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AD5314 defekt trotz Pufferstufe?

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  AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Ole Jansen <remove.this.kaspernasebaer@gmx.de> - 2019-01-07 19:56 +0100
    Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Joerg <news@analogconsultants.com> - 2019-01-07 11:10 -0800
    Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Marte Schwarz <marte.schwarz@gmx.de> - 2019-01-07 23:11 +0100
      Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Joerg <news@analogconsultants.com> - 2019-01-07 15:09 -0800
        Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Ole Jansen <remove.this.kaspernasebaer@gmx.de> - 2019-01-08 07:32 +0100
          Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Stefan Heimers <stefan.usenet@heimers.ch> - 2019-01-08 10:49 +0100
            Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Joerg <news@analogconsultants.com> - 2019-01-08 07:47 -0800
              Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Ole Jansen <remove.this.kaspernasebaer@gmx.de> - 2019-01-09 16:02 +0100
                Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Joerg <news@analogconsultants.com> - 2019-01-09 07:37 -0800
                Re: AD5314 defekt trotz Pufferstufe? Marte Schwarz <marte.schwarz@gmx.de> - 2019-01-09 22:10 +0100

#251610 — AD5314 defekt trotz Pufferstufe?

Moin,

Die vier Kanäle eines DA Wandlers AD5314 mit 5V Betriebsspannung
und 3.3V Referenz sind über 10k in Reihe und 100n gegen GND an
den (+)Eingang eines LM324D Operationsverstärkers angeschlossen.

0V ist gleichzeitig Signal Gnd.

Der LM324D wird mit 0V/24V versorgt und hat am (-)
Eingang einen Spannungsteiler:
15k Ausgang gegen (-) Eingang,
10k (-) Eingang gegen GND. Ganz am Ende
ist noch ein Tiefpass 100R/100n.

Nun zum Problem: Zwei Ausgänge werden im Fehlerfall für einige Sekunden
mit ca. 600kOhm verbunden.   Der Ausgang am AD5314 mit der wesentlich
kleineren Spannung zum Fehlerzeitpunkt ist anschließend defekt?

Da muss sich also was am (+) Eingang des LM324 tun was
den Chip beschädigt. Aber was? Auf den ersten Blick
finde ich nichts in den Datenblätter was mir hilft.

Der LM324 soll sowohl Pullup als auch Pulldown machen,
die naheliegende Möglichkeit eine Diode in den Ausgangspfad
zu bauen geht schon mal nicht...

Viele Grüße,

O.J.

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#251611

On 2019-01-07 10:56, Ole Jansen wrote:
> Moin,
>
> Die vier Kanäle eines DA Wandlers AD5314 mit 5V Betriebsspannung
> und 3.3V Referenz sind über 10k in Reihe und 100n gegen GND an
> den (+)Eingang eines LM324D Operationsverstärkers angeschlossen.
>
> 0V ist gleichzeitig Signal Gnd.
>
> Der LM324D wird mit 0V/24V versorgt und hat am (-)
> Eingang einen Spannungsteiler:
> 15k Ausgang gegen (-) Eingang,
> 10k (-) Eingang gegen GND. Ganz am Ende
> ist noch ein Tiefpass 100R/100n.
>
> Nun zum Problem: Zwei Ausgänge werden im Fehlerfall für einige Sekunden
> mit ca. 600kOhm verbunden.   Der Ausgang am AD5314 mit der wesentlich
> kleineren Spannung zum Fehlerzeitpunkt ist anschließend defekt?
>
> Da muss sich also was am (+) Eingang des LM324 tun was
> den Chip beschädigt. Aber was? Auf den ersten Blick
> finde ich nichts in den Datenblätter was mir hilft.
>
> Der LM324 soll sowohl Pullup als auch Pulldown machen,
> die naheliegende Möglichkeit eine Diode in den Ausgangspfad
> zu bauen geht schon mal nicht...
>


                                   VDD des AD5314
                                           |
                                           -  BAV99
                                 R1        ^
                                 ___       |
     AD5314 Ausgang    o-------o|___|-o----o----------o   LM324 (ueber R)
                                           |
                                           -
                                           ^  BAV99
                                           |
                                          GND


(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)


R1 kann einige kohm haben in diesem Fall. Bis herunter zu einigen 
hundert Ohm ist meist ok. Wenn Du statt der BAV99 Schottkydioden nimmst, 
kann das ohne Widerstand gehen. Auch die gibt es als Doppeldiode. Ich 
mache das zum besseren Schutz aber immer mit Widerstand.

-- 
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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#251633

Hi Ole,

> Die vier Kanäle eines DA Wandlers AD5314 mit 5V Betriebsspannung
> und 3.3V Referenz sind über 10k in Reihe und 100n gegen GND an
> den (+)Eingang eines LM324D Operationsverstärkers angeschlossen.

> Der LM324D wird mit 0V/24V versorgt und hat am (-)
> Eingang einen Spannungsteiler:
> 15k Ausgang gegen (-) Eingang,
> 10k (-) Eingang gegen GND. Ganz am Ende
> ist noch ein Tiefpass 100R/100n.
> 
> Nun zum Problem: Zwei Ausgänge werden im Fehlerfall für einige Sekunden
> mit ca. 600kOhm verbunden.

Das verstehe ich jetzt nicht. 600kOhm ist selbst bei 24 V noch übrig 
genug, um den Strom klein zu halten.
Was sein könnte: Der LM324 hat PNP Eingangsstufen. Allerdings sollte da 
nie mehr als 100 nA raus kommen. Was im Fehlerfall passiert kann man 
aber ur schätzen. Prinzipiell ist das aber nie ausgeschlossen, dass da 
Strom raus geht, ohne dass die Diodenstrecken im OP kaputt gehen.

Solange ich aber nicht deine Schaltung begreife, ist alles weitere müßig.

Marte

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#251636

On 2019-01-07 14:11, Marte Schwarz wrote:
> Hi Ole,
>
>> Die vier Kanäle eines DA Wandlers AD5314 mit 5V Betriebsspannung
>> und 3.3V Referenz sind über 10k in Reihe und 100n gegen GND an
>> den (+)Eingang eines LM324D Operationsverstärkers angeschlossen.
>
>> Der LM324D wird mit 0V/24V versorgt und hat am (-)
>> Eingang einen Spannungsteiler:
>> 15k Ausgang gegen (-) Eingang,
>> 10k (-) Eingang gegen GND. Ganz am Ende
>> ist noch ein Tiefpass 100R/100n.
>>
>> Nun zum Problem: Zwei Ausgänge werden im Fehlerfall für einige Sekunden
>> mit ca. 600kOhm verbunden.
>
> Das verstehe ich jetzt nicht. 600kOhm ist selbst bei 24 V noch übrig
> genug, um den Strom klein zu halten.
> Was sein könnte: Der LM324 hat PNP Eingangsstufen. Allerdings sollte da
> nie mehr als 100 nA raus kommen. Was im Fehlerfall passiert kann man
> aber ur schätzen. Prinzipiell ist das aber nie ausgeschlossen, dass da
> Strom raus geht, ohne dass die Diodenstrecken im OP kaputt gehen.
>
> Solange ich aber nicht deine Schaltung begreife, ist alles weitere müßig.
>


Der AD4314 hat CMOS Schalter fuer Power-Down in Serie zu den Ausgaengen. 
Wenn die eine eklige Architektur haben, koennte theoretisch was 
passieren, z.B. wenn keine parasitaeren Diodenstrecken kommen. Waere 
sehr ungewoehnlich, habe ich aber bei anderen Chips erlebt. Da reichten 
nA und ... biffff ... war eine Gate Oxyd Schicht geloechert.

-- 
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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#251642

Am 08.01.2019 um 00:09 schrieb Joerg:
> On 2019-01-07 14:11, Marte Schwarz wrote:
>> Hi Ole,
>>
>>> Die vier Kanäle eines DA Wandlers AD5314 mit 5V Betriebsspannung
>>> und 3.3V Referenz sind über 10k in Reihe und 100n gegen GND an
>>> den (+)Eingang eines LM324D Operationsverstärkers angeschlossen.
>>
>>> Der LM324D wird mit 0V/24V versorgt und hat am (-)
>>> Eingang einen Spannungsteiler:
>>> 15k Ausgang gegen (-) Eingang,
>>> 10k (-) Eingang gegen GND. Ganz am Ende
>>> ist noch ein Tiefpass 100R/100n.
>>>
>>> Nun zum Problem: Zwei Ausgänge werden im Fehlerfall für einige Sekunden
>>> mit ca. 600kOhm verbunden.
>>
>> Das verstehe ich jetzt nicht. 600kOhm ist selbst bei 24 V noch übrig
>> genug, um den Strom klein zu halten.
>> Was sein könnte: Der LM324 hat PNP Eingangsstufen. Allerdings sollte da
>> nie mehr als 100 nA raus kommen. Was im Fehlerfall passiert kann man
>> aber ur schätzen. Prinzipiell ist das aber nie ausgeschlossen, dass da
>> Strom raus geht, ohne dass die Diodenstrecken im OP kaputt gehen.
>>
>> Solange ich aber nicht deine Schaltung begreife, ist alles weitere müßig.


Moin,

ich versuch mal ASCII-Art:

                                          LM324D

-------------                            | \
AD5314 VOUTA |---| 10k |-----o-----------|+  \
-------------                |           |    >------o---o---OUT
                              |          -|-  /       |   |
                              |         | | /         |   |
                              = 100n    |             | |100R|
                              |         o------|15k|--    |
                              |         |                 |
                              |       |10k|               = 100n
                              |         |                 |
                              |         |                 |
                             GND       GND               GND



> Der AD4314 hat CMOS Schalter fuer Power-Down in Serie zu den Ausgaengen. 
> Wenn die eine eklige Architektur haben, koennte theoretisch was 
> passieren, z.B. wenn keine parasitaeren Diodenstrecken kommen.

AD gibt als abs. max rating VOUTA...VOUTD to GND –0.3 V to VDD + 0.3 V
Also 5.3V. Das ist nicht eben üppig.

Ich würde gerne anhand des Datenblatt verstehen wo am (+) Eingang
mehr als 5.3V mein LM324 herkommen könnten.

Unter Io ist in der Zeile VID = −1 V, VO = 200 mV  etwas
im Bereich 12...30µA eingetragen. Es gibt also einen Bereich
wo der OP nur einen rel. kleinen current sink kann.
Wie genau muss ich das interpretieren?

> Waere 
> sehr ungewoehnlich, habe ich aber bei anderen Chips erlebt. Da reichten 
> nA und ... biffff ... war eine Gate Oxyd Schicht geloechert.

Passt zum Fehlerbild. Ich habe jetzt ein AD5314 gefunden
wo der Kanal noch funktioniert aber angeschlagen ist.
(Kommt bei Fullrange nur 2.28V und nicht 3.3V)

BAV Schutzdioden wie von Joerg vorgeschlagen wären sicher die
sauberste Variante, erfordern aber eine Layoutänderung.

Um den jetzigen Zustand zu "flicken" könnte ich kurzfristig
4.3V Z-Dioden über den ersten 100n C drüberlöten.
Spricht da etwas gegen?

O.J.

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#251651

Ole Jansen wrote:

> recken kommen.
> 
> AD gibt als abs. max rating VOUTA...VOUTD to GND ?0.3 V to VDD + 0.3 V
> Also 5.3V. Das ist nicht eben üppig.

Wenn ich das richtig verstanden habe gibt man bei den IC-Eingängen zwei 
Schutzdioden an, welche vor Überspannung schützen sollen. Deshalb darf die 
Spannung nicht wesentlich über oder unter die Versorgungsspannung gehen.

Das sind aber nicht zwei separate Dioden, sondern mehrere direkt 
übereinander liegende Siliziumschichten, die sich wie ein Thyristor 
verhalten können. Also ein kleiner Strom wird abgeleitet, ein grösserer 
führt zur Zündung und somit zur Zerstörung entweder des Eingangs oder gleich 
des ganzen ICs. 

https://de.wikipedia.org/wiki/Latch-Up-Effekt

> Ich würde gerne anhand des Datenblatt verstehen wo am (+) Eingang
> mehr als 5.3V mein LM324 herkommen könnten.

Bei einem unbeschalteten IC können am Eingang theoretisch alle Spannungen 
zwischen der negativen und positiven Versorgungsspannung liegen. Wenn auch 
nur eine kleine Kapazität existiert hast Du also beim Einschalten unter 
Umständen 24 V am Eingang. Auch wenn nur für ein paar Nanosekunden, hast Du 
also 2.4mA am Ausgang des DA-Wandlers, was vielleicht zur Zündung der 
parasitären Thyristoren reicht.

Ich würde den Widerstand in zwei mal 4.7kOhm auftrennen und dazwischen 
diskrete Schutzdioden an die VErsorgungsspannung anbringen. Oder wenn' 
billig sein muss, einfach nur eine Schutzdiode vom Op-Amp Eingang zu +5V, 
mit Anode am OpAmp.

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#251660

On 2019-01-08 01:49, Stefan Heimers wrote:
> Ole Jansen wrote:
>
>> recken kommen.
>>
>> AD gibt als abs. max rating VOUTA...VOUTD to GND ?0.3 V to VDD + 0.3 V
>> Also 5.3V. Das ist nicht eben üppig.
>
> Wenn ich das richtig verstanden habe gibt man bei den IC-Eingängen zwei
> Schutzdioden an, welche vor Überspannung schützen sollen. Deshalb darf die
> Spannung nicht wesentlich über oder unter die Versorgungsspannung gehen.
>
> Das sind aber nicht zwei separate Dioden, sondern mehrere direkt
> übereinander liegende Siliziumschichten, die sich wie ein Thyristor
> verhalten können. Also ein kleiner Strom wird abgeleitet, ein grösserer
> führt zur Zündung und somit zur Zerstörung entweder des Eingangs oder gleich
> des ganzen ICs.
>
> https://de.wikipedia.org/wiki/Latch-Up-Effekt
>

Das ist bei korrekt entwickelten modernen IC nicht mehr so einfach. Es 
sind oft mehr als 100mA erforderlich, um die Zuendung zu bewirken, wenn 
ueberhaupt.


>> Ich würde gerne anhand des Datenblatt verstehen wo am (+) Eingang
>> mehr als 5.3V mein LM324 herkommen könnten.
>
> Bei einem unbeschalteten IC können am Eingang theoretisch alle Spannungen
> zwischen der negativen und positiven Versorgungsspannung liegen. Wenn auch
> nur eine kleine Kapazität existiert hast Du also beim Einschalten unter
> Umständen 24 V am Eingang. Auch wenn nur für ein paar Nanosekunden, hast Du
> also 2.4mA am Ausgang des DA-Wandlers, was vielleicht zur Zündung der
> parasitären Thyristoren reicht.
>

Dazu ist es guenstig, ein wenig in die Innenschaltung des Corpus Delicti 
einzusteigen. Soviel Info wie frueher findet man kaum noch, aber in 
diesem Fall genuegend, siehe Schaltbild auf Seite 10 (Kapitel 9.2):

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm224.pdf

Da haetten wir ab IN+ zwei BE-Strecken in Serie, die fuer diesen Fall 
als gut leitend mit je 0.6V Spannungsabfall angesehen werden koennen. 
Wie ueblich sitzt eine Stromquelle im Fuss (hier oben) des Input 
Diff-Amps und die hat nur 6uA. Das waere selbst bei alten IC (was der 
AD5314 nicht ist) nicht genug, um einen Latch-up zu bewirken. Es wuerde 
aber locker reichen, um eine Gate Oxyd Strecke in einem CMOS Schalter zu 
fetzen, falls der offen und ungeschuetzt ist.


> Ich würde den Widerstand in zwei mal 4.7kOhm auftrennen und dazwischen
> diskrete Schutzdioden an die VErsorgungsspannung anbringen. Oder wenn'
> billig sein muss, einfach nur eine Schutzdiode vom Op-Amp Eingang zu +5V,
> mit Anode am OpAmp.
>

In diesem Fall kann sogar eine Diode gegen die Versorgung des AD5314 
reichen, sofern wenn der LM324 ja mit seiner negativen Versorgung an 
Masse liegt. Kathode an VDD des AD5314. Das geht aus Oles zeichung nicht 
hervor. BTW, Ole, guter ASCII Zeichnungsstil, so wie bei den alten Haudegen.

Hilfreich waere auch, einen App Engineer bei AD zu fragen, wie es beim 
AD5314 mit der Sensitivitaet der Ausgaenge und Power Sequencing 
aussieht. IOW, ob das Dingen wie die Prinzessin auf der Erbse ist.

-- 
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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#251709

Am 08.01.2019 um 16:47 schrieb Joerg:

> In diesem Fall kann sogar eine Diode gegen die Versorgung des AD5314 
> reichen, sofern wenn der LM324 ja mit seiner negativen Versorgung an 
> Masse liegt.

Tut er nicht. Könnte man also so machen.

> Hilfreich waere auch, einen App Engineer bei AD zu fragen, wie es beim 
> AD5314 mit der Sensitivitaet der Ausgaenge und Power Sequencing 
> aussieht.
> IOW, ob das Dingen wie die Prinzessin auf der Erbse ist.

Solange er Strom hat kann der Chip ausreichend sink und source.

Ich werde mir noch mal genauer anschauen wann die Firmware
den Chip initialisiert und was die bei Fehlern genau macht.
(Power Down Logik?)

Die 24V die den LM322 speisen sind prinzipbedingt eher da
und später weg als die 5V. Ob es damit zusammenhängt?
Neben Schutzdioden scheinen auch 500k gegen GND an VOUT das
Problem zu vermeiden, warum auch immer genau...

Danke für die Hilfe!

O.J.

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#251710

On 2019-01-09 07:02, Ole Jansen wrote:
> Am 08.01.2019 um 16:47 schrieb Joerg:
>
>> In diesem Fall kann sogar eine Diode gegen die Versorgung des AD5314
>> reichen, sofern wenn der LM324 ja mit seiner negativen Versorgung an
>> Masse liegt.
>
> Tut er nicht. Könnte man also so machen.
>

Nur um ein Missverstaendis zu vermeiden, wenn er nicht mit VEE an Masse 
liegt, brauchst Du eine Doppeldiode a la BAV99.


>> Hilfreich waere auch, einen App Engineer bei AD zu fragen, wie es beim
>> AD5314 mit der Sensitivitaet der Ausgaenge und Power Sequencing aussieht.
>> IOW, ob das Dingen wie die Prinzessin auf der Erbse ist.
>
> Solange er Strom hat kann der Chip ausreichend sink und source.
>

Dann ist ja dessen Ausgang aufgeschaltet und recht niederohmig. 
Hochohmig wuerde er nur im Power Down oder wenn seine Versorgung 
weggesackt ist.


> Ich werde mir noch mal genauer anschauen wann die Firmware
> den Chip initialisiert und was die bei Fehlern genau macht.
> (Power Down Logik?)
>
> Die 24V die den LM322 speisen sind prinzipbedingt eher da
> und später weg als die 5V. Ob es damit zusammenhängt?


24V spaeter weg waere ein Problem. Es koennte dann sein, dass der AD5314 
nach dem Wegfall der 5V Versorgung und Abschalten der Serien-FETs (die 
haben dann keine Gate Spannung mehr) in dessen Ausgaengen kurz 24V 
aufgebraten bekommt. Normalerweise sollte auch in den AD5314 Ausgaengen 
ESD Schutz vorhanden sein, aber wer weiss.


> Neben Schutzdioden scheinen auch 500k gegen GND an VOUT das
> Problem zu vermeiden, warum auch immer genau...
>

Das ergibt einen Spannungsteiler und damit wuerden es nicht mehr ganz 
24V sein. Ist aber heikel, weil im AD5314 Datenblatt nicht dokumentiert 
ist, wieviel die Gate Oxyd Schicht der Serien-FETs aushaelt.


> Danke für die Hilfe!
>

Wie mal der SW Ingenieur eines Kunden sagte, nachdem er mir aus der 
Patsche half, "We are all here to serve" :-)

-- 
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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#251724

Hi Ole,

>> In diesem Fall kann sogar eine Diode gegen die Versorgung des AD5314 
>> reichen, sofern wenn der LM324 ja mit seiner negativen Versorgung an 
>> Masse liegt.
> 
> Tut er nicht. Könnte man also so machen.

Das ist eine Hälfte des Problems...

> Die 24V die den LM322 speisen sind prinzipbedingt eher da
> und später weg als die 5V.

Tada!!!!! Überleg mal, wohin der BAsisstrom fließen will, wenn Du die 24 
V vor den 5 V anlegst und vor allem, wenn die negative Spannung des OPs 
erst später bereit ist, Strom abzunehmen...

> Ob es damit zusammenhängt?

ziemlich bis sehr sicher.

> Neben Schutzdioden scheinen auch 500k gegen GND an VOUT das
> Problem zu vermeiden, warum auch immer genau...

Weil das bisschen Strom dann einen koordinierten Weg zu GND findet und 
ansonsten sich seinen Weg durch den DA sucht.

Marte

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