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[参考译文] INA240:共模输出波形

Guru**** 1646690 points
Other Parts Discussed in Thread: REF3333, INA240
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/1197193/ina240-common-mode-output-waveform

器件型号:INA240
主题中讨论的其他器件:REF3333

尊敬的 TI E2E 团队:

感谢您管理良好的论坛和支持。  

目前   、PMSM 电机驱动板的电流感应电路存在问题。
我们使用 三个 INA240A1内联感测相电流:

PSA+和 PSA-是 Kevlin 连接到分流电阻器、而 DRV_I_A 信号连接到 ADC 输入。 V_REF 输入直接取自 REF3333电压基准。  

以50%占空比和空载驱动电机相位时、我们看到 INA240输出意外运行: 有时会出现完全不同的信号波形:

通道1、黄色:PSA-/相位输出
通道2、蓝色:DRV_I_A / INA240输出

较长的稳定时间和奇怪的波形使得我们的 ADC 读数无法使用。  我们在这里经历了什么?

感谢您的支持。

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    您好 Ben、

    是否确定 REF 电压与 INA240的电源电压一样高?

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢你的答复。
    我们已经连接了外部基准电压、如第 8.4.3.3章"输出设置为中外部基准"中所述。 那么、REF 电压将是3.3V/2 = 1.65V、对吧?

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    哦、是的、抱歉。

    我对共模输入电压是100kHz 方波、其峰间幅度为13V、上升时间为30ns 的陡峭边沿是否正确? 我想您动态超出 INA240的范围。 INA240的速度不够快、无法正确处理该快速共模输入信号。

    Kai

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    您好 Ben、

    我们看到的主要是开关共模的干扰。

    但是、在最佳布局下、我们应该期望输出在大约2uS 的时间内稳定至静态电平。 在这种情况下、共模上升沿之后大约需要10uS。 此外、虽然预期会出现与边缘重合的尖峰、但由于共模电压小于15V、它们非常大。  

    作为指导、该图显示了典型行为:

    此类电路板的一些一般最佳做法是-使用多层、将开关节点与电路的其余部分分离、用于开关节点 再循环 电流的短返回路径、分区平面以帮助指导开关电流。

    我想、如果您在 其中一个阶段使用飞线连接 INA240、您可能会看到更好的性能、此实验可以帮助确认 它是否与布局相关。

    此致、Guang  

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    您好、Guang、

    感谢你的答复。
    我们希望获得与数据表中的图类似的性能。 我们使用的是4层 PCB; 我们已尝试尽可能缩短关键路径。  
    数字接地和电源接地连接在一个单点。

    PWM 信号的频率为20kHz、上升时间不是很短(约80ns)。 上面的图形是在没有任何负载/电机连接到相位的情况下获取的、因此 它基本上是一个"共模抑制实验"。  您是否知道问题到底会是什么?

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    您好 Ben、

    是否已检查所有阶段以查看行为是否一致?

    我完全了解测试条件。 但我不知道问题到底在哪里。 虽然最可能的原因是耦合、即 通过 IC 外部路径对输出产生的开关噪声。

    我们有 一个48V BLDC 电机驱动参考设计。 第4.2.4节报告了相电流瞬态响应。 您可以查看真实示例中的表现。

    此致、Guang  

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    您好、Guang、

    感谢你的答复。 是的、 可以在 所有三个阶段观察到这种现象。 这已经是我们的第二个修订版本、我们最近 的布局更改 没有带来任何改进。  
    您是否有任何可能发生这种耦合的建议? 我们的想法已过时...

    非常感谢你的帮助。  

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    尊敬的 E2E 团队:

    我们进行了一些进一步的测量。 本实验与上述相同、未连接负载、20kHz PWM 占空比为50%。

    可以看出、INA240输出的行为不同、而输入信号保持不变。 输出波形不同、 5us 后存在"缓慢"信号失真...


    以下是两个单次激发:

     
    你有什么想法吗?

    谢谢你。

    此致、

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    您好 Ben、

    这些示波器快照看起来要好得多、干扰稳定得快得多。

    共模干扰需要大约2uS 才能稳定。 在2us 窗口内、波形不是确定的、可以显示为过冲或下冲。 因此、单次拍摄的照片看起来不错。 这也是 PWM 转换后需要延迟的原因。

    对于持久性捕获,有一个尾部要长得多(总共8美元)的,我不确定在那里发生了什么。 但是、如果 ADC 采样在10uS 或更高的频率下发生、这不应该是问题、我认为吗?

    有时、示波器通道耦合会使信号看起来更糟。 机会很低、但可能值得确保。 也许您只能测量 INA240输出(移除 CH1)以查看其是否有所改进。 还应尝试缩短示波器接地线、或将其缠绕在探头周围。

    此致、Guang  

     

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    您好、Guang、

    再次感谢你。
    由于示波器探头(弹簧)接地更好、且只有一个相位处于活动状态、因此示波器快照看起来更好。  
    感谢您对稳定时间波形的澄清。 我们有点困惑、因为我们的另一个使用 INA240的硬件板(采用 PWR 封装)不会显示此类行为...

    问题确实是8uS tail。 我们将占空比限制为考虑 2uS 的稳定时间、但8uS 会太长。 有时尾线甚至超过8uS。 您有什么想法吗、这种行为的原因是什么?

    我们已经检查了 INA 的基准和电源引脚、它们看起来很好。  

    此致、Ben

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    您好 Ben、

    我不确定长尾的确切位置。

    您能否移除分流器并将输入引脚短接在一起? 最好是在引脚处短路、但我知道 PCB 上可能无法短路。 但尽量缩短您的时间。

    这是一种确保即使存在某种杂散电流、芯片也能看到零差分输入的方法。

    此致、Guang  

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    您好、Guang、

    感谢您的建议。
    我们已对分流器进行了去色并将输入引脚缩短在一起:

    这应该确保 INA240看到(接近)零差分输入。
    但是、具有长尾的波形仍然存在:

    它不应该是这样的、应该是这样吗?

    此致、Ben

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    现在、我们移除了输出滤波器电阻(R25)、以消除此处的任何问题。 INA240差分输入仍然被缩短。  
    我们增加了栅极电阻、以缩短上升时间。  
    对于示波器 pers立场 捕获照片、我们将电压振幅/共模电压增加至32V。

    INA240输出信号(蓝色)直接在输出引脚处测量、以接地引脚为基准、并使用弹簧探针。

    其他引脚(接地、电源、基准)看起来都很好。 例如、基准输入引脚:

    我们 以前从未遇到过这些问题...
    我们将感谢您的任何帮助。  

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    尊敬的 Benk:

    我将删除 REF3333进行测试:将 INA240的"REF2"直接连接到 INA240的"V+"。

    [引用 userid="457786" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1197193/ina240-common-mode-output-waveform/4513870 #4513870"]数字接地和电源接地连接在一个单点。[/quot]

    这也可能是一个问题。 不建议在信号非常快的情况下单点接地。 最好使用实心接地层。

    还有另一个问题:INA240的所有接地连接都应直接连接到接地平面。 但我只能看到单个通孔。

    此外、INA240引脚5的去耦电容在哪里? 该去耦电容应尽可能靠近引脚5、并且还应连接到接地层。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    感谢您的回答。  
    我们这里的电路板具有单个接地层(上一修订版)、但这里的波形是相同的(至少在没有负载的情况下)。  
    数字接地层位于第2层、直接在 INA240引脚下方运行、在图片中看不到。 过孔连接到该平面。
    我不确定引脚5上的去耦引脚是什么意思(引脚5是 SOIC 封装中的输出引脚)。 我们在电源电压(引脚6)和电压基准(引脚3)上有100nF 去耦电容。  

    对于没有 REF3333的测试:我们将执行您建议的测试并将结果发布在此处。
    感谢您的建议!

    此致、Ben

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    您好 Ben、

    所有阶段的行为是否一致、即是否可以在所有阶段观察到长尾? 我想知道器件本身是否异常。 在查看您当前正在寻找的潜在客户后,如何更改到新设备或转到另一个阶段以查看该设备的行为是否跟随该设备?

    同时 、尝试仅测量输出以查看它是否起作用、并在栅极驱动器电压上触发、该电压要低得多且不太可能引起串扰。

    此致、Guang

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    尊敬的 Guang、您好 Kai、

    我们移除了 REF3333并将3.3V 电源电压用作 REF、但遗憾的是、"长尾"仍然存在。  
    该行为在所有阶段都是一致的、我们甚至更换了 INA240、但波形保持不变。

    我们想知道为什么"长尾"只在某些情况下出现(正如您在 pers立场 捕获照片上看到的)。 为了排除探测错误、我们已 重新启用 ADC 的电流采样。 正如预期的那样、我们有时 会看到较大的测量误差("长尾失真")。 通常情况下、ADC 值的噪声为2-3 LSB、当采样点附近时、我们会得到大约40-50 LSB 的尖峰。  
    在接近开关时间+ 2us 的时间进行采样时、我们预计会出现这些尖峰、但它的开始时间大约为10us、这相当于占空比大约为40%@ 20kHz PWM。  

    在我们的最后一个项目中、我们在多板配置中使用了 INA240、这些尖峰在占空比大约< 10%时按预期开始。
    显然、我们在这里似乎遇到了问题、但我们找不到错误...

    此致、Ben

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    尊敬的 Benk:

    [引用 userid="457786" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1197193/ina240-common-mode-output-waveform/4520670 #4520670"]我不确定引脚5 (引脚5是 SOIC 封装中的输出引脚)上的去耦引脚是什么意思。[/quot]

    是的、正确、是一个拼写错误。

    两个输入之间的连接方式(短路)对于非常陡的边沿而言可能不够对称、共模信号可能会在 INA240的输入端部分转换为差分信号。

    我会尝试优化短路、如下所示(在必须焊接分流器的位置焊接零欧姆分流器或厚铜线)、并移除两个输入之间的线段:

    此外、即使原始分流器焊接到印刷电路板上、上分流器也可能过于靠近 INA240。 共模信号可能会以电容方式不均匀地耦合到 INA240的两个输入端、从而产生差分输入信号、使得 INA240无法完全移除共模输入信号。

    因此、我会尝试将 INA240移离两个分流器、并最终通过分流器和 INA240输入之间的接地层来屏蔽 INA240的输入:

    Kai

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     尊敬的 Kai:

    非常感谢您就硬件布局提供的宝贵建议。
    我们尝试使 INA240尽可能靠近分流电阻器、在这种情况下、它可能有点太接近。
    我们感到惊讶 的是、在实际开关过程之后很长时间、我们会看到这种"缓慢"的信号失真。 这是电容耦合的典型情况吗?

    我们将把这些建议纳入下一个硬件迭代 并将结果发布在此处。

    再次感谢您的帮助。

    此致、Ben

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    Benk、

    关於现在不在办公室,我想我会在这里尽力协助。 我同意 Kai 的观点、即这里可能会存在耦合、而更多的分离可能会在这里有所帮助。 我还对脉冲的大小和时序提出质疑、如果可能是由于拼接中存在的过孔数量导致节点上增加的电感较小。 这很可能是好的、但只是想集思广益、探索其他潜在的探索途径、探索这种行为。  

    请保持简略、并告知我们您提到的测试是如何进行的。  

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    尊敬的 Benk:

    为了了解 INA240如何有效抑制20kHz 共模输入信号、我将使用 INA240构建测试电路、并通过函数发生器为其输入具有不同上升和下降时间的20kHz 方波。

    我会对测试电路的布局进行一些调整、以查看实心接地层的影响以及当布局变得越来越不理想时 INA240的行为。

    分裂和征服!

    Kai

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    您好 Ben、

    更多信息供将来参考:

    以下是几年前产品表征期间捕获的持久性范围。 这个特定图的条件是–PWM 共模(振幅60V、频率50kHz、占空比20%)。  PWM 由 GaN 驱动器生成(上升/下降时间<10ns)。 持久性捕获不显示长尾。

    现在我将结束该主题,但请随时告诉我们进一步的发现。

    此致、Guang