Logik-ICs: Ioff und "partial-power-down mode"?

[Jiri D. (Gast)]

In vielen Datenblättern zu Logik-ICs steht

> This device is fully specified for partial power-down applications using I_OFF .
> The I_OFF circuitry disables the output, preventing the damaging backflow 
current through
> the device when it is powered down.

Was macht diese I_OFF Schaltung?

Informationen dazu habe ich z.B. hier gefunden:

> 
https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2016/11/02/logic-gates-and-switches-with-ioff-empowering-you-to-power-down
> https://e2e.ti.com/support/logic/f/151/t/118676

aber so richtig verstehe ich das nicht:

Es wird also eine zusätzliche Diode zwischen VCC und Pin hinzugefügt. 
Aber dann gehen doch die ESD-Schutzdioden nicht mehr, weil die 
Überspannung nicht nach VCC abgeleitet werden kann?!

Betrifft das nur Ausgänge oder auch Eingänge?

Wenn ich bei einem normalen (ohne I_OFF) Logik IC, z.B. 74HC00, die 
Versorgungsspannung abschalte (VCC=0V) und den Eingang auf "1" lege, 
dann fließt ein (ggf. schädlicher) Strom über die ESD Dioden des 
Eingangs und versorgt den IC. TI empfiehlt in seinem "Designing with 
Logic" Guide (http://www.ti.com/litv/pdf/sdya009c) deshalb die 
Verwendung von Pull-up Widerstand und (Schottky-)Diode (Figure 8b, 
PDF-Seite 9). Wie ist das bei Eingängen mit I_OFF?

Der Logik-Guide von TI ist recht alt (1997) und es wird nicht auf I_OFF 
eingegangen. Gibt es da was neueres?

[Stefan F. (Gast)]

> In vielen Datenblättern

Nenne mal konkrete Beispiele.

Eine pauschale Antwort, die für alle Fälle gleich passt wirst du 
wahrscheinlich nicht erhalten. Aber lass uns erstmal konkrete Fälle 
betrachten.

[Jiri D. (Gast)]

Stefan U. schrieb:
>> In vielen Datenblättern
>
> Nenne mal konkrete Beispiele.

okay :)

74LVC1G00 https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74LVC1G00.pdf
74LVC8T595 
https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74LVC8T595.pdf
74LVC595A https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74LVC595A.pdf

[Clemens L. (c_l)]

Jiri D. schrieb:
> Es wird also eine zusätzliche Diode zwischen VCC und Pin hinzugefügt.
> Aber dann gehen doch die ESD-Schutzdioden nicht mehr, weil die
> Überspannung nicht nach VCC abgeleitet werden kann?!

In den absolute maximum ratings dieser Chips findest du üblicherwiese so 
etwas wie "5,5 V" statt "VCC + 0,5 V" als erlaubte 
Eingangs-/Ausgangsspannung. Es gibt also keine ESD-Diode nach VCC.

ESD-Schutz gegen positive Spannungen wird dann wahrscheinlich mit einer 
Zener-Diode erledigt.

> Betrifft das nur Ausgänge oder auch Eingänge?

CMOS-Eingänge sind immer hochohmig, aber auch hier hast du (keine) 
ESD-Dioden.

> Gibt es da was neueres?

Logic in Live-Insertion: http://www.ti.com/lit/pdf/scea026
Understanding and Interpreting Standard-Logic Data Sheets: 
http://www.ti.com/lit/pdf/szza036

[Jiri D. (Gast)]

@Clemens:
Danke, die Dokumente sind sehr aufschlussreich.

Versuch einer Zusammenfassung:

Ioff-Ausgänge haben keine clamping Dioden, dafür aber eine sperrende:
> On devices with the Ioff feature, there are no clamp diodes or parasitic current 
paths in the output P-channel pullup transistor between the device outputs and the 
VCC supply; the positive absolute-maximum rating is a limitation of the process 
technology and is specified as an absolute voltage.

"Overvoltage tolerant"-Eingänge haben eine sperrende Diode nach VCC:
> An exception to this is an I_I specification for an overvoltage-tolerant 
bus-hold input with a test condition of V_I >> VCC . This is used to indicate that 
the overvoltage-tolerant bus-hold output has a Schottky blocking diode in series 
with the output p-channel pullup transistor to V CC, which prevents current from 
flowing from the output back into the V CC supply.

Eingänge mit Vin,max = VCC+0.5V haben Clamping Dioden nach VCC:
> If there are clamp diodes between the device inputs and the VCC supply (see 
Figure 28) for ESD protection or overshoot clamping, the positive absolute-maximum 
rating for the input voltage is specified as VCC + 0.5 V. Keeping the applied 
input voltage less than 0.5 V above VCC ensures that there will not be enough 
voltage across the clamp diode to forward-bias it and cause current to flow 
through it. The TI logic families with clamp diodes in the inputs are: AC, ACT, 
AHC, AHCT, ALB, ALS, ALVC, AS, F, (CD)FCT, HC, HCT, HSTL, LS, PCA, PCF, S, SSTL, 
and TTL.

Eingänge mit Vin,max = xx.x V haben weder clamping noch sperrende 
Dioden:
> If there are no clamp diodes between the device inputs and the VCC supply, the 
positive absolute maximum rating is a limitation of the process technology and is 
specified as an absolute voltage (for example, 5.5 V). The TI logic families 
without clamp diodes in the inputs are: ABT, ABTE, ALS, ALVT, AUC, AVC, BCT, FB, 
GTLP, GTL, LS, LV, LVC, LVCZ, LVT, (CY)FCT, SSTV, and VME.

LVC waren ja meine Beispiele von oben.

Herzlichen Dank an alle Kommentatoren!

[(prx) A. K. (prx)]

Wobei TI in die Liste der Ioff-Logik auch Technik reinschmuggelte, die 
mit CMOS nichts am Hut hat, wie beispielsweise LS/ALS. Bei TTL waren 
Clamp- und Body-Dioden sowieso nie ein Thema.

[Stefan F. (Gast)]

Die LVC Serie hat als Besonderheit, dass sie höhere Eingangsspannungen 
erlaubt, als die Versorgungsspannung. Das auch, wenn die 
Versorgungsspannung Null ist.

Dadurch sind sie besonders als Level-Shifter und für Eingänge mit 
steckbaren Anschlüssen (Hotplugging) geeignet.

[(prx) A. K. (prx)]

Stefan U. schrieb:
> Die LVC Serie hat als Besonderheit, dass sie höhere Eingangsspannungen
> erlaubt, als die Versorgungsspannung. Das auch, wenn die
> Versorgungsspannung Null ist.

Dieser "Ioff" Begriff bedeutet, dass Ein- und Ausgänge fremdversorgt 
Spannung führen dürfen, auch wenn das IC selbst nicht mit Strom versorgt 
wird.

[(prx) A. K. (prx)]

Jiri D. schrieb:
> The TI logic families with clamp diodes in the inputs are: [...],
> ALS, [...], LS, [...], and TTL.

> The TI logic families without clamp diodes in the inputs are: [...],
> ALS, [...], LS, [...].

Hat TI einen skurrilen Sinn für Antinomien? Clamp-Dioden bei TTL wären 
mir ausserdem neu, egal ob 7400, LS, S, ALS, AS, F, ... Da gilt 
traditionell, dass Eingänge bis 5,5V abkönnen, unabhängig von Vcc. 
Anders sieht es bei Dioden nach GND aus, aber um die geht es hier nicht.