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[参考译文] TPS7A37：不稳定性问题-第2部分

admin
Guru**** 2516170 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS63710, LP5907, LP5912

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/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/859372/tps7a37-instability-issues---part-2

器件型号：TPS7A37
主题中讨论的其他器件：TPS63710、 LP5907、 LP5912

大家好、

不幸的是，问题仍然存在。

这种混乱的第一部分 就在这里

更糟糕的是、我已经对 PCB 进行了一些改进(至少我认为我已经改进过)、并尝试了 LDO TPS7A3725的固定版本(2.5V)、但我运气不好。

起初、一切都运行了几分钟、然后开始了颤抖和随机行为。

我处于死区状态 几个月的时间、我遇到了 LDO 不稳定问题。 我想的最后一件事...

这是 TPS7A37XX 周围的6层 PCB、可看到顶层焊锡膏区域

该^是底层。 接地平面清晰可见。

该^是内层4。 就像底层一样、接地层是青色区域。

该^是内层3。 这里没有接地平面。 您看到的蓝色区域(不靠近边缘)是为 TPS7A37XX 供电的+5.3V 电源轨。

该^是内层2。 同样、接地平面是主要的。

该^是内层1。 接地层位于反馈环路布线下方。 黄色迹线向下将 TPS 的输出端连接到引脚接头。

该^是顶层。

该^是 TPS 的固定版本、根据 DS 的要求、FB 引脚通过 MLCC 10nF 去耦以进一步降低输出噪声。

我发现很奇怪的是、2x LP5912、1x LP5907和 TPS63710逆变器 SMPS 没有遇到任何问题。

这是否可能是固有的不稳定问题？ 我已经为第一个原型 PCB 花费了200美元、为最后一组 PCB 又花费了200美元。

MLCC 电容器的关键选择如何？

DS 在 p 8.1.1中指出："在多个低 ESR 电容器并联的应用中、COUT×ESR<50 nΩ F 时可能会发生振铃。" 您可以解释一下吗？

我已为输入和输出选择此电容器： 单击此处。

你有什么建议吗？ 我是否应该寻找替代产品？

此致

Manos Tsachalidis

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 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。

    Manos、您好！

    您现在是否在查看新的板集？
    如果是、在上一组和新组之间进行了哪些更改？

    线性稳压器的 RTN 或 GND 路径中是否有任何冷焊点？
    我们的一位客户最近出现了一些奇怪的行为、一旦发现接地垫间歇性出现、就会解决该问题。

    数据表中的指导介绍了输出电容和保持稳定性所需的 ESR。
    在电容器的特性曲线中、ESR 约为3m Ω、电容为10uF。
    因此、一阶近似值是提供30 n 欧姆 F  因此、这可能是一个稳定性问题。
    您可以通过添加串联电阻和输出电容来测试这一点、从而提高有效 ESR。

    让我们知道结果。

    谢谢、

    斯蒂芬

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 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 Stephen：

    感谢您的回答。

    是的、这些是新电路板。

    对第二层进行了更改。 输出电源轨+2.5V 正通过 TPS7A3701的反馈环路布线下方。 新电路板上的该区域现在位于下方。 顶层和第二层之间的距离仅为0.15mm (请参阅 此处的 jlcpcb.com/quote 、因此存在相当大的电容耦合。

    此^是 V1.01。 之前的电路板。 黄色迹线是第二层(第一个内层)。 红色是顶层。

    此^是 V1.02。 这是最新的电路板。 可以清楚地看到、即使我们重新讨论几 pf、反馈环路布线也不会与输出电容耦合。 输入和输出电容器的 GND 焊盘现在彼此非常接近。 与 V1.01不同、所有3个引脚4、5和6现在都连接在同一条迹线上(请参阅 PRV POST)、其中 Vin 迹线很薄。

    就焊点而言、焊点看起来非常好、光亮。 从我在 PRV 帖子中上传的屏幕截图中看、这并不明显、但我可以使用一些助焊剂和焊铁来重新进行处理、以防万一。

    输出电容器会给我带来很多麻烦。 我不确定如何解释 ESR 曲线。 因此、现在我得到的结果是、您指的是电容位于谐振频率附近的最小 ESR、正如您所注意到的、大约为3mΩ Ω。 事实上、在阅读 DS 时、我并不是特别谨慎。 第8.2.1.2段提供了适当的解释。

    如果我错了请纠正我的问题(只是陈述我的想法-尽管您已经解释过这一点)：

    DS 显示：10MΩ@10uFarad => 100nΩ@1Farad

    在我的案例中：3mΩ@10uFarad => 100nΩ/(10/3)= 30.3nΩ

    我可以说：3mΩ@10uFarad =>(反向30nΩ 3)(3mΩ* 10uF)/ 1F = 3*10^- 8Ω=

    我将尝试找到具有更高 ESR 的电容器、然后运行一些测试并返回给您。

    非常感谢您的支持。

    此致

    Manos

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 points
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    Manos、您好！

    没错。

    添加一些毫欧的串联阻抗可能足以提高该值以确保稳定性。

    第二批电路板的布局要好得多、这是将接地端直接放置在反馈引脚下方的积极改进。

    谢谢、

    斯蒂芬

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 points
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    尊敬的 Stephen：

    很抱歉耽误你的回答。

    我没有任何具有此类 ESR 的组件、因此与输出电容器串联添加几毫欧似乎很糟糕。

    我订购了一些 ESR 最小值大于10mΩ@ 4.7uF 的组件。

    似乎无法找到 ESR > 10mΩ@ 10uF 的电容器。

    我订购了这些电容为4.7uF 的 KEMET 电容器。 请查看并确认它们是否看起来很适合。

    规格：4.7uF/16V

    Mouser： eu.mouser.com/.../80-C0805C475K4RAUTO

    仿真： ksim.kemet.com

    这是：

    规格：4.7uF/25V

    Mouser： eu.mouser.com/.../80-C0805C475K3RAUTO

    仿真： ksim.kemet.com

    与此同时、我移除了输出电容器、LDO 似乎正常工作、但它现在和之后都开始不稳定。

    在我进行彻底清洁之后(不是我以前没有做过)、昨天和今天全天都保持稳定(LT：20：40现在)

    我在同一 PCB LP5912和 LP5907上使用的+5V 和+3.3V LDO 自第一天起就保持稳定。 TPS7A3701确实为我提供了爬行功能！

    请查看并确认

    此致

    Manos

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 points
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    尊敬的 Stephen：

    经过这一段时间，我并没有真正得出明确的结论。

    我10mΩ 了 ESR 大于 Ω 的4.7uF/25V MLCC、TPS7A3701运行正常、因为它没有输出电容、正如我上次的消息！

    不再不稳定、不再是怪异的东西。

    实际上、为了更深入地研究、我在同一电路板上使用了 uC 的12位 ADC、目的是检查整个系统的所有电压轨。 我写了几行代码来检查在大于10小时的时间段内的最小和最大瞬时电压值、以便在任何不稳定性的情况下、TPS 输出的值将记录为最小/最大值 我将输出电压调节为2.30V、在无负载和400mA 负载下、最小值/最大值之间的差值接近15mV。

    ADC 输入被连接至[SAMPLE+2.5V]标签、一个10nF MLCC 被焊接在 R16之上以抑制外部噪声。

    我真的不知道这是否是一个清洁、粗心大意、PCB 接地不良或我忽略过的任何其他问题。

    感谢您迄今为止对 Stephen 的支持。

    此致

    Manos

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 points
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    Manos、您好！

    我对我的答复拖延表示歉意。
    我通常在24小时内回复、但我在12月16日之前离开办公室、我将在新年之前返回1周。
    我不介意继续帮助解决您可能遇到的任何电源问题、但我的回复可能会延迟。

    在没有输出电容器的情况下运行该线性稳压器。  如果您现在的数据表稳定、但不符合数据表建议、您可能会"幸运"。  在确定保持稳定性所需的输出阻抗时、数据表建议将考虑容差和内部裸片变化以及温度和负载电流。  在没有输出电容器的情况下运行时、您可能不会遇到会导致不稳定的线性稳压器的临界情况。  因此、最好与符合数据表建议的输出电容器一起工作。  此外、如果您出于任何原因遇到负载瞬态、输出电容器将在 LDO 带宽赶上之前处理初始电流浪涌。  因此、在大多数情况下、您需要安装一个输出电容器来帮助实现瞬态响应。

    您所在的电容器将从标称值的角度满足数据表建议。
    如果这将进入生产阶段并实现大批量销售、更稳健的解决方案是添加少量串联电阻、以确保始终满足数据表中有关稳定性的建议。

    关于 ADC 测试-我喜欢这个想法。  请记住、对于这些电阻器值、VENIN 等效值将是1K 和2K 的并联电阻。  当 ADC 的输入端为10nF 时、内部采样电容器由10nF 决定、您将有一个较大的时间常数 TAU = 6.67us。  因此5个时间常数= 33us。  因此、您可能会对线性稳压器的输出进行滤波、并且可能不会看到噪声进入 ADC、其中包括可能存在的任何振荡(希望没有)。  见以下参考文献，第131页。  

    www.ti.com/.../slyw038c.pdf

    谢谢、

    斯蒂芬

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 points
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    Manos、您好！

    另一个想法是、如果这成为一个持续的问题、您可能更容易找到最近的 TI 销售办事处并将一两个部件运送到我们的办公室。  然后、我或我的一位同事可以在工作台上进行故障排除、并提供其他级别的支持。  当然、客户无法运送硬件的原因有很多、如果是这种情况、这是可以的-如果您需要、我们也可以继续讨论 E2E。

    谢谢、

    斯蒂芬

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    TI__Guru**** 2516170 points
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    尊敬的 Stephen：

    非常感谢您的回答。 看到有兴趣提供超出这一点的支持的人真的很高兴。

    我的目标是添加10nF 来抑制噪声、正如我在上一个中所说的那样。

    如果记录的最小值/最大值会反映任何类型的不稳定性。

    我这样说是基于这样一个事实：我注意到的不稳定是波动，在大多数波动中，肉眼很容易辨认出来。

    根据您的计算、只有当它具有"高速噪声"的形式时、如果我可以将其称为"高速噪声"、10nF 才会隐藏任何不稳定！

    虽然我在高中(现在是43岁)后一直在设计 PCB、但我经常感到非常兴奋、最终导致 PCB 制造过程已经取得进展后发现的真正幼稚的错误。 话虽如此、我在过去一年中一直在研究此项目、多次阅读有关 PCB 设计、GND 环路、返回路径(直流和交流)以及特别是高速 PCB 设计的大量应用手册。

    为了消除对10nF 电容器隐藏噪声或任何类型不稳定的任何疑问、我移除了焊接在 R14顶部(靠近 uC)的电容器。 焊接电容后的结果几乎相同。

    我得到的最大值-最小值= 17mV、最小值/最大值为2.296/2.313V (与下图相比、高1mV)。

    我已经订购了第三组 PCB、其中包含器件的 LDO 和 UC/OLED 显示屏、这次对接地问题的关注度更高。

    之前的2个 PCB 在所有层上都有一个单一的 GND、而层通过大量过孔连接。

    最后一组是使用单独的 gnds 和单独的 Vin 布线完成的。

    我附上一张屏幕截图、您可以告诉我您的意见。

    我将再次为您提供整个系统所需的电源轨。

    有2个 PCB 作为夹层与接头引脚进行连接。

    但是、GND 仅连接在右下角。

    1)+5.0V 仅用于簧片继电器

    2)+5.0V、专门用于模拟链运算放大器(位于第二个底部 PCB)

    3)+3.3V、用于顶部 PCB 的 uC

    4)+2.5V 和-2.5V、专用于模拟链运算放大器(位于第二个底部 PCB)

    我不会出版太多、因为这有望在一定程度上可以出售。

    ^、这个 μ F 是顶层。 右下角的5个引脚均为 GND、可与下方的第二个 PCB 实现良好连接。

    GND 接头引脚左侧的接头引脚是第二个 PCB 所需的正负电源轨。

    我已将 LDO 分为丝印、以帮助更好地识别分区。

    您可以看到、存在一个间隙、将+5V 和+3.3V 从模拟链 LDO +5V、2.5V 和-2.5V 中分离。

    在 PRV 版本中不存在该差距。 在 PRV PCB 版本中、LDO 的位置也不像这样。

    该^是由于 PCB 上的排除区域(PCB 的右侧)、Vin 通过不同的布线分布到每个 LDO 的层。

    Vin 是右下角左侧引脚接头的最右接头引脚。

    中间的隔离铜部分是用于 uC + OLED 显示屏的3.3V 电压。

    不过、恰好位于中心的铜区域(在3.3V 铜区域内)是 GND、充当类似于 Farraaday 笼、与 ADC 输入的另一层结合使用。

    我知道这里看不到太多、因为并非所有图层都可见。

    这就是我现在可以向您展示的所有内容。

    我喜欢将 PCB 发送给您进行评估的想法、但让我们看看下一组 PCB 的行为方式、然后我可以将其发送出去。 我目前在塞浦路斯。

    期待您的评论、在您方便的时候提出。

    此致

    Manos

  • 0
    TI__Guru**** 2516170 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 Stephen：

    第三组 PCB 已到达、我继续回流。

    考虑到之前的两种 PCB 回流焊实施以某种或两种方式失败、这次我做了一些不同的事情。

    我采用了一组大功率陶瓷砖型电阻器并将其串联、以形成一个区域、在使用焊锡膏和模板后、我将 PCB 放置在该区域的顶部、并放置了所有组件。

    我将电阻器连接到工作台电源、并最终调整了 ps 电压、使 PCB 的顶部(组件侧)稳定在大约50摄氏度、并将其留在那里15小时。

    该温度不会损害部件、因为它远低于工作的安全温度上限。

    我看了烘烤的方法、发现24小时@ 40度足以将湿度轻轻地从半图标的主体中推出、而不会产生烘烤效果。

    由于我的烘烤时间为15小时@ 50-55度、因此我认为这对于下一步来说足够了。

    经过15小时的烘烤后、我重新调整了 ps 电压、使 PCB 顶部的温度约为100-110度、然后离开那里。

    然后、我开始使用在组件上调整为300度的热风枪、直到焊锡膏液化。

    在焊接所有组件后、我将 PCB 放置在远离高功率电阻器的位置、并使其自然冷却。

    我进行了彻底清洁、因为 WSON 封装引脚之间有一些焊锡膏微焊球残留物、并且还使用纯酒精来清洁更多。

    然后、我施加了5.3V 电压、一切都正常。 昨天上午。 此后、PCB 一直在工作、没有任何不稳定迹象。

    我想说的一点是、在之前的两个实施中、即使是 UC 也让我的生活变得悲惨、因为它现在和之后都会停止工作、我必须重新使用热空气来熔化其引脚上的焊料、然后重新进行彻底清洁、然后再加电 再次上升。 我以为我做了一些非常错误的事情、因为到目前为止、我已经焊接了超过1000个 IC、这让我变得疯狂了。

    我现在的结论是坚如磐石的，我将用它来避免浪费数百欧元而没有任何明显的理由。

    从第一天开始、我似乎应该烘烤半个图标、但我没有烘烤、因为我认为在防潮袋内发运的组件可以在不烘烤的情况下回流。

    这些袋子里的小纸张都暗示我不必烘烤这些器件、但事实并非如此、这只是我的印象。

    最重要的是、现在每个人看起来和感觉都不错。

    再次感谢您的支持。

    此致

    Manos