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[参考译文] SN74LVC1G125:双向单线数据总线应用中的三态缓冲器出现故障,具有3.3 V至5V逻辑电平转换

Other Parts Discussed in Thread: SN74LVC1G240, SN74LVC1G125, SN74LVC2G241, SN74LXC1T45
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/logic-group/logic/f/logic-forum/1099768/sn74lvc1g125-malfunctioning-of-3-state-buffer-in-a-bidirectional-single-line-data-bus-application-with-3-3-v-to-5-v-logic-level-shift

部件号:SN74LVC1G125
主题中讨论的其它部件:SN74LVC1G240SN74LVC2G241SN74LXC1T45

尊敬的TI支持团队:

我正努力解决一个非常奇怪的问题。 我想让3.3 V MCU在5V SDI-12总线上通信(参阅 https://sdi-12.org/) ,使用一个GPIO进行双向通信,使用一个GPIO进行方向控制。
我看到一个电路示例(www.daycounter.com/.../SDI-12-Interface.phtml) ,其中SN74LVC1G240用于此目的。 我在博客文章中测试了他们正在讨论的适配器设备,它实际上使用 的是SN74LVC1G240,它工作正常... 仅此电路需要两个GPIO进行通信,一个用于方向控制。
我只想将一个GPIO用于单线,双向SDI-12通信,将一个附加GPIO用于方向控制,即设置两个三态缓冲器(TX缓冲器和RX缓冲器)的备用z状态。 此外,我还拥有软件实现的SDI -12通信的反相逻辑,因此我决定使用同相SN74LVC1G125。
我还知道,SN74LVC1G125需要在输入引脚上为高电压提供0.7 * VCC,而对于5V的VCC,这将是3.5伏,因此高于3.3 V,但这 可以通过一种或另一种方式解决,实际上并不是目前我最棘手的问题...

目前我的问题是,在我的测试中,检测到的SN74LVC1G125 I无法正常工作。 或者更糟糕的是,有时他们会按预期工作一段时间,然后开始出现故障,甚至在Z状态下或在A为低电压时,也会发出一些噪声电压。 此外,当发生故障时,OE引脚上会出现大量电流,从而影响施加到该引脚的电压...

测试电路输出,此处仍未连接缓冲器:

1)来自MUC的OE信号,用于TX缓冲器(粉红色),直接来自MUC GPIO的数据线,不带缓冲器(黄色),来自MUC的反向OE信号,用于RX缓冲器(蓝绿色图,此电路中未连接RX缓冲器)

2)来自MUC的OE信号,用于TX缓冲器(粉红色),来自MUC的数据线,通过TX缓冲器VCC 5V (黄色),来自MUC的反向OE信号,用于RX缓冲器(蓝绿色图,此电路中未连接RX缓冲器)

-> OE引脚上的均匀电压会发出噪音,并且会严重漂移!

从电路上拆下SN74LVC1G125,一切都恢复正常...

后来我发现SN74LVC1G125的回流温度为最高,我认为所有SN74***缓冲液都是如此 指定260°C持续时间< 10秒,并且规格表中有ESD注意事项。 虽然我必须承认我在第一次尝试时没有考虑这些规格,我在适配器分支板上手动焊接了超过260°C的SOT23-5 IC,但我现在使用的是低温焊接,反射板和ESD保护镊子和手套, 小心不要触碰IC的针脚。 由于在板上焊接低于250°C的温度并无帮助,我认为板的温度斜坡可能太平,高温持续时间过长,仍然会损坏IC。 为了排除这种情况,我现在甚至使用Fields Metal作为一 种基于Indium的共晶合金,熔温度仅为62°C左右,不包括任何可能的温度损害… 还是同样的问题。 许多缓冲液从一开始就出现故障,其中一些缓冲液经过一段时间后,VCC电压为5 V

我试过的最好的一次试跑是使用两个SN74LVC1G125s,我焊接的比开始时要小心,但在板上仍有大约230°C的温度,并在此电路中对其进行测试:

在此电路中,我使用两个SN74LVC1G125,一个用于TX,另一个用于RX,它们连接到相同的GPIO进行通信,而OE输入连接到某些反向MOSFET电路,以使用一个单GPIO同时交替两个缓冲器的z状态... 我知道我也可以使用带3.3 V VCC的RX SN74LVC1G125进行降压转换,不需要分压器。 我这样设计电路的原因只是为了排除任何对RX缓冲器A的5 V有害影响,尽管根据规格表,这应该不是问题...... 现在我还找到了SN74LVC2G241,它实际上包括了我设计的电路的所有功能,我还会测试它...


此测试电路的结果,示波器图形和下面的注释,请参阅下面的...

我在SOT23适配器板上焊接了20多个SN74LVC1G125装置,这是我遇到的奇怪故障。
在某些情况下,尽管A为低电压,OE为高电压,但我立即得到Y上的错误和漂移电压,并且在某些情况下,在Y被驱动并发出噪音之前,它会工作一段时间...
现在,由于我使用的是低温焊料,甚至是熔化温度低于SN74LVC1G125规定的正常工作温度最高值的共晶合金 ,而且还使用ESD安全镊子和手套,所以我仍然很困惑什么仍然是问题。


我做错了什么? 此外,我还从一家声誉良好的知名大型德国零件经销商处订购了SN74LVC1G125,我实际上不会期望假芯片会出现任何问题或处理不当。 SN74LVC1G125采用原始卷带包装,但据我所见,它采用普通塑料拉链袋包装。 没有ESD保护袋...但这是否真的是IC处理如此精细...?


我们非常感谢您提供任何帮助和建议...

最好的Michael

以上电路的测试数据:

1)仅在尚未连接RX缓冲区的情况下测试TX缓冲区:

默认情况下,TX缓冲区上的OE级别较高(粉色图),RX (此处尚未连接)的OE级别较低(蓝色图)-> 即侦听状态

对于写入SDI-12总线,两个缓冲器OE引脚的状态交替,MUC写入(黄色图形)通过TX缓冲器写入SDI-12总线(绿绿色图形)。 写完后,它返回到"倾听"。

2)现在测试与缓冲器和连接到总线的SDI -12传感器的SDI -12通信。 MUX将缓冲区状态切换为写入状态,其中TX缓冲区的OE过低(粉红色),RX的OE过高(蓝色),数据GPIO通过TX缓冲区将具有3.3V (黄色图形)的请求写入具有5 V (蓝绿色图形)的SDI-12总线。 写入请求后,MUC将OE状态再次重置为侦听(粉红色为高,蓝色为低)。 连接的SDI -12传感器在SDI -12总线上的5 V电平响应(绿绿色绿色绿色),RX缓冲器在SDI -12总线上接收信号,并通过分压器在数据GPIO上的3.3 电平上接收传感器的响应(黄色)。 很棒,到目前为止还不错!

3)在整个电路通电一段时间后,它仍然工作。 这里没有示波器的屏幕截图,但在 整个电路通电并使MUC电路处于"收听"状态约20分钟后,通信仍以相同的方式工作。

4)但是没有做任何更改...再次,IC开始出现故障... 首先,MOSFET开关上的电平会改变电压电平并发出噪音

5)然后,缓冲区输出也开始在其不应达到的位置提供输出

6)这是缓冲区停止工作的地方...

  • 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。

    请显示您的电路示意图。

    要检查设备是否损坏,请在电路外部测量I/O到VCC或GND的导通性/电阻。

    您不得将3.3 V输入信号用于5 V LVC设备。

    对于普通CMOS输入,SDI-12转换速率太慢;您必须使用具有施密特触发器输入的设备。

    造成损坏的典型原因是过压。 请按照SDI-12规范附录A中的建议使用保护。 您使用的是什么电源?

    此应用的理想设备是SN74LXC1T45。

  • 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Clemens:

    感谢您的回答和建议。 我了解在VCC = 5 V的情况下,SN74LXC1T45的输入引脚上的3.3 V信号电平确实过低且不合规格。 但由于具有类似规格的SN74LVC1G240实际上已成功地用于同样适用于3.3V MCU的商业SDI-12产品,我想我可以继续使用它...

    当然,您说的没错,SN74LXC1T45确实是应用程序的理想解决方案,我很快就会测试它...

    不过,我真的想了解我在使用SN74LVC1G125时出了什么问题。 因为它有时起作用,有时对我来说真的不满意... 也是因为我想排除任何错误,例如在我将来对建议 的SN74LXC1T45进行测试时也排除不当处理。

    实际上,我插入了电路原理图以及一些示波器图,其中显示了它的第一个行为(按预期工作大约20分钟)和故障(电路通电后大约 20分钟)。

    但是,这些图形未在初始帖子中上传…

    那么,再次...

    电路:

    相应的示波器图形:

    1)仅在没有RX缓冲器或连接SDI-12传感器的情况下测试TX缓冲器:

    默认情况下,TX缓冲区上的OE级别较高(粉色图),RX (此处尚未连接)的OE级别较低(蓝色图)-> 即侦听状态
    对于写入SDI-12总线,两个缓冲器OE引脚的状态交替,MCU写入(黄色图形)通过TX缓冲器(蓝绿色图形)写入SDI-12总线。 写完后,它返回到"倾听"。

    2)现在测试与缓冲器和连接到总线的SDI -12传感器的SDI -12通信。 MCU将缓冲区状态切换为写入状态,其中TX缓冲区的OE过低(粉红色),RX的OE过高(蓝色),数据GPIO通过TX缓冲区将具有3.3V (黄色图形)的请求写入具有5 V (蓝绿色图形)的SDI-12总线。 写入请求后,MCU将OE状态再次重置为侦听(粉红色为高,蓝色为低)。 连接的SDI -12传感器在SDI -12总线上的5 V电平响应(绿绿色绿色绿色),RX缓冲器在SDI -12总线上接收信号,并通过分压器在数据GPIO上的3.3 电平上接收传感器的响应(黄色)。 好极了,到目前为止双向SDI 12通信工作正常...!

    3)在整个电路通电一段时间后,它仍然工作。 我在这里没有示波器的屏幕截图,但在整个电路通电并MCU电路处于"收听"状态约20分钟后,通信仍以相同的方式工作。

    4)但是,在不做任何更改的情况下...再次,IC开始出现故障... 首先,MOSFET开关上的电平会改变电压电平并发出噪音

    5)然后缓冲输出也开始提供奇怪的输出

    6)这是缓冲区停止工作的地方...

    感谢您的思考和帮助!

    此致,

    Michael

  • 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。

    请检查U1/U2/Q1/Q2的哪些特定针脚损坏和泄漏电流。