados a los ADC, algunos microcontroladores ofrecen la función de deshabilitar el búfer de entrada digital, para evitar que este problema y las fugas distorsionen la señal.

En la práctica, el efecto principal es un mayor consumo de energía. Si un pin está realmente flotando en lugar de estar conectado a una fuente de voltaje indeterminada, es posible que ocurra una oscilación, lo que, además de aumentar el consumo de energía, puede introducir ruido en otras partes del sistema. Cualquier pin que tenga la capacidad de usarse para un ADC o entrada de comparación tendrá la facilidad de desconectar el búfer de entrada digital para evitar este problema. (DIDR en AVR, ADCON1 / ANSEL en PIC)

En general, es una mala idea dejar el pin de entrada tan flotante como esto puede causar:

a) Problemas funcionales: estado de entrada desconocido, alternar (por ejemplo, puede provocar una interrupción con ISR indefinido que bloqueará el procesador)

b) Mayor consumo de energía: lo más probable es que la puerta de entrada sea similar al inversor CMOS. Con esta estructura, cuando la entrada está lo suficientemente lejos de cualquiera de los rieles (por ejemplo, a la mitad del suministro), la corriente cruzada significativa fluirá constantemente.

c) Si fluye la corriente cruzada, el fenómeno conocido como inyección de portador caliente puede en realidad disminuir la vida útil del dispositivo. La puerta de entrada puede estar diseñada solo para una conmutación normal, no una conducción continua, por lo que el dispositivo puede fallar catastróficamente. Sin embargo, tenga en cuenta que uno necesitaría colocar el dispositivo en tales condiciones durante muchos cientos de horas a temperatura elevada para que esto suceda.

Tenga en cuenta que a) yb) son problemas reales que uno muy probablemente encontrará. En cuanto a c) es menos probable que ocurra un problema, pero ¿por qué arriesgarse?

La entrada alternará entre 0 y 1 según cualquier EMI. No estoy seguro de si hará que la entrada falle, pero hará que se use más potencia porque las transiciones de 0 a 1 a 0.

Ajústelo a una salida y termine con él.

Algunos dispositivos CMOS de alta velocidad pueden destruirse si una entrada se deja flotando, pero el problema más común que se observa es el aumento del consumo de corriente. En los microcontroladores de la serie PIC, la corriente adicional es del orden de cientos de microamperios por pin flotante. No es suficiente para causar daños en el dispositivo, pero sí lo suficiente como para afectar gravemente la vida útil de la batería en una aplicación que de otro modo consumiría 5uA. Algunos chips tienen opciones para deshabilitar una entrada digital; Si una entrada está deshabilitada, puede dejarse flotando libremente.