Amp mengukur twist papan (sayangnya!)

Yah, ini tangguh - meskipun cukup sederhana. Apakah ada yang punya pengalaman dengan twist papan yang mempengaruhi sirkuit Anda?

Kami memiliki desain papan yang seharusnya mengukur loadcell. Kami akhirnya melacak kesalahan akurasi sistem hingga ke IC amp. Ketika kita memutar papan, IC amp mengubah outputnya.

_

Menambahkan RM:

Sirkuit:

Datasheet di sini

Gain adalah 100,000 / R7 = ~ 454.5 menurut datasheet p15.

Saya mendapatkan + 80mV ketika saya memutar papan dari 4 sudutnya. Saya menggunakan jumlah putaran yang saya gunakan untuk membuka kunci mobil saya dengan kunci mobil saya. Saya mendapatkan -80mV ketika saya memutar ke arah lain. Jumlah putaran sebanding dengan variasi tegangan keluaran.

Atau, jika saya katakan, tekanan pensil khas di bagian atas IC, saya mendapatkan + 20mV. Ini adalah sudut paling sensitif dari IC dekat pin 1.

Untuk mengisolasi rangkaian amp, saya telah menyingkat inputnya dan memutus sirkuit lain darinya sehingga apa yang Anda lihat dalam diagram adalah apa yang kami uji.

Aku terjebak. Apa prinsip fisika yang menyebabkan ini? Bagaimana saya bisa mencegahnya?

Catatan:

1. Ini adalah kesalahan sistem, bukan kesalahan satu-papan . Itu terjadi di semua papan kami.
2. Saya telah mencoba menyolder ulang pin. Bukan itu masalahnya.
3. Ini bukan gain resistor R7. Saya telah menempatkan itu pada petunjuk lama untuk menguji twistnya secara terpisah. Memutar itu tidak ada bedanya.
4. Resistor R7 adalah 220 ohm yang sama dengan penguatan amp dari 456
5. Rel catu daya, AVdd, stabil di 3.29V
6. IC adalah AD623ARM standar industri (paket uSOIC)
7. Bagi mereka yang benar-benar harus melihatnya, inilah papannya - meskipun saya khawatir itu akan menghasilkan lebih banyak ikan haring merah daripada jawaban:

Ada efek yang diketahui seperti ini yang perlu diperhitungkan untuk sirkuit presisi tinggi. Gradien termal juga dapat memiliki efek buruk, orientasi komponen melintasi atau sepanjang tegangan dan gradien termal dll.

Tentu saja kita harus menebak-nebak karena secara ajaib kita tidak tahu apa yang ada dalam paket. Tapi dugaan yang terpelajar adalah bahwa die itu terikat eutektik atau dilem dengan sangat kaku ke dasar rongga paket. Paket SOIC kecil sangat tidak sesuai (yaitu kaku) sehingga tekanan diterjemahkan langsung ke dalam paket rongga lantai die dan kemudian melalui die pasang ke substrat Si. Stres dapat mempengaruhi kinerja Si dengan memengaruhi mobilitas elektron / lubang dan Si telah mengetahui resistensi piezo (melalui efek serupa dari perubahan kisi).

Bahkan Intel menggunakan tekanan lokal untuk meningkatkan kinerja transistor PMOS di beberapa node proses. Dalam meletakkan sirkuit presisi dalam silico, direkomendasikan bahwa amplifier sensitif di Si tidak memiliki lapisan logam di atasnya sehingga transistor tidak terpengaruh. (tapi ini masalah pencocokan).

untuk menguji hipotesis: Saya sarankan pematrian penguat, dan kemudian menempelkan bertopik pendek PTH (resistor akan bekerja) mengarah untuk mengangkat paket dari PCB sehingga tekanan tidak diterjemahkan ke dalam paket. Setelah Anda mengutak-atik ini dan menyalakannya kembali. Anda harus melihat perubahan dan karenanya verifikasi. GUNAKAN "kaki" baru sebagai anggota yang patuh. Atau gunakan kepang solder jika Anda ingin benar-benar hanyut.

Solusi? versi DIP dari bagian yang sama akan memiliki lebih sedikit masalah karena lead sesuai. Dalam hal itu menggunakan senyawa termal yang sesuai di bawah paket untuk mendapatkan panas mungkin digunakan.

Anda juga harus mempertimbangkan desain papan Anda sebagai faktor yang berkontribusi. Mungkin menjalankan pengaku (dalam desain yang ada) sebagai tes akan membantu menghilangkan / mempelajari masalah ini. Saya akan epoksi potongan FR4 kaku (di tepi) hanya untuk melihat.

Anda mendapatkan gain yang cukup besar pada op-amp. 80mV yang Anda lihat sesuai dengan sekitar 100uV pada input! Apa pun yang Anda lakukan yang memberi tambahan 0,1mV pada input akan menjelaskan pengamatan Anda. Bahkan hanya menyentuh papan di tempat yang salah bisa melakukan ini.

Jawaban sederhana adalah "jangan memutar papan". Pasang dengan cara yang bukan masalahnya, mungkin di satu sudut.

Saya penasaran. Apakah Anda melihat masalah statis, atau masalah dinamis? Memasang papan adalah hal yang statis, yang seharusnya tidak berubah seiring waktu. Input offset (jika memang seperti itu) yang Anda lihat ketika Anda memutar papan berada dalam spesifikasi untuk AD623 saat ini. Jika STATIC 80mV pada output bermasalah di sini, Anda telah menentukan chip yang salah. Itu bukan untuk mengatakan bahwa Anda mengharapkan intervensi mekanis untuk mengubah offset input, tentu saja, hanya bahwa offset statis dengan ukuran ini diharapkan dengan IC ini.

Beberapa jawaban lain memiliki beberapa saran bagus, tetapi ini satu lagi. Ketika saya mendengar bahwa tekanan fisik mengubah kinerja sirkuit, saya langsung mencurigai kapasitor di papan. Kapasitor terkenal sensitif terhadap stres, dan dapat dengan mudah menginduksi sinyal ke sirkuit presisi seperti ini karena stres atau getaran.

Namun sirkuit Anda seperti ditarik tidak mengandung kapasitor di lokasi di mana mereka harus dapat melakukan ini.

Itu membuat saya berpikir ada beberapa kapasitor di sirkuit Anda yang belum Anda gambar.

Salah satu yang terlintas dalam benak adalah parasit antara input penguat (pin 2 dan 3) dan daya terdekat atau pesawat ground. Ini adalah praktik umum untuk menempatkan bukaan pada bidang daya dan ground di bawah setiap node impedansi tinggi dalam rangkaian presisi seperti ini. Dalam kasus AD623, input memiliki resistansi input setara dengan 2 Gigohm, dan Anda juga menerapkan penguatan tinggi pada sinyal yang diinduksi (berbeda) pada pin tersebut.

Jika Anda tidak memutus daya / arde dari bawah pin input AD623 Anda (dan tembaga apa pun yang terhubung dengannya), maka tegangan papan akan mengubah nilai kapasitansi parasit, menyebabkan muatan bergerak, dan saya bisa membayangkan ini menciptakan jenis sinyal offset yang Anda lihat.

Hipotesis ini agak kurang tepat karena Anda menguji dengan pin input yang disingkat menjadi satu, tetapi saya akan memeriksanya jika masalah lain tidak terbukti.

Ok, izinkan saya meringkas. Jawabannya adalah 'efek mengukur regangan' atau efek tekanan silikon pada mobilitas tampaknya benar. Efek dari tegangan pada input dikalikan dengan gain dari amp.

Saya telah benar-benar menghapus paket dari papan dan mengujinya tanpa papan dengan kabel mengarah dari itu ke tempat roti. Stres pada chip saja masih memiliki efek yang sama.

Tes lebih lanjut saya menunjukkan bahwa paket uSOIC yang saya gunakan sekitar 10 kali lebih buruk (lebih sensitif terhadap stres) daripada paket DIP. Ini konsisten dengan varians yang ditentukan datasheet untuk bagian uSOIC. Saya pikir saya dapat menggunakan SOIC standar putaran papan berikutnya.

Beberapa teman saya memberikan dua jawaban berikut yang akan saya sertakan untuk referensi:

[Greg Bauer]: Saya bertanya-tanya apakah ini disebabkan oleh deformasi IC (karena Anda tidak ragu-ragu berpikir) yang menghasilkan reaksi pengukur tekanan atau strain gauge yang setara dalam silikon di ujung depan amplifier. Karena penguat akan memiliki input diferensial sendiri, setiap pengaruhnya mempengaruhi ketidakseimbangan input yang akan menyebabkan varians dalam voltase offset input yang kemudian diperkuat (dengan gain loop terbuka?) Kemudian ke output.

Saya mungkin harus memikirkan ini lebih banyak.

Saya tahu bahwa di masa lalu ketika semikonduktor adalah batu dan dinosaurus memerintah bahwa jika Anda memberikan tekanan pada potongan silikon dalam 2N3055 atau op amp LM301 Anda mendapatkan beberapa efek menarik - pada kenyataannya gelombang suara yang menunjuk pada logam sekolah lama dapat LM301 dengan penutup dihapus akan mengambil seperti mikrofon yang sangat sangat sangat sangat miskin (sedang bermain dengan op amp ini kembali ~ 1976).

[Gary Anderson]: Sepertinya Anda mengoperasikan amplifier Anda sebagai pengukur tegangan. Saat Anda memutar papan, Anda juga akan memuntir amplifier mati yang akan menyebabkan sedikit perubahan pada resistor dalam amplifier. Ayunan 80mV berada dalam spesifikasi untuk bagian ini. (Tegangan offset masukan 200μV kali 454 = 90mV.)

Apakah Anda memiliki masalah dengan menekuk papan di aplikasinya? Jika demikian, Anda mungkin perlu mengarahkan slot di papan Anda untuk merusak bagian-bagian sensitif. Sebaiknya jangan membengkokkan papan.

Anda tidak dapat berharap untuk melakukan tes yang masuk akal dengan AD623 yang dikonfigurasi dalam diagram rangkaian Anda. Meskipun Anda memiliki input yang disingkat bersama, mereka harus memiliki kemampuan untuk "melepaskan" arus bias input masing-masing ke ground: -

Saya tidak mengatakan bahwa rangkaian kerja Anda yang sebenarnya bermasalah di area ini - hanya pengaturan pengujian Anda. Namun, jika sirkuit "tepat" Anda tidak memiliki komponen yang dapat menghapus arus bias ini, Anda akan memiliki masalah seperti ini.