Комментарии 30
тоже поделюсь опытом по теме, можен кому пригодится, довелось на одном проекте расследовать странные выгорания драйвера, вроде тот-же SN65LBC180 что у вас в одной схеме (правда у вас там опечатка в номере, 108).
Проект был не мой, помогал коллегам, попросили найти ошибку: прибор они разработали, первые сэмплы сделали и у себя всё протестировали, всё вроде чисто, работало. Заказали первый charge в пред-серию, передали клиенту, и тут начинаются жалобы: у клиента драйверы стабильно горят после нескольких включений, хотя причин никаких не видно - земля в порядке, силовых линий поблизости не проходит, линия всего 10-15 метров, на конце нагрузочка ватт на 20.
Вобщем, выяснилось: коллеги использовали на линии rs485 биполярные tvs диоды на 12V, из экономии все одинаковые взяли. Когда тестировали, использовали оригинальные микросхемы от TI, и для них несколько вольт несоответствия спеку не проблема, держали, никто не заметил. Потом, для пред-серии, заказали у китайцев, а те поставили свой клон с идентичной маркировкой, вообще не отличишь, пластик корпуса только под микроскопом минимально отличается. Только, если давать на линию где-то -10V, у них уже лавинный эффект случался, и после нескольких пробоев он совсем выгорал. У клиента по линии в момент подключания пробегал транзиентный импульс обратного тока вольт +-12, этого хватало для лавинного пробоя.
Дело в том, что лавинный эффект в основном от качества кристалла зависит, и китайцы там похоже степень паршивости своего кремния точненько под спек подобрали, чтобы заявленные -7V еще как-то выдерживал, а большего вам никто и не обещал. Тогда как оригинальные от TI вольт до 50 выдерживали.
Вобщем, вывод: ребята, не пренебрегайте правильными ограничительными диодами
Стандартно защищал шину 485 с помощью sm-712. Но и они умудрились уйти в обрыв при подаче по ошибке 24 В.
Из-за обрыва стабилитронов сгорели пару микросхем 485 интерфейса.
Теперь дополнительно ставлю стабилитроны, которые в случае повреждения уходят не в обрыв, а в КЗ, и этим защищают шину, т.к. источник питания выключается из-за КЗ.
Ну и обязательно гальваническая развязка шины, это позволяет быстро починить с минимальным временем простоя и затратами.
Был случай попадания межфазного напряжения на шину. Выгорела часть платы, от микросхем гальваноразвязки остались только припаянные "ножки". Но микроконтроллер уцелел и сообщил - какая-то проблема с датчиком.
так гальваническая развязка в серии денег стоит, её обычно избегают если нет необходимости. У вас похоже питание от силовой сети может попадать, тогда конечно, это уже другой уровень. В нашем случае 24V питания от общего источника, по общему 0.75mm² кабелю с шиной данных, там только transients в момент подключения потребителя, но вот уже их достаточно чтобы драйвер убить.
Еще, многие забывают в характеристику tvs диода заглянуть когда в схему ставят, а он ведь на заявленное напряжение только начинает открываться, несколько лишних вольт еще сверх пропустить может.
Насколько сильно защита нужна в в короткой линии? От кабины грузовика до компрессора гидравлики. Max485 воткнул пока. Мелкая серия
хоть какая-то защита нужна всегда, элементарно если вдруг гроза и молния рядом шарахнет. Но в большинстве случаев при нескольких метрах кабеля думаю вот этот sm712 достаточно хорошо защитит, если риск только наведённые токи поймать и нет риска что питание на шину попасть может. Хотя, я с автомобильными сетями особо не работал, знаю только что там всё сильно грязнее в плане наводок и бросков питания. Скорее всего есть какие-то типовые гайдлайны на эту тему.
Пока защитил только терминатором) сразу переделывать или погонять пилотную серию? Питание стабилизированное через buck драйвер какой-то до 5в . скакать вроде не должно.
смотря какая серия, если небольшая, можете погонять и посмотреть как себя вести будет, собрать опыт. Но если есть какие-то финансовые риски изза отказов, то лучше подумать как хотя-бы навесным монтажом диоды в THT исполнении добавить.
По питанию, нужно смотреть чтобы сам buck- конвертер не пробило, по входу. Для автомобильной электроники обычно рекомендуют иметь запас в 2-2.5 раз по входному напряжению, смотря какое у вас бортовое
Есть простая проверка. Взять пьезоэлемент от зажигалки и бить разрядами прямо по контактам. Плюсом можно взять пускатель электромагнитный помощнее и рядом установить. Как только перестанет ломаться - тогда с железом норм. Плюс потеря и искажение информации неизбежна, но это за счёт ПО.
Открывайте стантарты автомобильной промышленности и смотрите какие внешние воздействия должно выдерживать оборудование. А дальше будет понятно какая защита нужна.
Почему-то всегда полагал, что электрические цепи выгорают не от напряжения, а от тока. И всегда удивляют фразы "У клиента по линии в момент подключания пробегал транзиентный импульс обратного тока вольт +-12..." ...Но ток никогда не измеряют в вольтах!!!.
Может поэтому и схемы Ti малопонятны?
имелось в виду конечно импульс с амплитудой до +-12 вольт. Транзиентный бывает именно ток, поскольку кабель представляет из себя колебательную систему, в момент подключения нагрузки возникает импульс тока в обратную сторону, к источнику, и трансформаторным эффектом наводит на проходящей параллельно шине данных импульс с напряжением порядка сравнимого с напряжением питания. Изза колебательного характера линии полярность успевает раз-два смениться, пока затухнет. Если транзисторы на выходе драйвера шины подвержены эффекту лавинного пробоя (а от какого-то напряжения любой полупроводник подвержен), то собственно их кратковременно пробивает на КЗ и вся энэргия импульса стекает через них. Один такой пробой еще не заметен, но повреждения кристалла накапливаются, после нескольких пробоев он или полностью выгорает, или сильно шуметь начинает.
Вот кстати sm712 указали, от Semtech: они как раз на этом эффекте работают, в отличии от обычного tvs стабилитрона там у них контроллируемый лавинный пробой, чтобы он мог резко срабатывать, потому что у простых tvs характеристика плавная. Но мелковат, если на него вдруг питание попадет.
Малый ток, текущий через вывод не в том направлении, усиливается паразитными транзисторами. В результате, в кристалле ИМС выделяется не запланированная энергия.
с загадочным кружочком
Вероятно - это источник тока в эмиттерной цепи дифференциального усилителя.
Возможно изготовитель сделал подгонку резисторов на кристалле лазером на производстве. Хотя это и весьма неудобная операция, сильно повышающая себестоимость - микросхему нужно подключать при разваренных ножках, но не залитую пластиком сверху.
важна не абсолютная точность, а отностительная в пределах пластины. а это ужэ определяеца соблюдением технологии.
Я бы даже добавил, что если геометрически два резистора "нарисованы" на шаблоне для фотолитографии одинаково, то добиться разницы в значении сопротивления будет крайне сложно.
То есть воспроизводимость сопротивлений будет большая, главное, чтобы рядом были?
Я просто, как и сказал в посте, в технологиях не силен, помню из институтских лекций о лазерной подгонке резисторов, правда, в пленочных технологиях, а не в объемных.
Точный данных у меня нет, но думаю в пределах одной пластины вряд ли разброс будет более десятой процента. А в пределах одного кристалла на порядок, а то и два, меньше.
Немного разверну свой ответ.
С технологической точки зрения резистор представляет из себя участок кремния P-типа, легированного чем-нибудь типа мышьяка. Думаю, нможно резистор сделать и из кремния N-типа, но сходу нагуглилось, что из P-типа. Понятное дело, что форму этому участку можно задать любую, но упростим до прямоугольника. Тогда сопротивление резистора будет зависеть от длинны участка, ширины, глубины легирования и степени легирования (концентрации носителей заряда).
Ширина и длинна участка задаются маской из фоторезиста, которая в свою очередь определятся фотошаблоном. Ну, т.е. если проектировщик нарисовал поле 0,2 мкм на 1 мкм, то с определённой точностью таким оно и будет. Конечно, с помощью экспозиции и времени проявки можно в некоторых пределах менять эти размеры, но во-первых, это порочная практика, ведущая к браку, а во-вторых, два одинаковых резистора останутся в этом случае одинаковыми, просто сопротивление у них одинаково уедет в ту или иную сторону. После формирования маски происходит процесс легирования, это может быть диффузионное легирование, где пластину помещают в печь с атмосферой из какого-нибудь дико ядовитого газа, типа арсина, и ионы мышьяка диффундируют в кремний. Да, вокруг масочного окна в кремнии получается некое облако из ионов мышьяка, т.е. сама область будет заведомо больше окна, но зная температуру в печи, концентрацию газа и размер этого самого окна, можно расчитать полученный размер итоговой области. Соответственно, изменяя эти параметры, можно и изменять полученное сопротивление резистора. Но опять-таки, в рамках одной пластины все резисторы будут изменяться одинаково, т.е. между собой два одинаковых резистора так и останутся одинаковыми.
Для более высокой точности часто используют не диффузионное, а ионно-лучевое легирование. Там механизм ближе к работе электролучевой трубки. Это позволяется достич меньшего проникновения ионов под маску, т.е. легированная область получается более "вертикальной" с более чёткими границами. Там тоже можно регулировкой параметров изменять концентрацию ионов и глубину имплантации, но снова в рамках одной пластины это будет влиять одинаково на все резисторы.
В итоге получаем, что да, за счёт геометрических размеров пластины, за счёт возможных искажений объектива фотолитографической установки, каких-то допусков по времени экспонирования каждого кадра, толщины слоя фоторезиста, мы можем получить некоторую разность в размерах окон маски в разных областях пластины, но размер кристалла зачастую меньше размера кадра, т.е. в одном кадре несколько кристаллов. И вот в рамках одного кристалла эта разница будет на столько незначительной, если вообще будет, что позволяет строить такие схемы, которые никогда не заработают, если их собирать из рассыпухи. И не заработают именно из-за того, что вы никогда не подберёте два одинаковых транзистора или 100 одинаковых резисторов...
Именно. Важна не сама точность, и даже линейность этих резисторов, а только чтобы они были одинаковые в одном чипе. А это достаточно легко. 0,1% - это резисторы в 10-битном SAR-АЦП. А сколько стоит такой АЦП внутри AVR или STM8?
Боюсь - там charge redistribution ADC, не "классика".
КМК, 0,1 % разброс bulk резисторов - фантастика.
Да, charge redistribution ближе к кмоп-технологии, скорее он. Но конденсаторы же в них как-то ухитряются делать и дёшево, и с таким-же малым разбросом. Почему резисторам нельзя?
Я не настоящий технолог, этому соседняя кафедра учила. Может @amartology расскажет?
Что касается ожидаемого дифкаскада на входе приёмника RS-485, то стандарт говорит, ЕМНИП, о ±200 мВ зоне нечувствительности на входе, а полное (порядка 100:1) перераспределение тока в биполярном дифкаскаде происходит при входном разбалансе порядка 25-50 мВ. Т.е. высокой точности подгонки и не требуется.
Интегральные резисторы принципиально могут быть диффузионными, пол кремниевыми или тонкопленочными. Диффузионные резисторы в современных технологиях применяются мало и нишево, потому что поликремниевые (переиспользование слоя для затворов) строго лучше по большинству параметров. Тонкопленочные применяются мало и нишево по той же причине. Подстраивать лазером можно только тонкопленочные резисторы, но так сейчас тоже почти не делают, потому что лазерная подстройка тонкая и дорогая, а ПЗУ на чипе практически общедоступны.
От того, чем и как легирован кремниевый резистор (что диффузионный, что поликремниевый) зависят многие его параметры, в том числе знак и номинал температурного коэффициента. "Аналоговые" процессы обычно содержат два-три типа поликремниевых резисторов с разными вариантами легирования.
С конденсаторами примерно так же: есть MOS (переделанные из транзисторов), есть MIM (два слоя металла и тонкий диэлектрик между ними или два слоя поликремния и тонкий диэлектрик между ними).
Архитектуры ЦАП, АЦП и ряда других схем на переключаемых конденсаторах (перераспределении заряда) победили во многих популярных применениях не из-за какой-то большей точности изготовления конденсаторов, а из-за лучшей энергоэффективности архитектуры. Резистивные матрицы до сих пор широко применяются там, где это уместно, в том числе в некоторых видах ЦАП и АЦП.
Номинал что резистора, что конденсатора без подстройки задавать можно с точностью +-30% скажем. При этом температурные коэффициенты обычно довольно большие, поэтому пытаться с высокой точностью задавать абсолютное значение при конкретной температуре в принципе бессмысленно. А вот согласование элементов массива и там, и там можно сделать достаточно хорошее. Случайная вариация в общем случае обратно пропорциональна корню из площади элемента и прямо пропорциональна квадрату кривизны рук тополога. Analog Devices например применяет вынос массивов пассивных элементов на отдельный кристалл в микросборке, чтобы их можно было сделать одновременно очень большими и разумно дешёвыми в производстве.
Это только если эти резисторы достаточно большие. Но вообще да, если правильно нарисовать согласованный массив, то добиться требуемой в этом приложении точности относительно несложно. А вот абсолютные значения интегральных резисторов обеспечить сложно и дорого.
Вот так примерно:
Впрочем, в более старых биполярных схемах, обсуждаемых в статье, действительно вполне могла пойти в ход и лазерная подгонка.
Хорошая статья! Тридцать три раза массаракш!
Зачем сделано такое схемное решение, лично для меня остается загадкой и в документации фирмы нет ни малейшего намека на причину.
Может для обеспечивания гистерезиса? Чтобы исключить дрожание фронта и улучшить детектирование.
К вопросу о RS485