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[参考译文] INA240:高频率dv/dt瞬变

Guru**** 1860360 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, INA240, INA219, INA282, INA181
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/765452/ina240-high-freq-dv-dt-transients

部件号:INA240
主题中讨论的其他部件:TINA-TI,, TIDA-0.0909万,INA219,INA282,INA181

您好,

 阻止 高频20-60MHz 低侧并联 EMI 瞬变持续传递 到INA输出的最佳方法是什么?  在  不 存在TI专有信号隔离的情况下,是否甚至可以从并联连接到差分放大器中预期到这一点?

注意 INA监控 直流驱动信号中无   EMI的相同相位至电动机 。  因此 ,EMI (dV/dt)源自接近或低于地面,并且在+/-in @-60dB上未被PSRR拒绝 ,因此会进入 输出。  3个电机驱动器信号 没有此EMI信号,而不是di/dV/dt。 然而,INA输出却受到   进入 MCU的高频振幅脉冲EMI波形的困扰。 这 会影响 多 个MCU外设的行为,特别是 SAR ADC采集稳定时间 会使转换 大于400us。

无论    示波器探头如何或在 何处连接到印刷电路板上的INA输出,INA本身都无法阻止EMI瞬变。  

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    你好,BP:

    完成此项工作的唯一方法是在INA240输入端使用严格的无源低通滤波器,或者换言之,在信号进入芯片之前使用!!! 下面推荐的滤波器可与经典的三OPAMP仪表放大器配合使用。 我不知道它是否也能很好地与具有某种不同拓扑的INA420配合使用。 但是TINA-TI模拟看起来很好,所以我想尝试一下。

    当然,您可以根据需要更改时间常量。 但不要使滤波器电阻大于10R。 1µH Ω 电感应是常用的铁氧体磁珠。 最终应使用高电流铁氧体磁珠,以避免高电流导致的磁饱和。 当然取决于信号和干扰级别。

    而且:还必须为输入提供共模过滤,而不仅仅是差分过滤! 这就是为什么可以看到三个22nF盖的原因:

    e2e.ti.com/.../bp1.TSC

    e2e.ti.com/.../bp2.TSC

    如果INA240不清楚这种输入滤波,我会使用传统的三OPAMP仪表放大器,而不是INA240。

    请记住,HF干扰绝不能进入芯片,否则会丢失所有信息...

    Kai

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    您好,Kai,

    如果您阅读了数据表,240具有嵌入式dV/dt瞬态滤波。 添加输入滤波精度误差%会大大高于关闭电阻误差%。 2mohm具有3.9 % 初始错误, 通过基于Web的并联值测试仪获得50 A峰值。 在为Johansson的X2Y EMI (10n)输入滤波器制造了多个昂贵的PCB之后,更改输入滤波器的时间有点晚。
     
    以前,对于测试10欧姆的踢脚,10N-100N陶瓷盖滤波器不会直接影响EMI。 只需将INA移离铜金属分流器几英寸,就可以降低EMI峰值。 当INA240设计阻止电机EMI时,您可以检查TIA-0.0909万工程师添加的EMI滤波器。 240嵌入式滤波器设计存在问题,当低侧监控数据表中有关接地Ref1/2引脚行为的声明无法进行切割分析时。

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    Kai来看看吧! s21plotter.johansondielectrics.com 160X07W103MV4T

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    你好,BP:

    我模拟的电路只是一个使用TINA-TI参考设计的示例电路。

    输入滤波器应包含一些铁氧体磁珠。 它们在感兴趣的频率范围内提供100...1000R的阻抗。 这远不止10R所能提供的。 我只添加了10R电阻以防止LC滤波器振铃。 它对过滤的影响很小。

    当然,将INA输入移离噪声分流器是一个好主意。 也需要一些屏蔽。 但它不能替代坚固的输入滤波器。

    我认为数据表中提到的"dv/dt瞬态筛选"功能是市场营销人员添加的功能。 在不影响芯片整体线性的情况下,这将如何工作? 我不会依赖这一发言。 我想是数据表中的失真图解告诉了事实。

    同样,由于INA219的输入存在HF干扰,如果没有强大的输入低通滤波器,我甚至不会开始进行实验。 数据表同样能说明问题。

    Kai
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    您好,BP101,

    这是一个与PCB设计相关的问题,而不是与电流感应设备本身相关的问题。 为了充分利用高性能IC,正确的PCB设计同样重要。

    理想情况下,我们只希望获得输入信号并将其传递到输出。 如果没有其它任何设备与INA输出耦合,则它应该完全没有这些高频干扰。 切换干扰发生在切换时,只应持续到我们中的几个人。 这是通过INA240提供的dv/dt抑制实现的。 设备带宽有限,仅当所有MHz组件都通过输入进入时,才应过滤掉MHz组件。 但是,如果高频干扰通过其他方式与输出耦合,则设备无法执行任何操作。

    实际上,真空中不可能存在任何电路节点,因此,此类高频干扰通过耦合出现。 这是在设计交换电路时遵循最佳实践的重要环节。 例如,切换节点和静音节点之间的分离,最小化再循环电流回路,降低寄生电感和接地分离。

    这是一种情况,即使遵循了最佳做法,也不能保证多氯联苯能够工作;但如果不遵守准则,多氯联苯肯定不会工作。

    如果我没记错的话,我们看了一些PCB图片。 提供了反馈,是否有任何帮助? 您是否有机会采用并希望改进您的电路板?

    此致,Guang

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    您好,Guang Zhou,

    切换干扰发生在过渡阶段,并且只能在我们中的几个人中持续。 这是通过 INA240提供的dv/dt抑制实现

    240不会拒绝 (峰值)分流dV/dt 20MHz-125MHz范围 ,只是  在输出上放大。 振铃dV/dt 是放大的高电压EMI (循环/随机),远 高于相对标准化20V/v增益。

     EMI是否被视为瞬态,即 仅几个周期的振幅高于标准化输出信号阈值?

    如果PSRR实际上在-20dB到-60dB的下降情况下工作,在EMI事件期间,分流电流如何在240输出上突然跳过几百毫伏。  似乎实验室 选择 交流正弦波+/- IN是  证明dV/dt在较高的PSRR频率20-125MHz瞬态脉冲反应期间被拒绝的一种不好的方法。 显然,BLDC电动机产生的频率范围是240 PSRR不会阻塞,而是放大。  240 ai不会阻止EMI 20-125MHz范围,它只 会放大事件20V/v  

    Guang Zhou 说:
    不能保证PCB能够正常工作;但是,如果不遵循指南,PCB肯定不能正常工作[/QUOT]

     PCB 布局的数据表指南未 提及任何有关IC下方存在铜箔的信息,也未提及它如何帮助 IC或以其他方式偏离 数据表事实。  看似数据表的范围有点不连贯 ,忽略了警告 TSSOP软件包可能不应存在于高反向电流跟踪或源旁边? 谁怎么知道TSSOP可能 会受到典型Kelvin连接中分流器的磁力线的影响?  建立 Kelvin连接的规则警告输入轨迹 尽可能短,TSSOP的接近在分流安装位置闭合, Kelvin规则首先适用。 同样 ,在较早的数据表 并联接近 TSSOP封装中,没有一个警告已知存在,数据表的该部分是否 已更新? TI是否已费心进一步测试240并改进数据表?

    如果我没记错的话,我们看了一些PCB的图像。 提供了反馈,是否有任何帮助? 您是否有机会采用并希望改进您的电路板?[/QUOT]

    根据  INA数据表,电路板布局没有任何问题。  然而,并联循环电动机EMI 只是被INA放大。  无论INA如何 存在于任何印刷电路板表面 ,甚至连 至并联的隔离垂直印刷电路板,都是非常相同的循环电动机EMI随机地达到高于标准化输出增益的峰值。  奇怪的是 INA282  产生了类似的低得多的EMI峰值事件, 与接地输出信号相关的参考电压 保持在0伏以上。 240输出参考电压与0  伏以下的接地输出峰值相关联,在周期性随机EMI 事件中 (典型值>-2V)。  同样,EMI事件不会持续,并且偏离影响ADC采集的标准化输出信号。 减少循环EMI的唯一目的是使用广泛的22n去耦合盖接地。 这 也使瞬变在过程中发生较长的跳闸比较器故障。 目前 , 除了TDK铁氧体(0.3 DCR)外,没有增加电容负载INA输出 可减少峰值EMI脉冲 @100MHz,2英寸 长轨迹至MCU 4R87k ,并在  ADC 输入附近降低330nH扼流圈。  

    20 极以下的磁性电动机 可能产生与 我们的36极大型BLDC类似的EMI。 也许TI工程师可以测试 240正在执行数据表中所说的操作。 仅实验室测试IC是不够        的,因为EMI事件中DV/dt频率范围的PSRR必须在实际条件下保持为真,不仅是使用感应电机,还使用更大的PM机器。

    https://www.ebay.com/itm/EV-motor-DirectDrive-BLDC-20kw-peak40Kw-100V-or-160V/22.3069万829296?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&amp;_trksid=p2060353.m1438.l2649</s>82.9296万 206.0353万1438.2649

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    您好Kai,

    也许看看不同的数据表,没有数字24。 您是否知道,如果原理图视图中存在多个INA,则Tina可能会产生不正确的瞬态分析。 最初的240次瞬态分析有4 个设备,通常会产生不正确的结果。 同意必须是市场营销方面的失误,但低端电流错误 几乎是3.9 % ,没有 输入滤波器。

    想知道您是否可以使用330nH铁氧体L1/L2,Ref1/2 GND,信号12.5kHz PWM,低侧监视器测试A1 PSRR (20-125MHz)范围? 我手上有几个330nH (0402),几个XY2 10nF CAP C3位置可能会减少几个22n的杂乱。

    过去测试过的22n-100N跨+/-In,只能使分流/电动机瞬态跳闸3个故障比较器中的任何一个更快。  这是比较器故障阈值接近随机循环EMI峰值的另一个问题。 BTW 3v2输出轨是ADC满刻度 2mohm,A1 20V/v,80 A峰值,40mV/A 输出电平实际上比40mV/A高一点,增加TDK MMZ1608B102CTA00 (0.6欧姆)铁氧体 减少峰值EMI @100Mhz。   TDK输出铁氧体仅降低了它看起来的EMI包络频率。

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    您好,BP101,

    数据表是仅适用于IC的管理文档,并不表示系统设计(包括布局)。 它可以建议应用和设计技术,但绝不能涵盖每个可能应用的所有方面。

    尽管如此,我还是很努力地想知道如何帮助您向前迈进。 我认为您查看其他一些产品可能会有所帮助,可能的结果可能是(1)您确信这不是INA240造成的唯一问题,或者(2)某些设备更适合您。 我目前还不知道答案。 原因是在低侧电流感应配置中,确实不需要dv/dt功能。 只要IC足够快且带有参考销(您可能不需要该引脚,如您所述),则可能正常。 另一个要求是,共模范围至少包括几个100mV的地下电压。 您似乎相当熟悉我们的产品组合,请访问TI.com,查看各种电流感应放大器。 例如,您可以从INA181开始。

    此致,Guang

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    你好,BP:

    我的意思是这个数字:

    在进行模拟之前,我已删除了其他三个INA240。 这是否可以解决问题?

    e2e.ti.com/.../bp3.TSC

    e2e.ti.com/.../bp4.TSC

    Kai

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    您好,Kai,

    感谢重新运行模拟:-)

    哦,在PDF中,图24与所有其他图形的距离很远。 似乎 无法 应用 @12.5kHz电流测量,  通过 240输出的高频EMI 应在设计上停止运行。 请注意 ,THD 曲线向上高于 当前测量发生的频率范围 。 它看起来应该 是非常低的THD @12.5kHz,并且在实际的电流事件中,大部分情况下它都非常干净。 然而 ,随着  DV/dt EMI驱动THD >Fig的100 % 计数器 ,THD在这些事件之外增长。 24和高抗扰性的主张。 它似乎> 10 % THD应该在 400kHz波段宽度之外 ,不会像它那样产生高频EMI,无法 (降低)作为文本状态的输出电平。 事实与 图24 中的段落完全相反。 THD在   输出开环中通过高水平 EMI进入ADC 输入饱和区域,实际上增加了大于400kHz的噪声。

    EMI滚动 需要20MHz到>125MHz的范围,Johansson S21绘图仪(10n)几乎不接触-50db @100MHz。 当然,人们会认为,如果没有10R 或330n电感 器铁氧体        ,单是X2Y就应该降低并联EMI,而不是多层电感器,高电流铁氧体会产生高频的阻抗滚离,因此Tina产生的结果与带电感器的铁氧体磁珠不同。  似乎我们需要使用 Tina中的频谱分析器工具 来了解  THD如何以图形方式影响 噪声,SNR。  如果我正确调用 @12.5kHz (80us)周期 (PWM) ,则SNR 级别(THD)似乎 在-60dB附近出现停顿。

     底部 ADC全刻度范围模拟2mohm分流 器似乎 非常正确。  

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    您好,Kai,

    我想说高电流铁氧体磁珠高于POST,但Tina Spice模型不包含 铁氧体。  TDK/Murata上次检查不 支持导入Spice宏。 ODD observation Johansson S21绘图仪指示10n信号(以0Hz开始 )回滚大约110Mhz -52db,Tina的VM1 (以-52db 1kHz开始)。  VM1与添加 L1/L2和 R1/R3 (10R)的区别 似乎有些可疑,是不是?

    您是否有机会尝试 频谱/信号分析仪(T&M) Tina工具栏?  您是否发现   在添加+/-in组件后确定功率密度频谱的变化非常有用?   提示单击数据箭头->以导出VM1的频谱分析仪图形图,其它。 我将函数发生器用作 IG1,channel out_A1的12.5kHz输出源。 频谱分析仪可生成一些非常有趣的模型信号图解。

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    你好,BP:

    不幸的是,TINA-TI的功率分析器工具对我不起作用。 处理器只加热而不执行任何有用的操作...

    铁氧体磁珠的阻抗可以用这样的模型很好地模拟:

    使用此"真实"铁氧体磁珠重复模拟可显示以下结果:

    当然,下一步是使用其电感等对"实际" 10n输入盖建模。 任何模拟都不是绝对正确的。 但我认为,这是这些模拟的深层次感受,你可以看到使用铁氧体磁珠非常有用,即使铁氧体磁珠也不是完美的组成部分。

    Kai

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    您好,Kai,

    我有四核英特尔2.8GHz超频,即使选择单触发源以外的其它触发源,该工具也会锁定Tina。 我犹豫的部分原因是Tina Spice图书馆没有铁氧体磁珠。 看来电感器不能精确模拟EMI降低铁氧体磁珠的效果。 表面上Tina模拟必须是直流而不是交流,否则INA240不会产生通过实时PWM驱动直流瞬态的相同图解结果。

    330n电感器是带外部铁氧体粉末芯的多层堆栈,根据数据表,铁氧体磁珠不具有电感,它们是电阻器件。 如果目的是串联放置铁氧体磁珠以降低EMI,则在存在EMI @20MHz -100Mhz范围时,+/- in阻抗将成为更多的问题。 较小的磁珠(0402)范围为15-30Zohms @100MHz,<0.4ohms DCR。
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    您好,BP101,

    我们有一个E2E论坛,专门讨论 仿真和工具。 我想您将在那里获得有关仿真问题的专家支持。

    正如我在以前的文章中所说的那样,我认为这个问题本身已经超出了INA240的范围。

    此致,Guang

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    您好,Guang

    瞬态EMI的一个很好的部分是通过<20mohm或<4mOhm铁氧体磁珠从AGND环路进入与MCU数字(DGND)分离的ADC。 在用0r,<50mohm DCR替换铁氧体磁珠后,240输出脉冲峰值<5V下降到<500mV开路增益。 昨天在240输入上测试了10nF X2Y CAP,似乎没有任何在示波器探头上发现的好处。 去除磁珠后低于接地峰值<200mV的负脉冲似乎无害。

    为什么240开环输出增益不受连接到的AGND平面240的约束仍然是一个谜。 与铁氧体磁珠降低高频EMI的原理相反,它实际上通过240路输出产生了高EMI。 这种描述的AGND方法过去是向论坛披露的,而不是专家的一句话。 ADC内部LDO电源之间的Hind Sight being阻抗以某种方式通过DGND增加,即使ADC (AGND)在使用的同一接地平面240上。 在我看来,那是ADC的责任,而不是240。