¿Por qué algunos de mis circuitos convertidores IE tienen un voltaje de compensación grande?

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El siguiente circuito es un convertidor de corriente a voltaje activo con ganancia conmutable.

Esquema

Nosemuestra:laentradadeinversiónsemantienebajaatravésdeunaresistenciade10Kcuandoelcircuitoestáencendidoperonoseestáutilizando.Cadavezqueserealizaunamedición(incluidaslasmedicionesdecalibracióndondeINestáflotando),esaresistenciasedesconecta.

Lossuministrosenlosinterruptoresanalógicosyopampson+/-11.5V.ElrangotípicodeVOUTestáentre-10Vy+10V.

Propósito

Elcircuitoseusaparamedircorrientesenelrangodelnanoampo.UnospocosmVenlasalidasonsignificativos.Lascompensacionesconstantesnosonrealmenteunproblema,yaquesepuedencalibrarfácilmentemidiendolasalidaconunaentradaabiertayrestándoladelasmedicionesposteriores.

Cadaplacatiene6omásdeestoscircuitos.

Componentes

Elamplificadoroperacionalseleccionadotienecorrientesdeentradadedesviaciónypolarizaciónmuypequeñas(<10pA)yunvoltajedecompensaciónmuypequeño(<1mV).Esun AD8625AR .

SW1A y SW1B son polos diferentes del mismo interruptor CMOS (ADG1236). Se conmutan entre sí para seleccionar la resistencia de realimentación, que determina la ganancia del convertidor. La corriente de fuga máxima es de 1 nA en la fuente y los pines de drenaje, activados o desactivados. El interruptor no mostrado (para mantener baja la entrada inversora a través de una resistencia de 10K) tiene un rendimiento similar. Las corrientes de fuga típicas son muy pequeñas (< 0.1nA).

Problema

El problema que estoy teniendo es que en algunos lotes de tableros, algunos (o todos) de estos circuitos tienen grandes compensaciones que decaen lentamente cuando se encienden. Sin embargo, la mayoría de las tablas son perfectamente estables en todo momento, con pequeñas compensaciones.

Un desplazamiento típico en VOUT con IN flotante es < 1 mV. En los tableros afectados, el desplazamiento puede ser tan alto como 120 mV.

Cuando las tablas afectadas están encendidas, el desplazamiento se estabilizará lentamente (después de horas de días) a ~ 5 mV. Una vez que se quita la alimentación, el desplazamiento se acumula nuevamente, por lo que cuando se enciende después de un par de días de inactividad, vuelve a ser alto.

Cada placa tiene un montón de estos circuitos. En el primer lote de 5 tableros, todos fueron afectados. En el siguiente lote, ninguno se vio afectado. En el lote más reciente, cada placa tiene un circuito afectado, y no siempre es el mismo.

En el peor de los casos, las corrientes de fuga máximas de todos los interruptores analógicos serían de 1.2 nA, lo que resultaría en un desplazamiento de 12 mV en la configuración de ganancia más alta, por lo que no creo que pueda explicar todo el desplazamiento que estoy viendo.

¿De dónde más podría provenir el voltaje de compensación? ¿Existe un defecto común en la placa que podría resultar en este tipo de comportamiento?

    
pregunta Steven T. Snyder

2 respuestas

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Un par de teorías aquí:

  • ¿Qué tan seguros están sus fuentes de alimentación subiendo simétricamente?
    Si un riel sube antes que el otro, es posible que tenga voltajes de salida distintos de cero desde el amplificador operacional por un período de tiempo muy corto.
  • ¿Ha implementado todas las prácticas de diseño de PCB necesarias para estas impedancias tan altas? Como mínimo, necesitarás anillos de protección en todos los nodos de impedancia ultra alta.
    La hoja de datos nacional (ahora TI) LMC6082 tiene una buena discusión de lo que se requiere para obtener corrientes de fugas en el tablero lo suficientemente bajas para no ser un problema.

Es probable que esto no aborde la posibilidad de que tenga problemas de inmersión dieléctrica, como se explica en la respuesta de @ RocketSurgeon.
Una forma buena y fácil de probar su respuesta sería desoldar una de las tapas en una tabla mala y revertirla. Si el desplazamiento se invierte en la otra dirección, es un problema de absorción dieléctrica (porque la carga persistente en el límite tendrá una polaridad única). Si el voltaje de compensación no cambia, el problema no es el condensador.

Una cosa que no veo explicando el problema de remojo dieléctrico es por qué la carga parece volver cuando el circuito no está alimentado, y desaparece cuando está alimentado. Dado que el elemento que descarga el condensador está conectado continuamente a través de la tapa (por ejemplo, C1 || R2, C2 || R1), la contribución de cualquier pérdida de corriente de la tapa debe ser una constante, y no debe verse afectada por la tensión de alimentación.

Lo único que me viene a la mente es que hay algo higroscópico en algún lugar e inyecta una corriente de compensación. Cuando enciende el tablero, se calienta y expulsa la humedad con el tiempo. Apaga el tablero y comienza a reabsorber la humedad.

Un comentario que tengo es que no veo por qué tiene ambos SW1A y SW1B. Puede desechar completamente SW1B. Solo ate ambos pares R / C juntos, y a la salida del amplificador operacional. Cuando se selecciona uno de los conjuntos de tapa / resistencia, el otro se descargará lentamente. Mientras un extremo esté flotando (lo que se logra mediante SW1A), el voltaje en el otro extremo es irrelevante.

    
respondido por el Connor Wolf
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Teoría 1. Empapamiento. Este es el efecto de absorción dieléctrica. También conocido como remojo . La fuente de energía es una carga de capacitores que se lleva desde la configuración de prueba del fabricante del capacitor. Los condensadores de película se probaron con alto voltaje durante unos minutos en la fábrica, luego se dividieron y se almacenaron con cables abiertos.

Durante pocos meses, la energía absorbida residual (no necesariamente la carga, pero también puede ser envejecimiento / secado / sedimentación mecánica) se desplaza desde el interior de las capas dieléctricas a las placas. La velocidad puede ser muy lenta, digamos que la constante de tiempo del polipropileno se multiplica por mil (pocos años para la descarga completa).

Este efecto está poco estudiado. Solo afecta a circuitos extremos como el suyo con tapas de plástico y TeraOhm opamps. El mejor informe de efecto lo realiza Bob Pease de Nat Semi cuando trabajó con las corrientes de teflón y pA.

La cura para esto puede ser la exposición temporal del circuito sin alimentación a una fuente de radiación gamma de intensidad moderada durante unas pocas horas para disipar todas las cargas absorbidas sin contacto físico con las partes.

Otro método es mediante los condensadores "más antiguos", que se almacenaron durante unos meses más. Compara las fechas de los topes de lotes buenos y malos. Apuesto a que el lote de condensadores más antiguo es mejor.

O, cuando ordene topes, solicite los que se almacenaron cerca de la ventana abierta durante el horario de verano. O coloque los tableros sin energía ensamblados en una esterilla antiestática conductora seca y caliente a 150 ° C durante una hora (a menos que la limpieza del circuito de pA prohíba cualquier manipulación como esta).

Teoría 2. Corriente inducida por termopar. La corriente de acoplamiento puede ser causada por la diferencia de temperatura en la unión de dos metales diferentes. Para saber si es así, sumerja la tabla en un baño de aceite agitado y compare el rendimiento con uno en aire libre.

    
respondido por el user924

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