Problem mit A/D-Wandler ADC0804

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Hallole,

ich verwende einen ADC0804 in einer kleinen PC-gesteuerten Schaltung,
um analoge Werte in den PC einzulesen. Versorgungsspannung ist 5V, die
Eingangsspannung ist nicht größer als 5V, die Clockfrequenz beträgt
ca. 700 kHz, die Datenausgänge gehen an einen 74HC244-Puffer.
Die Anforderungen an die Genauigkeit sind nicht allzu groß; daher
funktioniert die Schaltung grundsätzlich auch problemlos - mit einer
Ausnahme: In nicht reproduzierbarer Weise gehen manchmal alle
Datenausgänge auf "1" und das IC wird regelrecht heiß (als sei intern
ein Kurzschluß - aber wo soll der herkommen?). Nur sofortiges
Ausschalten rettet das IC und die Situation.
Hat jemand diesen Effekt schon einmal erlebt und einen Tip zur Lösung?

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
    RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
          D-65843 Sulzbach/Ts. * Antoniter-Weg 11
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
snipped-for-privacy@drkoenig.de (RA Dr.M.Michael König) wrote in

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"brown-out", in CMOS IC's gibt es prinzipbedingt einen parasitaeren
Thyristor, der bei unguenstigen Bedingungen "zünden" kann und dann das
von Dir beschriebene Verhalten hat.
Wann tritt es auf? Direkt nach dem Einschalten der Betriebsspannung?
Ich hatte mal einen AD-Wandler (SDA1812), der zeigte ähnliches
Verhalten, weil die digitale Betriebsspannung eher anlag, als die
analoge. Ein kleiner R in Reihe und ein C an der "langsamen" Spannung
half. Moeglicherweise ist es bei dem uC genauso (Datenblatt lesen)?

Ausserdem bewirken kurzeitige Spannungseinbrueche oder -spitzen
aehnliches, ebenso ein unguenstiger Verlauf der Eingangsspannung bei
Einschalten...

M.

Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
Am Fri, 18 Jul 2003 12:29:31 +0000 (UTC), meinte
snipped-for-privacy@pentax.boerde.de (Matthias Weingart):

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Bei allen CMOS? So etwas habe ich aber noch nie erlebt - nur jetzt mit
dem 0804.

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Siehe anderes posting (Antwort auf Andreas Tönne).

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
    RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
  snipped-for-privacy@drkoenig.de (RA Dr.M.Michael König) writes:
|> Am Fri, 18 Jul 2003 12:29:31 +0000 (UTC), meinte
|> snipped-for-privacy@pentax.boerde.de (Matthias Weingart):
|>
|> >"brown-out", in CMOS IC's gibt es prinzipbedingt einen parasitaeren
|> >Thyristor, der bei unguenstigen Bedingungen "zünden" kann und dann das
|> >von Dir beschriebene Verhalten hat.
|>
|> Bei allen CMOS? So etwas habe ich aber noch nie erlebt - nur jetzt mit
|> dem 0804.

BEI ALLEN. Das einzige Unterscheidungsmerkmal ist nur der nötige Strom, der durch
einen Pin fliessen muss. Frühere ICs waren da schon mit weniger als 10mA beim
fröhlichen Zünden, viele heutige ICs (pseudo-"latchup-restistent") benötigen
schon >100mA dazu. Und solche Ströme bekommt man nur noch schwer "hin".

Das ist ja übrigens auch der traditionelle Grund, warum man keine Elektronik
(Schnittstellen, ICs) unter Spannung ein/ausstecken sollte. Wenn der Chip zB.
noch keine Versorgungsspannung hat, aber schon Spannung an den Eingängen, kann
der Strom den Tyristor zünden, der beim Anlegen der Versorgung dann gleich drauf
los heizt.

BTW, noch eine Anekdote dazu: Ein modernes HD44780-Display am LPT wurde durch
unvorsichtiges Antatschen mit heftiger statischer Elektrizität ge-latchup-t, der
Chip auf dem Display wurde seeehr heiss. Das Abschalten der Versorgungsspannung
hat nichts gebracht, nach dem Anstecken wurde es wieder heiss. Erst das Abstecken
vom LPT hat geholfen, d.h. das bisschen Strom über die Eingänge hat den
Latchupzustand aufrecht erhalten. Das Display ist dadurch aber nicht
kaputtgegangen...

Anekdote 2: Bei den alten Lattice-Gals hat das dranhängen eines 100nF-Cs zw. VCC
und GND im Betrieb schon gereicht, den Chip dauerhaft zu ruinieren, auch
Latchup...
--
         Georg Acher, snipped-for-privacy@in.tum.de
         http://wwwbode.in.tum.de/~acher
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
Am 20 Jul 2003 13:17:16 GMT, meinte snipped-for-privacy@in.tum.de (Georg Acher):

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Mhm. Damit meinen Sie auch den Anschluß von z.B. Drucker an PC, PC
untereinander über LAN und sonstiges?
Aber diese Situation - Signale an I/O aber keine Versorgungsspannung -
betrifft doch alle verbundenen Geräte, von denen eines nicht
eingeschaltet ist. Z.B. verbundene PC, Drucker usw. Dann müßten die
Geräte doch ständig defekt sein.
So richtig verstehe ich Ihre Beschreibung aber nicht: Bei CMOS sorgen
anliegende Signale dank der internen Schutzdioden doch für eine
Quasi-Versorgungsspannung (wie in meiner Schaltung mit  u.a. dem
ADC0804). Auch ist hier das Abklemmen und Anlegen der externen 5V
unschädlich. Das kann ich in einem fort machen, ohne daß der Thyristor
zündet - dies geschieht nur beim Kurzschluß.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
    RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
  snipped-for-privacy@drkoenig.de (RA Dr.M.Michael König) writes:
|> Am 20 Jul 2003 13:17:16 GMT, meinte snipped-for-privacy@in.tum.de (Georg Acher):
|>
|> >Das ist ja übrigens auch der traditionelle Grund, warum man keine Elektronik
|> >(Schnittstellen, ICs) unter Spannung ein/ausstecken sollte. Wenn der Chip zB.
|> >noch keine Versorgungsspannung hat, aber schon Spannung an den Eingängen,
kann

|> >der Strom den Tyristor zünden, der beim Anlegen der Versorgung dann gleich
drauf

|> >los heizt.
|>
|> Mhm. Damit meinen Sie auch den Anschluß von z.B. Drucker an PC, PC
|> untereinander über LAN und sonstiges?
|> Aber diese Situation - Signale an I/O aber keine Versorgungsspannung -
|> betrifft doch alle verbundenen Geräte, von denen eines nicht
|> eingeschaltet ist. Z.B. verbundene PC, Drucker usw. Dann müßten die
|> Geräte doch ständig defekt sein.

Waren sie in der Anfangszeit auch, wenn es echte CMOS-Eingänge waren und nicht
74er-TTL :-) Inzwischen ist das alles aber wesentlich resistenter...

|> So richtig verstehe ich Ihre Beschreibung aber nicht: Bei CMOS sorgen
|> anliegende Signale dank der internen Schutzdioden doch für eine
|> Quasi-Versorgungsspannung (wie in meiner Schaltung mit  u.a. dem
|> ADC0804). Auch ist hier das Abklemmen und Anlegen der externen 5V
|> unschädlich. Das kann ich in einem fort machen, ohne daß der Thyristor
|> zündet - dies geschieht nur beim Kurzschluß.

Die Schutzdioden sind nicht beliebig schnell und eigentlich nur dazu gedacht,
die Gates vor "Überschlägen" zu schützen. Ein Kurzschluss ist aber eine ziemlich
steile Flanke. Bevor die Dioden da anfangen zu leiten, ist der
Spannungsunterschied von den Pins zu VCC schon da. Und wenn da genügend Strom
dahintersteht, reicht es zum Zünden aus.

Ich glaube halt, das der ADC0804 (ist ja ein Uralt-Design, wahrscheinlich schon
20J alt) eben noch zur alten Mimosen-CMOS-Sorte gehört (wie die erwähnten GALs),
die prinzipiell empfindlich ist.

--
         Georg Acher, snipped-for-privacy@in.tum.de
         http://wwwbode.in.tum.de/~acher
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
Am 21 Jul 2003 10:11:01 GMT, meinte snipped-for-privacy@in.tum.de (Georg Acher):

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Also ein spezifisches 0804-Problem. Schade, in der Doku steht nichts
dazu. Zumindest nicht spezifisch. Der 10u-Tantal über die
Versorgungspins, der das Problem zumindest in Hinblick auf rasche
Änderungen der Versorgugsspannung beseitigt, wird dort aus anderen
Gründen empfohlen.

Beste Grüße

Dr. Michael König
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804

RA Dr.M.Michael König schrieb:

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Hallo,

das klingt sehr nach dem Latchup Effekt bei CMOS Schaltungen.
Da wird ein parasitärer, unvermeidlicher interner Thyristor gezündet und
macht den Kurzschluss zwischen Masse und VCC. Zünden kann jede
Eingangsspannung die kleiner als Masse und grösser als VCC ist.
Der Schutz besteht darin alle Eingänge so zu beschalten das dies nicht
passieren kann, auch nicht durch kurze Spitzen.

Diese unerwünschten Thyristoren sind wirklich unvermeidlich, etwa so wie
die Zwischenräume zwischen Buchstaben auf dem Papier oder Bildschirm.

Also Datenblatt und Applikationen zum verwendeten Prozessor kritisch auf
Absolut maximum ratings und Latch Up sowie ESD Schutz durchlesen und
auch befolgen.

Bye


Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
On Fri, 18 Jul 2003 12:23:06 GMT, snipped-for-privacy@drkoenig.de (RA Dr.M.Michael

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Latchup-Effekt. Beim ADC0804 gelöst, indem ich die analogen Eingänge mit
100 kOhm als Pulldown an GND legte. Besser: Z-Diode so schalten, daß sie
beim Überschreiten der maximal gewollten Eingangsspannung durchschaltet.
Noch besser: Netzwerk aus Schottky-Dioden vor allem bei schnellen
Störspitzen. App-Notes sollte es bei Crystal geben.

HTH, Holger


Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
Am Fri, 18 Jul 2003 12:52:52 GMT, meinte snipped-for-privacy@gmx.de (Holger Bruns):

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In der Doku zum 0804 steht etwas von einer Diode, die in
Durchlaßrichtung vom Analog-Eingang (6) zur Versorgungsspannung (20)
gelegt werden soll. Daran kann es hier aber nicht liegen, denn die
Eingangsspanung kommt von einem Poti, das zwischen der
Versorgungsgungsspannung und Masse liegt. Demzufolge bringt eine
solche Diode (testweise eingelötet) auch keine Abhilfe).

Beste Grüße

Dr. Michael König
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804

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Aloa!

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Wie bereits von anderen geschrieben, ein Latchup.

Neben einem Latchup über die Eingänge kann ich aus eigener Erfahrung auch
von Latchup über die Versorgung berichten. Dazu hat ein einfaches
Überschwingen der VCC genügt. Nur sind bei mir die DACs dabei gegrillt
worden.

Der ADC0804 hat als absolut maximale VCC 6.5V. Wenn die Versorgung nicht
hinreichend gefiltert ist, kann es beim Einschalten durchschlagen. Abhilfe:
neben einem geeigneten Blockkondensator auch noch einen kleinen Tantal oder
Elektrolyt nahe der Versorgung des ADC vorsehen. Der sollte Überschwingen
der Versorgung beim Einschalten vermeiden. Ebenfalls wichtig: wirklich kurze
Leitungen zwischen ADC und Blockkondensatoren. Ansonsten baut man sich mit
der Leitungsinduktivität einen (Über)schwingkreis.

Gibts einen Schaltplan oder gar ein Boardlayout zu bestaunen?

Grüße,

Andreas


--
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Dipl.Inform. Andreas Tönne * Prokurist
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
Am 18 Jul 2003 09:22:04 -0500, meinte "Andreas Tönne"

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Die hier wohl ausscheiden

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Den ersten 0804 hatte ich auch schon verloren ... :-(
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Daran (Filterung) kann es eigentlich nicht liegen. Gegenwärtig wird
die Sc haltung von einem "Labor"Netzteil versorgt, das noch nie (seit
mehr als 25 Jahren und auch nicht bei Digitalschaltungen) irgendwelche
Probleme gemacht hat.

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Mhm. Es scheint aber letztlich mit der Versorgungsspannung zu tun
haben.
Ich habe mal Schaltplan und Layout unter www.drkoenig.de/0804.zip
(geZIPtes .BMP, entZIPed ca. 7 MB) eingestellt.

Zur Erläuterung: Ich habe die Schaltung vor einigen Jahren entworfen
und auf einem Experimentalsteckboard ausprobiert. Da ich sie danach
doch nicht benötigte, lag sie bis heute herum; aufgrund plötzlichen
Bedarfs habe ich ein q&d-Layout gemacht (ist zweifellos nicht optimal
- dafür klein). Die Schaltung dient - kurz gesagt - dazu, die Stellung
von bis zu 8 externen Potis zzgl. jeweils einem Schalter in ein Laptop
einzulesen.
Ein paar erklärende Worte zur Spannungsversorgung:
Die Spannungsversorgung soll möglichst durch den Laptop erfolgen (IC2
und C2 habe ich nur vorsorglich für den Fall einer externen
Spannungsversorgung vorgesehen); dazu war damals (bei dem
Experimental-Aufbau) der MAX619 erforderlich, um aus den fast immer
auf high liegenden Pins 1, 14, 16 und 17 dauerhafte 5V herauszuholen.
Nunmehr ist dies aber nicht (mehr) erforderlich, denn auch ohne dieses
IC5, D1, D2, C4, C5 und C6 liegt an IC3, also Plus, eine Spannung von
ca. 4,5V an. Offensichtlich ist die Spannung der Pegel am parallen
Ausgang des Laptops so hoch, daß über die CMOS-internen Schutzdioden
genügend übrig bleibt, um auch den ADC0804 zu betreiben.
Also: Gegenwärtig ist weder der MAX619 nebst Peripherie noch der 78L05
nebst Peripherie montiert; es existiert allein C3 mit 1u. Während der
Testphase (in der die Probleme auftreten) habe ich zur Sicherheit (um
evtl. Unzulänglichkeiten und Fehler diesbezüglich zu vermeiden)
externe 5V an diesem Punkt (C3) zugeführt.

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Gegenwärtig läßt sich der "Kurzschuß" im ADC0804 durch kurzzeitigen
Kurzschluß an dem 5V-Anschluß reproduzieren - aber nur, wenn die
externen 5V anliegend. Fehlen diese und wird die Schaltung nur über
den Parallelport (und die internen Schutzdioden der CMOS) mit
Spannungs versorgt, bleibt ein kurzzeitiger Kurzschluß ohne Auswirkung
(zwar soll die Schaltung nur so betrieben werden; solange das Problem
mit dem "internen" Kurzschluß des 0804 aber nicht eindeutig geklärt
will, will ich da kein RIsiko eingehen). Beim einfachen Anlegen der
externen Versorgungsspannung tritt das Problem nicht auf. Eine
Zeitlang konnte ich den Fehler auch gelegentlich durch Anstecken der
Parallelportverbindung hervorrufen; dies ist mittlerweile (auch ohne
Schaltungsänderung) aber nicht mehr der Fall.
Testweise habe ich den 0804 mit einem Tantal 1u abgeblockt - ohne
Erfolg. 10u waren aber erfolgreich - das Problem trat zumindest beim
kurzzeitigen Kurzschluß nicht mehr auf. Allerdings genügt es auch,
einfach C3 von 1u auf 10u zu vergrößern; ein Tantal am 0804 ist also
nicht unbedingt erforderlich.
Damit - C3 auf 10u - könnte ich es bewenden lassen. Allerdings habe
ich vor, auf den MAX619 zu verzichten, da es ja auch so fusioniert.
Zwar hat die vergrößerung von C3 auf 10u augenscheinlich keinen
negativen EInfluß auf die Schaltung; auch die Spannung bleibt
unverändert. Dennoch habe ich ein ungutes Gefühl, die
Parallelport-Ausgänge mit 10u zu "belasten" ...

Beste Grüße

Dr. Michael König
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804

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Abhilfe:
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Eben drum. So ein Labornetzteil liefert beim Einschalten knackige
Pegelsprünge.

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Negativ. Unter der Url gibts nix.

....

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oder
kurze

Na dann überlegen wir uns, was ein solcher kurzeitiger Kurzschluss ist?
Genau! Eine Rechteckschwingung. Sobald der Kurzschluss aufgehoben wird,
gibts einen knackigen Überschwinger und hops ist das IC. Been there, done
that.  :-)

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Was neben parasitären Induktivitäten, Kapazitäten des Parallelports auch
schlicht daran liegen kann, dass die Spannungsversorgung über den
Parallelport 'weicher' ist. Weniger steiles Ansteigen der Versorgung
bedeutet geringeres Überschwingen.

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Das gleiche in grün gestreift. Parallelport einstecken, abrupter
Spannungsanstieg, Überschwingen.

...
Details nicht nochvollziehbar, da die Pläne fehlen.

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Warum?

Was du noch probieren kannst, ist eine kleine Drossel IN die +5 Versorgung
des ADC zu legen. Oder auch einfach nen kleiner Widerstand, wenn darunter
die ADC Referenz (intern, extern?) nicht leidet. Die Drossel oder Induktivät
begrenzt die Einschaltflanke und der Widerstand den Stromstoss.

Andreas

--

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Andreas Tönne @ home
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Re: Problem mit A/D-Wandler ADC0804
Am Sun, 20 Jul 2003 13:21:04 +0200, meinte

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Mag sein. Aber das Netztweil wurde während des Betriebs des ADC0804
nicht eingeschaltet; auch treten keine Probleme auf, wenn ich nur die
Versorgungsspannung an die Schaltung anlege.
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Hoppla. Mein Fehler. Tut mir leid. Jetzt müßte es aber gehen.
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Hops ist es nicht, es dauert schon einige Minuten ...
Das ist aber nur die reproduzierbare Störung. Ich kann mich weder
erinnern noch mir vorstellen, daß bei den aufgetretenen Störungen
jedesmal ein Kurzschluß vorgelegen hätte. Insofern habe ich ein
ungutes Gefühl, mich damit zufriedenzugeben ...

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Sicher, davon kann man wohl ausgehen.

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Nein, ich meinte natürlich, bei weiterhin anliegenden externen 5V.
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Naja, der Elko muß geladen werden, den Strom müssen die
ParPort-Ausgänge liefern, dafür sind sie nicht gemacht ....
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Da es mit dem größeren Elko (warum?) fusioniert (und auch bei
ParPort-Versorgung unbedenklich ist), ist die
Spannungsversorgungs-Ursache ja beseitigt. Und wie gesagt: Bei reinen
Anlegen der Versorgungsspanung ist noch nie ein Problem aufgetreten.

Beste Grüße

Dr. Michael König
--
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