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[参考译文] INA240：400kHz 滚降、过冲/欠冲

admin
Guru**** 2782445 points
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/747108/ina240-400khz-roll-off-over-under-shooting

器件型号：INA240

您好、论坛、

 在 VS/REF 引脚周围使用哪些最佳器件/值来缓解  240输出上的高频过冲/欠压脉冲。 REF1、2=AGND。  CAN 240 与其他行业电流测量器件相比、产生真正的 RMS 结果似乎是不 可能的。  也许有些制造商错误 地声称结果 是真实 RMS (峰值 mV/A * 0.707)？ 然而、在我们的案例中、240个低端(0A<8A) RMS 监控值 远高于 典型值、如果我们相信网络分流误差计算器结果、   则测试了500微欧或2微欧分流器。 两个分流器产生的误差与 转换后的12位 SAR 的 RMS 值大致相同。

3V3电源输入上的典型 VS 引脚旁路(4.7uF/0.1uF)。   示例；数据表(FAN4174) 放大  器建议将6.8uF/0.01uF 放置在 VS 引脚附近以保持4MHz GBWP。

 240数据表未详细说明差分放大器设计或  最佳部件值/方法、以在  400kHz 带宽附近模仿 CMRR (图12)或增益频率(图10)。 在  VS/REF 引脚频率条件下、似乎有图形(GainVsFreq)和 CMRR 滚降发生在400kHz 附近？

为了  产生相似 的结果(CMRR 图12) 、是否必须 相对于 VS、REF 引脚 器件值来限制400kHz 带宽？

2.如果图10 (GainVsFreq)并联 峰值脉冲振幅和频率 与 CMRR 图12 图形值 远低于 20V/V 增益、为什么会发生输出过冲/下冲？

3、接近  1MHz 的似乎 GainVsFreq 滚降曲线图10正在反转、这是怎么可能的？  测试结果表明 频率增益 增加、与 图10/12相反 、表示发生 BW 滚降。

 4. VS 引脚上的高频纹波(1.5Mhz)能否减轻甚至反转 CMRR、或导致 GainVsFreq 反相响应图？

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    TI__Guru**** 2782445 points
    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。
    您好 BP101、

    在第10.1节中、我们建议在电源引脚旁边放置一个0.1uF 旁路电容器、并在第11.2节中提供布局示例(图39)。

    我看到您的许多问题都涉及我们的器件增益和 CMRR。 如果您不相信我们的规格、您可以自行验证它们、如果您能够证明器件未达到这些规格、我们一定会知道。 但是、要测试这些规格、您必须从系统中移除该器件、并根据行业测试标准测试该器件。 对于 CMRR、这需要将输入短接在一起并在器件以5V 电压供电、基准以2.5V 电压供电时注入交流激励。 然后、您可以将交流激励源与频谱分析仪上的器件输出进行比较。 对于增益带宽、当器件以5V 电压供电、基准以2.5V 电压供电时、您将在输入之间施加交流差分电压。 您还可以在频谱分析仪上测量激励和器件输出、以获取增益带宽曲线。

    只要在建议的工作范围内有稳定的 VS 和 REF、CMRR 就应与图12匹配。
    2.您的设备接地端可能会相互移动。 这将是拉大电流和具有大开关电压的伪影。 布局可能是一个因素。 您可能需要确保您的源极有一个大型去耦电容器和几个为电机绕组提供电流的小型去耦电容器。 可能是电流拉电流会在连接到该电源的所有级中导致压降。
    3.我怀疑这是与电源相关的问题。 如果您的器件接地或器件电源相对于系统中的其他接地和电源节点移动、您将观察到增益行为似乎不正确。
    4.是的，电源引脚上的高频纹波会损坏输出信号。
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    TI__Guru**** 2782445 points
    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。

    尊敬的 Patrick：

    [引用 user="Patrick Simmons"]不过，要测试这些规格，您必须从系统中删除该部件，并根据行业测试标准测试该部件。 对于 CMRR、这需要将输入短接在一起并在器件以5V 电压供电、基准以2.5V 电压供电时注入交流激励。 [/报价]

    在 TA = 25°C、VS = 5V、VCM = 12V 且 VREF = VS / 2时测得(除非另有说明)

    您可能会错过240与图12/10 (@12.5kHz) 和 VS 引脚3V3相反的作用点。 输入抑制滤波 器对低 PWM 占空比(<10%)反应不良、以某种方式将滚降反转。  这是实验室应该检查的伪迹、而不是客户检查的伪迹。 当 240分流误差计算 器在实际器件测试中产生的精确结果较低时、会出现50%误差这一明显问题。 因此、240 (峰值* 0.707) RMS 值没有根据 、除非 外部真 RMS (基准测试)监视器 随后指示50%的误差。  示例； 240 可能表示5A   、其中电机加速期间的外部监控器为3.5A。  然而、它们 都同意   在稳态速度 @23% PWM 占空比下的6.8A-7.2A 峰值 RMS。    

    [引用 USER="Patrick Simmons ]在第10.1节中、我们建议在电源引脚旁边放置一个0.1uF 旁路电容器、并在第11.2节中提供布局示例(图39)。
    [/报价]

    当前有多  个并联(0.1/4.7uf * 3)、因为所有类型的杂散 PWM 脉冲 都发生在实际电流斜坡波形之外。 虽然 出现的负脉冲较少、 但在微小调整 +5V 降压后大约为400mV。 3V3 LDO  的空闲 纹波<30mV、 2mV 分流 240输出 30-40mV/A 空闲纹波 、因此可实现<1安培的精度。    与 误差计算器结果相矛盾的是、空闲输出噪声低得多的500uohm 分流器和更好的低于1安培的低端精度。  如果 第一个放大 器输出 低于 LDO 空闲噪声30mV、240分流误差计算器如何产生正确的曲线(7%误差500uohm)？   在某种程度上、输入 PWM 占空比改变了差分放大器的数学运算？  

    [引用用户="Patrick Simmons ]2. 您的器件接地端可能会相互移动。 可能是电流拉电流会在连接到该电源的所有阶段导致压降。[/QUERP]

    24V 直流线 性稳压器(1A)是 隔离式环状绕组从 82vdc 绕组分离的桥式整流器、用于 HV 电机电源测试电压。 建议 在 VS 至过孔 GND 上放置 REF 或旁路电容器似乎是错误的、因为 PWM SNR 水平 远超理想。  模拟接地必须安静、作为教会鼠标、才能在 240路输出、DGND 引脚上的示波器探针上获得小于30mV 的空闲噪声。  连接到数字接地的顶部箔迹线会产生出色的 SNR 结果。 240的专用 TPS73533 LDO 引脚3 连接到数字接地、但 通过引脚4将240的灌电流 VS 电流连接到 AGND。   

    [引用用户="Patrick Simmons ]4. 是的、电源引脚上的高频纹波可能会损坏输出信号。

    如何回答这样一个问题   ：它如何影响400kHz 带宽图10/12、以及在 dB 或 mV 级纹波频率下、可能会产生上述报告的误差百分比？ 因此、纹波具有1.5MHz 开关尖峰 、Rohm 支持 这种尖峰、这种情况声称是正常的。  我对 如何 更好地调节 电感器缓解(dv/dt、di/dt)提出了挑战。  如果240在 没有非常具体的指导线的情况下无法承受典型的电源设计、那么它将有助于了解必须采取哪些措施来改善240在这些特定指标周围的性能。   

      

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    TI__Guru**** 2782445 points
    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。
    您好 BP101、

    我们支持我们的器件规格。 但是，这些规格是根据测试设置下的一组特定工作条件确定的，使我们能够专注于所关注的器件的性能和性能特性。 在许多情况下，我们的客户可以操作我们的设备。 我们没有用于测试每个条件的资源。

    您的电路板是各种各样的器件、其中许多器件似乎相互依赖才能正常工作。 此外、您的布局还展示了原理图未考虑的多个无源组件(寄生效应电容器、电阻器和电感器)、但对于交流信号而言可能非常重要。 因此、您的系统提供了多种不确定因素、以确定导致您所看到的行为的原因。 将我们的器件与系统的其余部分隔离并进行测试、有必要确定错误是否源于我们的器件、并验证我们没有正确描述我们的器件。 这样做后、我们就可以继续了。
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    TI__Guru**** 2782445 points
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    尊敬的 Patrick：

    相反、240用于 PWM 电流监控、已知会受到 REF/GD/VS 引脚上 PWM 源的影响。 显然、在执行实验室测试时、有人不认为这些引脚上存在 PWM、如果他们有240个器件批评可能在其他非交流正弦波下失败。 输出端的过冲量证明了 PSRR 不像数据表在典型使用条件下所示那么可靠。 数据表中的上下文是 PWM 调制、它旨在用作主载波、而不是专用于辅助 PWM、稍后在少数 TIDA 使用/布局示例上进行了现场测试。 相对于282个预先注明日期的器件优先级、240数据表中未涵盖大量灰色区域。

    示例282具有相同的输入、独立于电源检测低于 GND 的 CMV (-14V)、但 REF1、2引脚 GND、PSRR 令人惊叹。 然而、240的能力(-4V)和0V 上的空闲输出变化要小得多、因此错误地检测到低于接地值的信号(REF1、2=GND)。 240违反了 REF 引脚 CMV 过零伪影检测的282优先级。 无论 PCB /布局如何、实际282空闲输出都比0V 高>48mV、240交叉0V。 这是一个线索240不遵循与282相同的 REF 引脚标准、过冲脉冲在240上大得多。 无论示波器探头如何连接、脉冲过冲都远高于 VS 引脚阈值。 即使放置在输出端的2k 串联电阻 TVS 二极管也无法减少超过两个 VS/REF 引脚的瞬态脉冲数量图10、11频率阈值。 也许 Delta 电机绕组产生的 EMI 大于 Y 形电机 TI 在 TIDA 示例中测试了240、300系列？

    我们注意到 VS/GND 环路在增益中发挥很大作用、可能会导致过冲伪影增加、因此可能会出现部分 WA。 看起来0.1uf 电容 VS 引脚不会滤除 PWM 或50-150MHz 的轻微电源纹波、因此图10、11、12图在 FO 附近反相(12.5kHz)。 VS 引脚上的4.7uf 并联0.1uf 可能不是滤波器实现93/132 -db (交流/直流 CMRR)的最佳选择图12图？ TPS73533 LDO 空闲纹波现在小于13mV、专用电压为3"、远离 MCU 3V3 LDO > 38mV 的纹波。 似乎<13mV 的空闲纹波证明专用 LDO 是一个很好的设计选择。

    同样、在这些条件下、VS 引脚上的最佳旁路电容值是多少？ 我猜是20n/1uf 并联 VS 引脚、LDO 输出附近有一个大容量电容4.7-10uf。 3V3 LDO 电源上的三个 VS 引脚并联电容 降低了 PSRR 阻抗、并更改了图10、11、12图、任何单个器件都被切断！

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    TI__Guru**** 2782445 points
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    尊敬的 Patrick：

    在几个月内、测试了240种配置、这些配置与主 PCB 分流器上方的主 PCB 隔离等。 问题在于、在任何 REF 引脚配置中、240输出瞬态响应脉冲周期远远高于 VS 电源。 即使在增加甚至限制 VS 引脚3V3滤波电容器(0.01uf/10uf)之后、脉冲峰值通常会过冲 VS 引脚>8v。  在我看来、240设计问题是、只有放置在输出端的分压器才能清除流入 SAR ADC 的可疑注入电流。

    以某种方式、分流器压降会将注入电流直接传递到输出中、这似乎是一个合理的解释。 将输出阻抗2k 增加到3.9k 似乎减少了可疑的 SAR ADC 注入、从而保护 MCU 免受第1次或第2次突发死亡瞬态的影响。 奇数部分在第1个启动瞬态之后、SAR 通道会建立抗扰度。  尚未见证3.9k 系列的任何第一个瞬态、这似乎是模拟注入电流流入问题的原因！

    请注意、有效示波器电流探针(mV/A)必须设置65mV/A 才能获得正确的电流读数、40mV/A 目标输出电平。 同样，由于分流电势上升，开环增益误差大于25mV/A。 众所周知、Delta 电机绕组会产生三次谐波 和循环电流、而 Wye 不会产生这种谐波和循环电流。 这很可能是282输入滤波器似乎阻止了240作为>8v 峰值通过的二次/三次谐波的原因。

    http://what-when-how.com/electric-motors/three-phase-motors-electric-motors/

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    TI__Guru**** 2782445 points
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    尊敬的 Patrick：

    [引用用户="Patrick Simmons ]3. 我怀疑这是与电源相关的问题。 如果您的器件接地或器件电源相对于系统中的其他接地和电源节点移动、您将观察到增益行为似乎不正确。

    部分解决 了将  0欧姆电阻器移除 到 REF 引脚的180%过冲<100%的问题。  焊接桥 接0402焊盘实际上减少了大于2V 的过冲和一些接地下冲、而不是全部。

    [引用用户="Patrick Simmons ]2. 您的器件接地端可能会相互移动。 这将是拉大电流和具有大开关电压的伪影。 布局可能是一个因素。 您可能需要确保您的源极有一个大型去耦电容器和几个为电机绕组提供电流的小型去耦电容器。[/报价]

     PCB 上的直流电源 由 两个并联680uf 电解电容和0.1uf 聚丙烯金属化250V 直流(PHE426HJ6100JR05)组成、应能够抑制 大多数瞬变。

    [引用用户="Patrick Simmons ]4. 是的、电源引脚上的高频纹波可能会损坏输出信号。

        Delta 电机绕组的三阶谐波频率和循环电流可能 会入侵 240 PWM 滤波 器、这似乎 是  剩余6V 过冲的合理来源。  事实上、Y 形 电机绕组不 存在 后一个问题。 然而、这两种绕组类型 都使用 PWM、其中三相 Delta 是典型的工业 绕组和 频繁的启停应用、例如 HEV 电机。 在 X2Y 陶瓷滤波器值可能有助于减少20-100MHz 振铃过冲的情况下、Triplen 谐波可能会被过度观看或从未经过测试。 Johanson 最近添加了 S21绘图仪、以显示 X2Y 电容值的 CMR 频率滚降点。

    https://s21plotter.johansondielectrics.com/

    。

       

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    TI__Guru**** 2782445 points
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    观察结果：

    我们 的增量 图形电机电动势为梯形形状(非方形)和120度相位间隔。

    2.电流波形是+/-对称的锯波， 分流器产生的正 伪像多于负伪像。

    3. 在     任何 两个相位的电感电流周期(400us)内，看似 Triplen 的二次/三次谐波(20-80MHz 纹波)会入侵所有240的输出。

    4、COPARTNER 240放大器 共享 VS 电源240 PSRR 频率抑制(隔离)分频器。

    5.基于分流 器的伪影 似乎 增加 到单个240增益(V/V)、从而 影响真 RMS (0.707) 测量。   

    6.**低阻抗电机 相位(700m Ω)和分流电阻值(<2m Ω)可减少过冲/欠冲纹波 干扰。  

    7.低压和高压直流电源 AGND 在 PCB 接地层上很常见、 通过引脚4键合每个240。