Problem mit A/D-Wandler ADC0804

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

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    RA Dr. M. Michael König * Anwaltskanzlei Dr. König & Coll.
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RA Dr.M.Michael König
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snipped-for-privacy@drkoenig.de (RA Dr.M.Michael König) wrote in :

"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.

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Matthias Weingart

RA Dr.M.Michael König schrieb:

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

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Uwe Hercksen

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

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Holger Bruns

"RA Dr.M.Michael König" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@News.CIS.DFN.DE...

Aloa!

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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Andreas Tönne

Am Fri, 18 Jul 2003 12:52:52 GMT, meinte snipped-for-privacy@gmx.de (Holger Bruns):

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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RA Dr.M.Michael König

Am 18 Jul 2003 09:22:04 -0500, meinte "Andreas Tönne" :

Die hier wohl ausscheiden

Den ersten 0804 hatte ich auch schon verloren ... :-(

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.

Mhm. Es scheint aber letztlich mit der Versorgungsspannung zu tun haben. Ich habe mal Schaltplan und Layout unter

formatting link
(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.

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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RA Dr.M.Michael König

Am Fri, 18 Jul 2003 12:29:31 +0000 (UTC), meinte snipped-for-privacy@pentax.boerde.de (Matthias Weingart):

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

Siehe anderes posting (Antwort auf Andreas Tönne).

Beste Grüße

Dr. Michael König

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RA Dr.M.Michael König

"RA Dr.M.Michael König" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@News.CIS.DFN.DE...

Abhilfe:

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

Negativ. Unter der Url gibts nix.

....

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. :-)

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.

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

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

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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=?iso-8859-1?Q?Andreas_T=F6nne

In article , 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...

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         Georg Acher, acher@in.tum.de
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Georg Acher

Am Sun, 20 Jul 2003 13:21:04 +0200, meinte =?iso-8859-1?Q?Andreas_T=F6nne?= :

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.

Hoppla. Mein Fehler. Tut mir leid. Jetzt müßte es aber gehen.

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 ...

Sicher, davon kann man wohl ausgehen.

Nein, ich meinte natürlich, bei weiterhin anliegenden externen 5V.

Naja, der Elko muß geladen werden, den Strom müssen die ParPort-Ausgänge liefern, dafür sind sie nicht gemacht ....

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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RA Dr.M.Michael König

Am 20 Jul 2003 13:17:16 GMT, meinte snipped-for-privacy@in.tum.de (Georg Acher):

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

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RA Dr.M.Michael König

In article , 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, acher@in.tum.de
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Georg Acher

Am 21 Jul 2003 10:11:01 GMT, meinte snipped-for-privacy@in.tum.de (Georg Acher):

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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RA Dr.M.Michael König

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