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[参考译文] TMS320F280039C：在电源事件期间下拉的 TMS320F280039C ADCC3 输入–采样保持电流问题

admin
Guru**** 2913200 points

Other Parts Discussed in Thread: TMS320F280039C

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/microcontrollers/c2000-microcontrollers-group/c2000/f/c2000-microcontrollers-forum/1645061/tms320f280039c-tms320f280039c-adcc3-input-pulled-down-during-power-event-sample-and-hold-current-question

器件型号： TMS320F280039C

您好：

我使用 TMS320F280039C、对 ADCC3 上的 ADC 采样保持行为有疑问。

PS_ON 是外部开关信号、可以低电平或悬空。
PS_ON 通过一个 100k Ω 电阻器上拉至 3.3V。
PS_ON_IN 用于检测 PS_ON、并连接至 ADC 通道 ADCC3 (ACQPS = 10)。

观察到的行为是、当 PS_ON 悬空为 3.3V 且主直流/直流输出 (12V_MAIN) 关闭时、PS_ON 无法保持 3.3V 电压、暂时下降至接近 0V、然后再次上升。
当 PS_ON_IN 与 ADC 引脚断开（保持开路）时、PS_ON 保持稳定在 3.3V
这意味着该问题仅在连接 ADCC3 时发生。

image.png

根据 ADCC3 的 TRM 输入模型、总 ADC 输入电容约为 11.3 pF、Ron 约为 860 Ω。
当 ACQPS = 10 时、ADC 采样保持操作需要的电流明显大于可由 100k Ω 上拉电阻‑Ω 供电的 33µA。

image.png

我的问题是：

ADCC3 采样保持操作或内部模拟结构是否可以在主输出关闭‑关闭等电源事件期间释放外部上拉的‑Ω 上拉信号？
‑高源阻抗（100k Ω 上拉 Ω）时、ADC 输入电压下降是否是预期行为？
在使用 ADC 检测 PS_ON 等状态信号时、TI 建议采用什么源阻抗或电路拓扑？

感谢您的支持。

  • 0
    TI__Guru**** 2913200 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 Zackary Fleenor

    感谢您的详细支持
    我们确认添加缓冲区可以正确解决问题

    然而、由于以前的产品中使用了相同的 PS_ON 检测结构、因此执行了额外的测试、以进一步了解根本原因

    在所有测试条件下、如果不修改硬件、该问题仍会出现

    1. 向 PS_ON 添加了 2.7k Ω 上拉电阻、但观察到相同的行为。 由于系统限制、不能使用低于 2.7k Ω 的电阻
    2. 通过删除 ADC_setupSOC() 来禁用 ADCC3 上的 ADC 未解决问题
    3. 将 PS_ON_IN 更改为其他 ADC 通道未解决问题
    4. 当 12V 输出处于空载条件下时、PS_ON_IN 保持稳定且不会下降。 当 12V 在空载条件下缓慢降低时、不会观察到问题。 但是、如果在空载条件下突然施加负载并且 12V 快速下降、则 PS_ON_IN 遵循相同的下降斜率

    根据这些结果、MCU 内部似乎有一条超出采样保持电流效应的额外放电路径

    您能否确认在这种情况下、任何内部 ADC 输入结构或电源瞬态相关机制是否会将输入节点拉低

    感谢您的支持

  • 0
    TI__Guru**** 2913200 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。

    你好、张先生、

    您的随访测试最终证明这 不是 采样保持问题。 根本原因是 电源瞬态期间的内部 ESD 保护二极管正向偏置、从而创建一条无论 ADC 配置如何、都会使上拉电阻器不堪重负的放电路径。

    具体情况如下：当 12V_MAIN 在负载下快速下降时、MCU 的内部 VDDA 电源轨会崩溃。 一旦 VDDA 降至约 (V_PS_ON−0.7V) 以下、ADC 输入引脚和 VDDA 之间的 ESD 保护二极管就会变为正向偏置、从 PS_ON 信号向折叠的 VDDA 电源轨灌入电流[1]。 该二极管电流可以达到 几毫安、这远远超过 2.7kΩ 上拉电阻器也可以提供的电流（≈1.2mA）。 这解释了每一个观察结果：

    • 为什么禁用 ADC 没有什么帮助： ESD 二极管是硬接线硅结构、无法通过寄存器配置来禁用[1]。
    • 更改通道没有什么帮助的原因： 所有 ADC 输入引脚都具有相同的 ESD 保护结构[1]。
    • kΩ 2.7kΩ 仍然失败：正向偏置二极管会灌入几毫安的电流、从而压倒几 μ A 的电流源[1]。
    • 为什么它仅在负载下发生： 12V 的快速崩溃会导致 VDDA 衰减速度快于 PS_ON 信号、从而激活二极管。 在空载条件下、12V 衰减得足够慢、从而使 VDDA 平稳跟踪、而不会产生正向偏置钳位所需的电压差[1]。
    • 为什么以前的产品能够正常工作： 可能存在不同的电源时序时序时序或负载瞬态特性、从而防止 VDDA 在 PS_ON 之前崩溃。

    要检查的两个额外内部机制

    1. OSDETECT 电路： 开路/短路检测电路在通道多路复用器之后但 S+H 之前连接、通过 5kΩ–7kΩ 电阻器提供到 VSSA 的内部路径[2]。 验证您的 ADCOSDETECT 寄存器是否具有 DETECTCFG = 0 （关闭）。 如果无意中启用、这会形成持久的接地放电路径。

    2. CMPSS 多路 复用器泄漏电流：共享同一 CMPSS（比较器子系统）多路复用器的其他模拟通道上的过压会产生下拉相邻通道的漏电流、即使 CMPSS 被禁用[3]。 查看数据表中的表 6-8、确定哪些通道与 ADCC3 共享多路复用器、并确保该多路复用器上的所有未使用模拟输入都连接到 VSSA。

    建议的操作

    优先级
    行动
    理由
    1.
    保留缓冲运算放大器 （已验证）
    将 PS_ON 与所有内部放电路径（ESD 二极管、OSDETECT 和 CMPSS 漏电流）隔离
    2.
    验证 ADCOSDETECT 寄存器= 0
    消除一条潜在的 5–7kΩ 接地路径
    3.
    将同一 CMPSS 多路复用器上未使用的模拟引脚连接到 VSSA
    防止瞬变期间出现交叉通道泄漏[3]
    4.
    确保缓冲运算放大器由 不会与 12V_MAIN 崩溃的电源轨供电
    如果运算放大器电源也下降、问题会转移到运算放大器输出端

    缓冲器解决方案是正确的并解决了基本问题：在电源轨崩溃事件期间、高阻抗 PS_ON 节点无法提供足够的电流来克服 MCU 的内部保护结构。

    如需了解更多信息、了解以下内容会有所帮助：

    • VDDA 是来自 12V_MAIN 还是独立源（这将确认 ESD 二极管激活机制）
    • 12V_main 崩溃与为上拉电阻器供电的 3.3V 电源轨之间的时序关系
    • 哪些其他模拟通道与 ADCC3 共用同一个 CMPSS 多路复用器（数据表中的表 6-8）
    • MCU 是发生欠压还是在 12V_MAIN 瞬态期间保持完全供电
    • 12V_MAIN 上触发快速压降的负载电流大小和压摆率
    1. TMS320F280039C：断电时的 ADC 引脚阻抗 — ESD 二极管行为
    2. TMS320F28003x 技术参考手册 — OSDETECT 电路（第 16.9 节）
    3. TMS320F280039C：通过 CMPSS 多路复用器的 ADC 漏电流

    此致、

    Zackary Fleenor

  • 0
    TI__Guru**** 2913200 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。

    你好、张先生、

    我想跟进您的 PS_ON 检测问题、看看缓冲器运算放大器解决方案在您的应用中是否仍然运行良好、以及您是否能够调查我提到的任何其他内部机制。

    综上所述、我们确认了根本原因是 12V_MAIN 电源瞬态期间发生 ESD 保护二极管正向偏置、从而形成了一条从 PS_ON 到折叠 VDDA 电源轨的放电路径、导致上拉电阻器不堪重负。

    用于进一步优化解决方案的快速检查清单：

    1. 已安装缓冲运算放大器 （您已确认工作正常）
    2. ADCOSDETECT 寄存器验证 –您能否确认 ADCOSDETECT.DETECTCFG = 0 消除潜在的 5–7kΩ 对地放电路径？
    3. 未使用的模拟引脚 –是否已将任何未使用的模拟输入与 ADCC3 至 VSSA 共享同一个 CMPSS 多路复用器？ （请参阅数据表中的表 6-8）
    4. 运算放大器电源轨–您能否确认缓冲运算放大器由在 12V_MAIN 崩溃时保持稳定的电源轨供电？

    如果您有时间、了解以下内容也会有所帮助：

    • VDDA 是源自 12V_MAIN 还是独立的 3.3V 电源？
    • 12V_MAIN 崩溃和您的 3.3V 上拉电源轨之间的时序关系是什么？
    • MCU 是否在 12V_MAIN 瞬态期间发生欠压事件、或保持完全正常运行？

    这些信息将帮助我在需要时提供有关电源时序或去耦建议的额外指导、还可能帮助面临类似瞬态抗扰度挑战的其他客户。

    如果您还有任何其他问题、或者我可以提供任何其他帮助来解决此问题、请告诉我。

    此致、

    Zackary Fleenor

  • 0
    TI__Guru**** 2913200 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 Zackary Fleenor
    感谢您的详细和有用的解释。
    在您的指导下、我们执行了额外的考核、希望确认我们的理解并提出一些后续问题。
    其他验证结果如下所示。

    添加缓冲器后、PS_ON 信号不再下降、在电源瞬态期间保持稳定
    2. ADCOSDETECT 确认为 0（默认值，未启用）
    3. CMPSS 多路复用器未使用的引脚不悬空、因为它们连接到热敏电阻来检测 ADC 输入
    4.在 VDD_S_3.3V_PSON、VDD_S_3.3VA、VREF 和 VDDA 的同时测量在 12V 瞬态事件期间没有可观察到的压降

    根据这些结果、我们谨确认以下几点。
    首先、添加缓冲器可完全消除 PS_ON 信号下降、因此我们知道根本原因在瞬态条件下仍与 ESD 保护二极管的导通一致。 您能否确认此结论是否正确？
    其次、我们想澄清 VDDA 的行为。 MCU 内部的 VDDA 节点是否与外部 VDDA 引脚电压相同、或者即使外部 VDDA 引脚看起来稳定、内部 VDDA 节点是否可以独立崩溃？
    请你就这些问题作出澄清。
    感谢您的支持。
    此致
    张基‑

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    TI__Guru**** 2913200 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 Zackary Fleenor

    感谢您的详细说明和更新的根本原因分析。
    根据您的建议、我们进行了额外的验证、希望分享结果并要求进一步澄清。

    首先、关于 12V_MAIN 瞬态的电容耦合、我们通过使用跳线重新路由 PS_ON 信号来最大程度地减少 PCB 耦合效应、执行了一项额外的测试。 不过、仍观察到相同的 PS_ON_IN 压降、这表明电容耦合不太可能是我们系统中的主要影响因素。

    其次、关于接地反弹/VSSA 瞬态说明、我们将此行为与以前使用类似电路配置的产品进行了比较。 在之前的设计中、在相同的条件下未观察到 PS_ON 信号下降。
    在查看 PCB 布局时、我们发现了 MCU 接地结构的主要差异。
    在前一产品中、MCU 接地端 (VSS 和 VSSA) 是分开的、而在当前设计中、VSS 和 VSSA 直接连接而无需隔离。

    基于这一差异、我们想提出以下问题：
    1.在高 di/dt 条件下、MCU 数字地 (VSS) 和模拟地 (VSSA) 的连接（或分离）是否可能会显著影响接地反弹或 VSSA 瞬态行为？
    2.对于 TMS320F280039C 的接地（特别是 VSS 和 VSSA 分离或连接）、您是否有任何推荐的指南、尤其是在具有快速功率瞬变的系统（例如我们的 12V_MAIN 负载阶跃条件）中？
    3.任何关于接地最佳实践或布局建议的指导都会非常有用。

    感谢您的支持。
    此致
    张基‑

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    TI__Guru**** 2913200 points
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    您好、

    该专家目前已离职。 请预计响应会延迟、直到他们下周返回。  

    此致、
    Aj Favela.