Amp misst Board Twist (leider!)

Nun, das ist ein Knaller - wenn auch ziemlich einfach. Hat jemand Erfahrung mit Board Twist , der Ihre Schaltung beeinflusst?

Wir haben ein Board-Design, das eine Wägezelle messen soll. Wir haben endlich einen Fehler in der Systemgenauigkeit bis zum Verstärker-IC aufgespürt. Wenn wir die Platine drehen, ändert der Verstärker-IC seinen Ausgang.

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RM hinzugefügt:

Schaltkreis:

Datenblatt hier

Der Gewinn beträgt 100.000 / R7 = ~ 454,5 gemäß Datenblatt S. 15.

Ich bekomme + 80mV, wenn ich das Board aus seinen 4 Ecken drehe. Ich benutze die Menge an Drehungen, die ich benutze, um mein Auto mit meinem Autoschlüssel zu entsperren. Ich bekomme -80mV, wenn ich in die andere Richtung drehe. Das Ausmaß der Verdrillung ist proportional zur Varianz der Ausgangsspannung.

Wenn ich beispielsweise einen typischen Stiftdruck auf die Oberseite des ICs lege, erhalte ich alternativ +20 mV. Dies ist die empfindlichste Ecke des IC in der Nähe von Pin 1.

Um den Amp-Stromkreis zu isolieren, habe ich seinen Eingang kurzgeschlossen und andere Stromkreise von ihm getrennt, so dass das, was Sie im Diagramm sehen, das ist, womit wir testen.

Ich stecke fest. Welches physikalische Prinzip würde dies verursachen? Wie kann ich das verhindern?

Anmerkungen:

1. Dies ist ein Systemfehler, kein Einplatinenfehler . Es passiert auf allen unseren Brettern.
2. Ich habe versucht, die Stifte neu zu löten. Das ist nicht das Problem.
3. Es ist nicht der Verstärkungswiderstand R7. Ich habe das auf lange Kabel gelegt, um seine Drehung separat zu testen. Verdrehen macht keinen Unterschied.
4. Der Widerstand R7 beträgt 220 Ohm, was einer Ampere-Verstärkung von 456 entspricht
5. Die Stromversorgungsschiene AVdd misst konstant 3,29 V
6. Der IC ist der Industriestandard AD623ARM (uSOIC-Paket)
7. Für diejenigen, die es wirklich sehen müssen, ist hier das Brett - obwohl ich befürchte, dass es mehr rote Heringe als Antworten aufwirft:

Es sind Effekte wie diese bekannt, die für hochpräzise Schaltungen berücksichtigt werden müssen. Wärmegradienten können sich auch nachteilig auf die Bauteilorientierung über oder entlang von Spannungen und Wärmegradienten usw. auswirken.

Natürlich müssen wir raten, weil wir nicht magisch wissen können, was in der Packung ist. Es ist jedoch zu vermuten, dass die Matrize entweder eutektisch gebunden oder sehr starr am Boden des Verpackungshohlraums angeklebt ist. Ein kleines SOIC-Gehäuse ist sehr unnachgiebig (dh starr), so dass die Spannungen direkt in den Hohlraumboden des Gehäuses übertragen werden und sich dann über den Chip in das Si-Substrat einfügen. Spannungen können die Si-Leistung nachteilig beeinflussen, indem sie die Elektronen / Loch-Beweglichkeit beeinflussen, und Si hat einen bekannten Piezowiderstand (durch ähnliche Effekte von Gitteränderungen).

Tatsächlich verwendet Intel lokalisierten Stress, um die Leistung von PMOS-Transistoren an einigen Prozessknoten zu erhöhen. Bei der Auslegung von Präzisionsschaltungen in silico wird empfohlen, empfindliche Verstärker in Si nicht mit Metallschichten zu überziehen, damit die Transistoren nicht beeinträchtigt werden. (aber hier ist es ein passendes Thema).

Um die Hypothese zu testen: Ich empfehle, den Verstärker zu entlöten und dann kurze Stichleitungen aus PTH (Widerstand würde funktionieren) anzubringen, um das Gehäuse von der Leiterplatte abzuheben, damit die Belastung nicht in das Gehäuse übergeht. Sobald du damit herumgespielt und es wieder angezündet hast. Sie sollten eine Änderung und damit eine Verifizierung sehen. Verwenden Sie die neuen "Beine" als konforme Mitglieder. Oder verwenden Sie Lötzinn, wenn Sie wirklich mitgerissen werden möchten.

Lösungen? Eine DIP-Version desselben Teils ist weniger problematisch, da die Ableitungen kompatibel sind. In diesem Fall kann eine nachgiebige Wärmeleitpaste unter der Verpackung verwendet werden, um die Wärme abzuleiten.

Sie sollten auch Ihr Board-Design als einen beitragenden Faktor betrachten. Vielleicht hilft das Ausführen von Versteifungen (in der vorhandenen Konstruktion) als Test, das Problem zu beseitigen / zu untersuchen. Ich würde Epoxy steifere Stücke von FR4 (am Rand) nur sehen.

Sie haben einen ziemlich großen Gewinn auf dem Operationsverstärker. Die 80mV, die Sie sehen, entsprechen ungefähr 100uV am Eingang! Alles, was Sie tun, um eine zusätzliche Spannung von 0,1 mV an einen Eingang anzulegen, erklärt Ihre Beobachtung. Selbst wenn Sie das Board an der falschen Stelle berühren, kann dies passieren.

Die einfache Antwort lautet "Nicht verdrehen". Bringen Sie es so an, dass dies nicht das Problem ist, vielleicht an einer Ecke.

Ich bin neugierig. Sehen Sie ein statisches Problem oder ein dynamisches Problem? Die Montage einer Platine ist eine statische Sache, die sich im Laufe der Zeit nicht ändern sollte. Der Eingangsoffset (wenn das so ist), den Sie sehen, wenn Sie die Karte drehen, liegt bei dieser Verstärkung innerhalb der Spezifikation für den AD623. Wenn eine STATIC 80mV am Ausgang hier ein Problem darstellt, haben Sie den falschen Chip angegeben. Das heißt nicht, dass Sie von einem mechanischen Eingriff eine Änderung des Eingangsversatzes erwarten, sondern lediglich, dass bei diesem IC ein statischer Versatz dieser Größe erwartet wird.

Einige der anderen Antworten haben einige gute Vorschläge, aber hier ist noch einer. Wenn ich höre, dass physische Belastung die Leistung eines Schaltkreises verändert, vermute ich sofort Kondensatoren auf der Platine. Kondensatoren sind bekanntermaßen stressempfindlich und können aufgrund von Stress oder Vibration leicht Signale in Präzisionsschaltungen wie diese induzieren.

Ihr Schaltkreis enthält jedoch keine Kondensatoren an Stellen, an denen dies möglich sein sollte.

Das lässt mich denken, dass es in Ihrer Schaltung einige Kondensatoren gibt, die Sie nicht gezeichnet haben.

Derjenige, der in den Sinn kommt, ist der parasitäre Effekt zwischen den Eingängen des Verstärkers (Pins 2 und 3) und allen in der Nähe befindlichen Stromversorgungs- oder Masseebenen. Es ist gängige Praxis, in einem Präzisionsschaltkreis wie diesem Öffnungen in der Leistungs- und Masseebene unterhalb von Knoten mit hoher Impedanz anzubringen. Im Falle des AD623 haben die Eingänge einen Eingangswiderstand von etwa 2 Gigohm und Sie wenden auch eine hohe Verstärkung auf jedes Signal an, das (differentiell) an diesen Pins induziert wird.

Wenn Sie die Stromzufuhr / Masse nicht unter den AD623-Eingangsstiften (und dem damit verbundenen Kupfer) unterbrochen haben, ändert die Belastung der Platine den Wert der parasitären Kapazität, wodurch sich die Ladung bewegt Art von Offset-Signalen, die Sie sehen.

Diese Hypothese ist etwas weniger wahrscheinlich, da Sie mit kurzgeschlossenen Eingangspins testen, aber ich würde sie überprüfen, wenn sich die anderen Probleme nicht herausstellen.

Ok, lassen Sie mich zusammenfassen. Die Antworten bezüglich des DMS-Effekts oder des Einflusses von Silizium auf die Mobilität scheinen korrekt zu sein. Die Auswirkung der Belastung auf die Eingänge wird mit der Verstärkung des Verstärkers multipliziert.

Ich habe das Paket vollständig von der Platine entfernt und es ohne Platine getestet, indem ich die Leitungen von der Platine zu einer Brotbarde verdrahtet habe. Die Belastung des Chips alleine hat immer noch den gleichen Effekt.

Meine weiteren Tests zeigen, dass das von mir verwendete uSOIC-Paket etwa zehnmal schlechter (stressempfindlicher) ist als das DIP-Paket. Dies stimmt mit der im Datenblatt angegebenen Varianz für den uSOIC-Teil überein. Ich denke, ich kann beim nächsten Board-Spin einen Standard-SOIC verwenden.

Einige meiner Freunde gaben die folgenden zwei Antworten an, die ich als Referenz hinzufügen werde:

[Greg Bauer]: Ich frage mich, ob dies auf eine Deformation des IC zurückzuführen ist (wie Sie zweifellos denken), die zu einer entsprechenden Reaktion des Druckmessers oder Dehnungsmessers im Silizium des vorderen Endes des Verstärkers führt. Da der Verstärker seine eigenen Differenzeingänge hat, bewirkt jede Auswirkung dieser Unsymmetrie, dass dieser Eingang eine Varianz der Eingangsoffsetspannungen verursacht, die dann (durch Verstärkung mit offener Schleife?) Verstärkt werden und dann zum Ausgang weitergeleitet werden.

Möglicherweise muss ich etwas mehr darüber nachdenken.

Ich weiß, dass in den alten Tagen, als Halbleiter Steine ​​und Dinosaurier waren, wenn man entweder auf das Siliziumstück in einem 2N3055 oder einem LM301-Operationsverstärker Druck ausübte, einige interessante Effekte auftraten - in der Tat zeigte die Schallwelle auf eine alte Metalldose LM301 bei abgenommenem deckel würde es sich wie ein sehr, sehr, sehr schlechtes mikrofon anfühlen (spielte mit diesen Operationsverstärkern schon in ~ 1976).

[Gary Anderson]: Es hört sich so an, als würden Sie Ihren Verstärker als Dehnungsmessstreifen betreiben. Wenn Sie die Platine verdrehen, verdrehen Sie auch den Verstärkerchip, wodurch die Widerstände im Verstärker geringfügig verändert werden. Die Schwingungen von 80 mV entsprechen den Spezifikationen für dieses Teil. (200µV Eingangsversatzspannung mal 454 = 90mV.)

Haben Sie ein Problem mit dem Biegen der Platine bei der Anwendung? In diesem Fall müssen Sie möglicherweise Steckplätze in Ihrer Platine verlegen, um die empfindlichen Teile zu beschädigen. Am besten das Board nicht verbiegen.

Mit dem in Ihrem Schaltplan konfigurierten AD623 können Sie keinen vernünftigen Test erwarten. Obwohl Sie Eingänge kurzgeschlossen haben, müssen sie in der Lage sein, ihre jeweiligen Eingangsvorspannungsströme nach Masse "abzugeben":

Ich sage nicht, dass Ihre reale Arbeitsschaltung in diesem Bereich problematisch ist - nur Ihr Testaufbau. Wenn Ihre "richtige" Schaltung jedoch keine Komponenten enthält, die diese Vorspannungsströme beseitigen können, treten diese Probleme auf.