Усилитель измеряет поворот платы (к сожалению!)

Ну, это круто, хотя и довольно просто. У кого-нибудь есть опыт поворота платы, влияющий на вашу схему?

У нас есть дизайн платы, который должен измерять тензодатчик. Мы наконец-то отследили ошибку системной точности до ИС усилителя. Когда мы крутим плату, усилитель IC меняет свой выход.

_

Добавлен RM:

Цепь:

Лист данных здесь

Усиление составляет 100000 / R7 = ~ 454,5 в соответствии с таблицей данных p15.

Я получаю + 80 мВ, когда выкручиваю плату из 4 углов. Я использую количество поворотов, которое я использую, чтобы отпереть мою машину ключом от машины. Я получаю -80 мВ, когда я поворачиваю в другую сторону. Величина кручения пропорциональна отклонению выходного напряжения.

В качестве альтернативы, если я положу, скажем, типичное давление карандаша на верхнюю часть микросхемы, я получу + 20 мВ. Это самый чувствительный угол ИС рядом с выводом 1.

Чтобы изолировать схему усилителя, я замкнул ее вход и отключил от нее другие цепи, так что то, что вы видите на диаграмме, - это то, с чем мы тестируем.

Я застрял. Какой физический принцип вызвал бы это? Как я могу предотвратить это?

Примечания:

1. Это системная ошибка, а не ошибка одной платы . Это происходит на всех наших досках.
2. Я попытался перепаять контакты. Это не проблема.
3. Это не резистор усиления R7. Я положил это на длинные провода, чтобы проверить его поворот отдельно. Скручивание это не имеет никакого значения.
4. Резистор R7 составляет 220 Ом, что соответствует усилению 456 А
5. Шина питания, AVdd, измеряет устойчивый при 3,29 В
6. Микросхема является отраслевым стандартом AD623ARM (пакет uSOIC)
7. Для тех, кто действительно должен видеть это, вот доска - хотя я боюсь, что это вызовет больше красных селедок, чем ответов:

Существуют известные эффекты, подобные этому, которые необходимо учитывать для высокоточных схем. Температурные градиенты также могут оказывать неблагоприятное воздействие, ориентация компонентов поперек или вдоль напряжений и температурные градиенты и т. Д.

Конечно, мы должны сделать некоторые предположения, потому что мы не можем волшебным образом знать, что находится в пакете. Но обоснованным предположением является то, что матрица либо эвтектически связана, либо очень жестко приклеена к дну полости пакета. Небольшая упаковка SOIC очень несовместима (то есть жесткая), поэтому напряжения перемещаются непосредственно в пол полости матрицы упаковки, а затем через крепление матрицы в подложке Si. Напряжение может отрицательно повлиять на характеристики Si, влияя на подвижность электронов / дырок, и Si имеет известное пьезосопротивление (благодаря аналогичным эффектам изменений решетки).

На самом деле Intel использует локализованное напряжение для повышения производительности транзисторов PMOS на некоторых узлах процесса. При прокладке прецизионных цепей in silico рекомендуется, чтобы чувствительные усилители в Si не имели металлических слоев над ними, чтобы не повредить транзисторы. (но здесь это совпадающая проблема).

чтобы проверить гипотезу: я рекомендую демонтировать усилитель, а затем присоединить короткие заглушки из ПТГ (резистор будет работать), чтобы поднять корпус с печатной платы, чтобы напряжение не переместилось в корпус. Как только вы поиграли с этим и снова включили его. Вы должны увидеть изменение и, следовательно, подтверждение. ИСПОЛЬЗУЙТЕ новые «ноги» в качестве совместимых членов. Или используйте паяльную оплетку, если хотите по-настоящему увлечься.

Решения? версия DIP той же части будет иметь меньшую проблему, потому что провода соответствуют. В этом случае можно использовать податливое термическое соединение под упаковкой для отвода тепла.

Вы должны также рассмотреть свой дизайн доски как способствующий фактор. Возможно, использование ребер жесткости (в существующей конструкции) в качестве теста поможет устранить / изучить проблему. Я бы посмотрел более жесткие эпоксидные детали FR4 (на краю).

У вас довольно большой выигрыш на операционном усилителе. Видимое 80 мВ соответствует примерно 100 мВ на входе! Все, что вы делаете, что добавляет дополнительные 0,1 мВ на вход, объяснит ваше наблюдение. Даже простое прикосновение к доске в неправильном месте может сделать это.

Простой ответ: «Не крути доску». Смонтируйте его так, чтобы это не было проблемой, может быть, одним углом.

Мне любопытно. Вы видите статическую проблему или динамическую проблему? Монтаж платы - вещь статичная, которая не должна меняться со временем. Входное смещение (если оно есть), которое вы видите при повороте платы, вполне соответствует спецификации для AD623 с таким усилением. Если на выходе возникла проблема со статическим напряжением 80 мВ, значит, вы выбрали неправильный чип. Это не значит, что вы ожидаете механического вмешательства для изменения входного смещения, конечно, просто от того, что с этой микросхемой ожидается статическое смещение такого размера.

У некоторых других ответов есть несколько хороших предложений, но вот еще один. Когда я слышу, что физическое напряжение меняет производительность цепи, я сразу же подозреваю, что на плате есть конденсаторы. Конденсаторы, как известно, чувствительны к нагрузкам и могут легко подавать сигналы в прецизионные цепи, подобные этой, из-за напряжения или вибрации.

Однако ваша схема в том виде, в котором она нарисована, не содержит конденсаторов в местах, где они должны это делать.

Это заставляет меня думать, что в вашей схеме есть конденсаторы, которые вы не нарисовали.

На ум приходит паразитный сигнал между входами усилителя (контакты 2 и 3) и любыми соседними силовыми или заземляющими плоскостями. Обычной практикой является размещение отверстий в плоскостях питания и заземления под любыми узлами с высоким импедансом в такой точной схеме. В случае AD623, входы имеют эквивалентное входное сопротивление около 2 Гом, и вы также применяете высокое усиление к любому сигналу, индуцированному (дифференциально) на этих выводах.

Если вы не отключили питание / землю от своих входных контактов AD623 (и любой медь, подключенный к ним), то напряжение на плате изменит значение паразитной емкости, заставляя заряд двигаться, и я мог представить, что это создаст вид смещенных сигналов, которые вы видите.

Эта гипотеза вряд ли будет правильной, учитывая, что вы тестируете с закороченными входными контактами, но я бы проверил, если другие проблемы не подтвердятся.

Хорошо, позвольте мне подвести итог. Ответы «эффект тензодатчика» или влияние напряжения кремния на подвижность кажутся правильными. Влияние напряжения на входах умножается на усиление усилителя.

Я полностью вытащил пакет из платы и протестировал его без платы, подключив провода от него к хлебной плите. Стресс на чипе по-прежнему имеет тот же эффект.

Мои дальнейшие тесты показывают, что пакет uSOIC, который я использую, примерно в 10 раз хуже (более чувствителен к стрессу), чем пакет DIP. Это согласуется с указанной дисперсией таблицы данных для части uSOIC. Я думаю, что могу использовать стандартную SOIC следующую игру.

Некоторые из моих друзей дали следующие два ответа, которые я включу для справки:

[Грег Бауэр]: Интересно, связано ли это с деформацией микросхемы (о чем вы, несомненно, думаете), которая приводит к эквивалентной реакции манометра или тензометрического датчика в кремнии на передней части усилителя. Поскольку усилитель будет иметь свои собственные дифференциальные входы, это влияет на тот дисбаланс, который на этом входе будет вызывать отклонения в напряжениях смещения входа, которые затем усиливаются (с помощью усиления разомкнутого контура?) И затем выходятся на выход.

Возможно, мне придется подумать об этом немного больше.

Я знаю, что в былые времена, когда полупроводники были камнями, а воцарились динозавры, что если вы надавите на кремниевый кусок в операционном усилителе 2N3055 или LM301, вы получите несколько интересных эффектов - фактически звуковая волна направлена ​​на металлическую банку старой школы LM301. со снятой крышкой поднимался бы как очень, очень невероятно очень плохой микрофон (играл с этими операционными усилителями еще в 1976 году).

[Гэри Андерсон]: Похоже, вы используете свой усилитель в качестве тензодатчика. Когда вы поворачиваете плату, вы также будете скручивать матрицу усилителя, что приведет к небольшим изменениям в резисторах внутри усилителя. Колебания 80 мВ находятся в пределах спецификации для этой части. (Напряжение смещения на входе 200 мкВ, умноженное на 454 = 90 мВ.)

Есть ли у вас проблемы с изгибом платы при ее применении? Если это так, возможно, вам придется направить слоты на вашей доске, чтобы уничтожить чувствительные части. Лучше не сгибать доску.

Вы не можете рассчитывать на проведение разумного теста с AD623, настроенным на вашей принципиальной схеме. Хотя у вас есть входы, которые закорочены вместе, они должны иметь возможность «отпускать» их соответствующие входные токи смещения на землю:

Я не говорю, что ваша реальная рабочая схема проблематична в этой области - просто ваша тестовая установка. Однако, если ваша «правильная» схема не имеет компонентов, которые могут удалить эти токи смещения, у вас будут проблемы такого рода.