[参考译文] TLV3011：TLV3011电源转换

您好，Russell：


尝试在电源和2个V+针脚之间添加RC网络，这应有助于在更长的时间内保持更稳定的电源。 由于设备静态电流低(<5uA)，您可以使用2K电阻器(<10mV压降)和10uF电流帽连接到V+引脚。  确保仅将2个V+针脚连接到它。

如果这没有帮助或不相关，我们可以选择另一条路线。

最佳。

张建
应用工程师，LPAC PL

您好Jian：

下面是一系列的电子邮件，所以我用一个--我们在同一个页面上。  这里有很多信息可供消化，所以如果您需要任何澄清，请告诉我。

谢谢！

拉塞尔

所以我们在同一页上，宝贵的镜头是电源电压与参考引脚，两个部件的引脚5和4都表现出相同的行为。  请参见下图1。

电源电压的唯一变化是从电池电源(可能高达3.7)到主电源(主板首次通电时降至3V)。 并为RC网络提供一个快照

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e2e.ti.com/.../Comparator_5F00_scope_5F00_captures.zip

实际上，我们在这个比较器设备上看到了两种异常行为。  有两个比较器IC，一个监控蓄电池是否存在过压，另一个监控蓄电池是否存在欠压。  在从备用电池到本地主电源的转换过程中，每个比较器电路可能会产生无效的输出状态。  这两种不同的行为可能相关，也可能不相关(在根本原因方面)，但它们通常在我们的系统中表现为相同的状况(从电池到主电源的过渡)。  下面的要点总结了我们迄今为止所观察到的情况。  很抱歉提供了大量的细节，但我认为有必要分享，以便充分了解这里可能发生的情况。  

我们还将再次包含原始电子邮件中的示波器屏幕截图，以防您未收到转发给您。  这些显示了电源电压输入引脚和REF输出引脚(您在之前的电子邮件中要求)。

此捕获显示的是蓝色的V+和粉红色的REF。 随附了一个zip文件，其中包含以下所述问题的更多捕获信息。

两个电路共同/问题：

• ·从备用电池切换至主(本地)电源期间的异常行为(比较器输出短暂地更改状态)。
• ·每个比较器都由在电池/主电源之间切换的节点供电(即比较器的电源引脚参见电压转换)。
• ·每个比较器的"IN+"输入引脚由来自蓄电池电压的独立分压器提供(每个比较器使用单独的分压器)。  分压器电阻器较大(100k或更大)，并且0.1 UF盖也位于输入引脚处。
• ·每个比较器的"in-"输入引脚直接连接到其REF输出引脚 ， REF输出上没有任何旁路/稳定性电容器 (如数据表的应用电路示例所示)。
• ·每个比较器的REF输出引脚对受电源电压引脚影响的电压转换瞬态有显著响应。
• ·虽然REF输出线路调节不良是非常意外的，但它似乎与瞬态的振幅和频率直接成比例并不奇怪。  从电池到主电源的转换比从主电源到电池电源的转换更大，转换速率更快，因此产生的参考干扰也随之产生。
• ·降低蓄电池电压会导致异常比较器输出脉冲的持续时间也会降低，从而导致足够低的蓄电池电压不会出现该行为。  这大概是因为输入电压瞬变的幅度随着蓄电池电压的降低而减小。
• ·旧版本的电路板使用不同的电池切换电路，切换速度慢得多(几毫秒相对10 us)，这些电路不会干扰比较器的参考引脚。

问题"A"(蓄电池电压过高 监控电路)

• ·在电源电压从蓄电池转换到主电源期间，REF输出的干扰具有足够的量值，可将"in-"引脚的电压拖动到"in+"引脚下方。  因此，在这种情况下，比较国作为比较国基本上仍在正常运作(不要介意参考框架的PSRR/线路调节差)。
• ·在REF输出中添加电容器(0.1 UF)，可以减少此引脚上的干扰，从而防止in-引脚越过in+引脚(干扰仍然可见，但足够小)。
• ·可观察问题摘要：电源电压瞬变会干扰REF输出引脚，使其足以将in-引脚拖过in+引脚，从而导致比较器输出在干扰持续期间改变状态

问题"B"(蓄电池电压过低 监控电路)

• ·在电源电压转换过程中，在REF引脚上观察到相同的异常行为(由于它们已连接，引脚会下降，并随其拉入)。  
• ·但在此电路中，IN+引脚的电压高于IN-，因此IN-上的下垂实际上将比较器输入推得更远。  尽管如此，比较器输出会短暂地改变状态。  因此，即使输入引脚的电压受到影响，它也不会越过输入+引脚的电压，从而违反比较器的基本行为。
• ·将0.1 UF电容器添加到REF/IN-引脚不会改变异常输出行为(REF/IN-引脚不再下降太多，但比较器输出在电源电压瞬态期间仍脉冲到错误状态。
• ·比较器电源电压节点上的20k负载(来自高带宽活动探头)也会导致问题消失。  这种额外的直流负载确实会在蓄电池路径中的串联元件之间造成一定的电压降，因此蓄电池电压可能会变得足够低，从而充分降低转换瞬态的幅度。  虽然20k不是一个很大的负载，但它比该节点当时的现有负载大得多。  此实验是在将0.1 UF盖添加到REF引脚后执行的，因此不知道这是否消除了其他比较器的问题(因为仅此盖就足以解决问题)。

所以，正如你所看到的，有两个不同的问题以两种不同的方式表现出来。  这些问题中至少有一个(如果不是两个)是由输入电源针脚处的电压瞬变引起的。  我们对其施加的电压瞬变不在数据表额定值范围内，因此我们不禁要问，为什么IC会这样工作。  无论数据表中包含什么内容，我们都需要了解这种意外行为是正常(即使是意外)还是异常(即我们的部件损坏或具有独特性)。  如果这是正常行为，我们需要在最后修复电路。 如果零件损坏，我们需要将注意力转移到了解它们如何变得糟糕(我们是以某种方式损坏它们，还是在收到它们之前它们损坏？)。  TI是否认为这些部件的作用不同于“好”部件，或者这可能只是此器件设计的行为？   我们认为这是TI目前面临的第一个也是最重要的问题。

关于您要求在比较器电源电压引脚前面放置RC滤波器的问题，我有一些意见。

• ·PSRR/线路调节通常会随着频率的增加而降级，降低输入电压瞬变应会降低输出响应瞬变。  我们在这里似乎看到了这一点。  
• ·输入的RC滤波器也会降低瞬态的(较高频率部分)幅度，因此我们预计对该瞬态的响应也会降低。
• ·由于很难将该系列部件插入此电路板，而且我们都同意预期的内容，因此我们此时不会尝试这样做。
• ·对我们来说，更大的问题是，我们不能让瞬态消失(或变小)，而是为什么IC对这种瞬态反应如此之差？
• ·尽管如此，我们确实计划使用此比较器构建一个简单的试验电路板，以尝试测量其对其电源电压引脚上扫描交流噪声的响应(例如，使用Venable FRA仪器)。  我们将分享我们的发现。

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下面是参考引脚对注入到输入电源电压引脚上的正弦波的响应图。  此测量使用了Venable 350C。  对于注射正弦波的多个振幅，重复测量，范围为200 mVrms至1 mVrms。  它们通常都具有相同的响应，响应峰值在kHz的前10至kHz的下100。  随着喷射振幅减小，高频响应一般会降低，表明在运动时存在一些非线性。  数据表的参考线调节规格 (不包括频率点) 为10 uV/V (最大100 uV/V)或约100 dB (最小80 dB)，似乎只能在100 Hz以下实现真实效果。  无论该数据表规格如何，以下描述的响应是否符合我们对该设备的预期，还是这表明该部件存在某种缺陷？  此测量是在试验电路板上进行的，使用从工厂库存中提取的"新" IC。

我们还尝试将差动输入电压表征为输入电源电压噪声(注射正弦波振幅和频率)的函数，此时输出状态发生变化。  这并不是很容易检测，因此可能需要更长时间才能获得良好的数据。  一些初步的手动测量表明，当受下图中曲线峰值附近的频率影响时，该设备绝对敏感，会给出不正确的输出状态。

e2e.ti.com/.../Comparator-Behavior.zipThankYou Jian，

此外，还提供了以下内容：

Venable仪器使测量参考引脚对V+上信号的响应变得非常容易。  先前电子邮件中提供的图表是在电源电压(V+引脚上)为+3.3VDC时测量的。  这些测量在3.0 ，3.6 和3.9 VDC上重复进行，没有明显差异。  这适用于之前电子邮件中所述的问题"A"。

尽管如此，测量模拟输入对电源电压噪声的灵敏度(问题"B")并不是那么直接。  我最初的想法是将电源电压注入的噪声(正弦波)设置为固定的振幅和频率，然后慢慢调整输入端的差动电压(使用两个工作台电源)，直到输出切换，同时注意到该点的差动电压。  对于各种注射振幅和频率，都会重复这种情况，这是一个相当痛苦的手动过程。

我观察到的大部分是一种"全部或不全部"的行为。  我的意思是，对于给定的注入振幅/频率，比较器的输出将：

•仅当模拟输入的电压相互交叉时切换(单转换)(即正常比较器操作)，

•在100 ms正弦样注射间隔开始和结束时的脉冲(两个转换)，与模拟输入(例如 IN+= V+和IN-= V-)，

•或者，对于在某些喷射频率下，在后一种行为开始之前的狭窄范围内的喷射振幅，比较器输出将在喷射间隔期间持续或间歇性切换。

事实上，似乎不依赖于模拟输入的电压，这让我假设这种故障模式可能与电源电压网和与输出驱动器电路相关的网之间的片上耦合有关 (在模拟比较器电路之后，但在最终漏极开路输出晶体管之前的一个网络)。

无论IC内行为的实际根本原因如何，此行为都与我们系统中观察到的行为密切相关。  在问题"B"情形中，输出脉冲(两个转换)在电源电压转换后立即发出，即使模拟电压之间相隔几伏(参考节点不会受到太多干扰)。  在Venable的正弦样注射下，输出上会有类似的脉冲。  当电源电压从直流突然变为交流电时，内部喷射开始和结束时会出现脉冲。  正弦曲线开始时的这些锐变与从电池切换至主电源时系统内看到的锐变非常相似。  在启用Venable测试的情况下，注入正弦曲线的频率可能与该点的转换速率相关，而不是与实际基频本身相关。

观察到的另一个细微差别是输出故障脉冲在某些频率/振幅组合下的行为略有不同。  在我测试的大多数情况下(不一定全面，记住这都是手动测试)，脉冲持续时间大约为10-20 us。  但对于频率约为500 kHz至几MHz的相对高振幅正弦振量(400至500 mVrms)，输出脉冲会更长(高达30毫秒左右)。  不仅持续时间比"正常"情况长得多，而且脉冲的开始时间也比正常情况晚得多(对于10-20 us脉冲，通常约为10 us，对于更宽的脉冲，可能是几到几个10 ms)。  这对我们来说尤为重要，因为我们可能的短期解决方案之一是使用SW反跳来掩盖这种行为。  我们需要知道这些异常脉冲可以持续多长时间，但我们可以忽略的持续时间有一定的限制。  到目前为止所进行的测试绝不是详尽无遗的，因此我们不知道(1)这些脉冲到底可以持续多长时间，或者(2)这些更长的脉冲是否可以在我们的系统中实际发生(我们仅通过Venable测试在试验电路板上观察到这些脉冲)。

我附上了一些示波器屏幕截图，描述了使用500 kHz注射的不同注射振幅的不同脉冲宽度。  请注意，屏幕截图底部3/4处有一个放大部分，该部分有20 us/div或100 us/div，但所有这些部分在屏幕截图顶部的完整捕获中都有20 ms/div。

希望此信息有助于缩小问题范围。