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[参考译文] INA168:当 VIN 介于0.7V 和1.2V 之间时、输出上出现毛刺脉冲

Guru**** 2419530 points
Other Parts Discussed in Thread: INA168, INA180

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/696117/ina168-glitch-on-output-when-vin-between-0-7v-and-1-2v

器件型号:INA168
主题中讨论的其他器件: INA180

我注意到、当 VIN+介于0.7V 和1.2V 之间时、INA168的输出会出现毛刺脉冲。  这对我来说是一个潜在的问题、因为我的系统具有缓慢上升的输入电压、并且在微 VDD 建立之前、我的微控制器可能会看到输出干扰。  我会得到与系统电压斜降相同的毛刺-当它达到1.2V 时、INA168输出峰值高达300mV、然后随着输入电压斜降。

这是正常的、预期的行为吗?  此时没有电流流经感应电阻器、因此我希望输出为零。   

如果这是预期的行为、那么300mV 是预期的干扰大小吗?  还是可能更高?  300mV 恰好是我想要应用于未供电微控制器的 GPIO 的最大值、如果另一个 INA168可能具有不同的干扰(例如700mV)、则这可能是一个大得多的问题。

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    尊敬的 David:

    您写道、您将 INA168的输出连接到微控制器的 GPIO。 这是 ADC 输入还是数字输入? 如果您只馈入数字输入、则可以插入晶体管开关级。 这会将 INA168的输出与 μ µC 的数字输入完全隔离。

    另一种抑制毛刺脉冲的方法、至少部分抑制、是使用数据表图12中所示的输出滤波器。

    您是否有输出干扰的示波器图?

    Kai
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    尊敬的 David:

    感谢您考虑在设计中使用 TI。  假设 INA168通电时会发生毛刺脉冲。  如果不是、尽管我们没有数据可确认、但这是可能的。 或者、如果器件已通电、您看到的干扰是我们希望看到的、以便快速改变共模电压。  通常、我们在数据表中有一个此类行为的图表、如我在下面看到的图表(摘自 INA180数据表)。  遗憾的是、这是一个较旧的器件、提供该相应的规范当时并不是 TI 的标准做法。  但是、从下面的第二幅图(摘自 INA168数据表)中、如果可以通过低于5kHz 的谐波来构建上升/下降斜率、那么我预计毛刺脉冲将更加可以忽略不计。 对于高压摆率改变共模的正常干扰大小、我需要进行多次测量来确定这一点。  在这种情况下、我想确切了解您的运行条件、包括启动和转换持续时间。

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    尊敬的 Kai、Patrick:

    INA168输出将连接到我的微控制器上的模拟比较器引脚。  我利用固件中的可调阈值、因此不能使用外部晶体管。  巧合的是、我使用的输出滤波器与图12类似、但目标是使输出平滑、而不是抑制这种干扰。

    Patrick -也许"毛刺脉冲"不是正确的术语、因为它与瞬态或输入变化无关。  问题在于、当输入电压介于700mV 和1.2V 之间时、输出驱动至~300mV。  我意识到这低于器件的正常工作电压、但如果微控制器的 VDD 还不存在、仍然会导致问题。  我已经附上了两张示波器迹线的图片、其中显示了随着输入电压(蓝色)缓慢增大以及随着输入电压减小而产生的输出(黄色)。

    当我缓慢增大电源的电压时、就会得到上述结果。  这是我插入系统时的输出- VDD (蓝色)、这是 LDO 的输出、会快速上升、但 INA168输出大约1-2ms 高于 VDD。  它仍然处于相当低的电压、但这种情况根本就引起了人们的关注。

    我看到了我测试过的两个器件的类似结果。  不过、我担心的是、其他一些器件的输出电压可能高于300mV (对于未供电的微控制器而言可能过高)、或者另一个 LDO 可能会缓慢上升、从而使 INA168输出达到更高的电压、或在 VDD 保持低电平时持续更长时间。

    请告诉我对此有什么想法。

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    尊敬的 David:

    您可以借助 PMBFJ177等 PJFET 来钳制 INA168输出端的毛刺脉冲。 当栅源极电压为0V 时、该 FET 显示源极和漏极之间存在100R 短路、当栅极电压比源极高一些正电压时、该 FET 变为高欧姆。 您可以将栅极连接到微控制器的电源电压。

    如果负载电阻上的钳位不够、您可以使用 PJFET 作为钳位来形成分压器。

    Kai
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    尊敬的 David:

    由于我们目前没有确定运行条件性能的特征、我需要对来自不同批次的多个样本进行多次测量、以便为您提供最终答案、这可能需要比您愿意等待的时间更长的时间。  

    不过、现在、我建议在输入端使用共模滤波器、在输出端使用 RC 滤波器、如下图所示。 除非您计划测量高频信号线路上的电流、否则这些值应有助于您的条件。

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    尊敬的 Patrick:

    这实际上适用于现有设计-我的主要目标是确定此行为是否会导致当前系统出现任何问题。  我 认为、我观察到的情况不应损害我的微控制器- 300mV 的"毛刺脉冲"应该正常、即使微控制器未上电、且上升速度更快的输出仅比 VDD 高大约100mV、这也应该正常。   

    关于不同批次的器件采样-我担心不同批次的300mV 毛刺脉冲可能会更高-甚至高于300mV 也会开始令人担忧、超过600mV 的任何东西都肯定会损害或破坏微控制器。  因此、如果可能的话、我有兴趣了解不同批次的采样结果。

    或者、如果最大毛刺脉冲电压可以通过设计本身来确定、这就足够了、我想知道该电压是多少!

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    嗨、David、
    因此、我对三个不同的样本进行了测量。 我还使用不同的输出电阻器值对一个采样进行了测试。 在进行这些测量时、我注意到输出实际上在共模下上升至~1.2V、然后下降至接地(假设分流器上没有差分)。 我还注意到、对于此范围内的任何给定共模电压、这些输出值都是静态的。 我为每个样本测量的最大值如下:

    测试1:输出电阻为1K
    S1:115mV
    S2:112mV
    S3:116mV
    测试2:输出电阻值不同的 S3输出
    500:70mV
    1K:116mV
    10k:558mV

    这些测量的电源电压为5V。 但是、当电源为3.3mV 时、我得到的值大致相同。 所有测量都来自同一批次、很快我就无法获取任何不同批次。 此外、在与我的团队和管理层就这个问题进行讨论后、我们的共识是、这种运行条件超出了我们的规格、我们不会根据我发现的任何内容修改数据表。 话虽如此、我的测试结果相对一致、差异很小。 如果您提供输出电阻器的值、我可以确认您的器件性能是否相同(我怀疑我的器件来自不同的批次)。
    因此、如果您仍想继续使用此器件、但对您的微控制器有一些保护措施、则最简单、最便宜的方法是在输入和输出端使用 RC 滤波器、从而为您的微控制器提供足够的开启时间。 但是、如果您能够承受电路板空间和成本、则可以尝试使用晶体管将输出对地短路、直到您的微控制器准备就绪。
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    谢谢 Patrick。 您能为我澄清几点吗?

    当您说输出"在共模电压高达1.2V"时上升"-您是指与我在该线程中发布的第一张图片类似的东西吗?当我缓慢增大共模电压时、输出电压会增加? 还是其他东西?

    我还感到困惑的是、对于该范围内的任何共模电压、输出值都是静态的。 输出是随共模电压升高还是保持不变?

    如果在共模电压上升到1.2V 以上后输出下降到 GND、5V 和3.3V 电源之间的电势差是多少?

    您是否通过缓慢增大系统输入电压来执行此测试? 或者只需打开输入电压(达到5V 或3.3V)并观察输出电压上升即可?

    您是否有任何测试示波器快照? 也许这会有所帮助。

    我的系统当前正在使用10K 输出电阻器、因此我在您看到558mV 时测量了300mV 这一事实对我来说非常重要。 请告诉我上述问题的答案-输出可能上升到558mV 的确切情况是非常重要的信息、因为它将确定 INA168输出是否危险。
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    嗨、David、

    很抱歉造成混淆。  下面是我的一些测量结果的示波器截图。  kΩ 都对应于 Vin+和 Vin-短接的1k Ω 负载电阻器。 对于每次测量、在电源电压为3.3V 或5V 之前、我没有调整共模。  粉红色迹线对应于 INA168输出、而绿色迹线对应于 VCM。

    在 μs 图中、我施加了上升比为1mV/μ s 的上升共模电压。  因此、在图2中、我施加了一个下降的共模电压。  然后、在图3中、我缓慢地调至共模电压、该电压在该次建议范围(~1.2V)内产生最大输出、并将电压留在该范围内(这是我的静态含义)。  在这些图下方、是图3中使用的测试原理图、可产生您所关心的558mV 电压。

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    尊敬的 David:

    应该补充的是、这样一个模拟芯片的输出在加电和断电期间会发出一个不可预知的电势、这是绝对正常的。 它是所有运算放大器的标准行为。 为了使芯片正常工作、电源电压必须超过一定的阈值。 没有芯片在低至0V 的电源电压下正常工作。

    如果后续电路无法承受这些上电和断电干扰、一种补救方法是在这段时间内将电位钳制在一个小片水平。 因此、我重复我的提示、使用 J177等 P 通道 JFET 来钳制 INA168的输出电压。

    Kai
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    尊敬的 Patrick:

    谢谢!  这肯定会使事情更清晰。

    因此、我的电路和您的电路之间存在一个显著的差异-我将引脚3和5连接在一起、因此上升 VCM 也是 INA168的电源。  作为较小的差异、我的输出电阻器为10K。

    您认为可以重复测试、但使用10K 输出电阻器并将 VCC 连接到 VIN+吗?  我想知道、这是为什么我看到的电压与您的电压不同(300mV 与558mV)。

    数据表显示 VCC 完全独立于 VCM -是否可以通过 LDO 的输出(3.3V)为 VCC 供电、即使这些 VCM 高达30V?  还是更好的选择、来自微控制器 IO 引脚?  您能否测试当 VCM 上升但 VCC 为0V 时输出会做什么?

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    尊敬的 David:

    我最终运行了这些测试。 如果 VCC 和 VIN+连接在一起、则在1.17V VCC 时、我获得的最大输出为312mV。

    您对数据表的解释正确、VCM 规格与 VCC 无关。 因此、您可以使用比 VCM 小得多的电源为 VCC 供电。 但是、您的输出最大值不会超过 VCC。 在 VCM 低于75V 的电压下将器件电源接地不应损坏器件。 但是、对于线性运行、VCC 至少应具有2.7V 的最小建议工作电压。

    当 VCM 上升时、VCC = GND。 在我的测试中、输出为0V。
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    谢谢 Patrick。  对于 VCC 和 VIN+连接在一起的测试、您的输出电阻器是否为10K?

    如果是、您的结果似乎与我的匹配、因此、幸运的是、在 VCM 和 VCC 上升约1.2V 的情况下、不同批次的器件将具有~300mV 的相似最大输出电压。

    另外、最好知道输出将限制为 VCC、而不受 VCM 影响。  这可能是未来的正确解决方案、用于通过与微控制器相同的电源轨或微控制器本身的 IO 为器件供电。

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    嗨、David、

    我的输出电阻为10k。

    很高兴知道我们可以为您提供帮助。 如果您有任何其他问题或疑虑、请告知我们。