Сгорает MCU при упралении LED Опции

[Sergey_N]

привет!

Нужна помощь по сабжу. Вкратце, сгорает контроллер при управлении светодиодом, катод которого напрямую подключен к пину. Ограничительный резистор выбран из расчета 10-15мА, при параметрах по даташиту output current source/sunk by any IO pin 25mA. Сгорание проявляется в КЗ между пином питания и пином земли.

Теперь подробнее. Есть stm32f373, нужно сделать опторазвязку для его бутлоадера через UART. Оптопара MOCD213M (http://www.farnell.com/datasheets/1725574.pdf) . Как только я подключаю диод к ноге и пытаюсь прошить контроллер, дивайс дохнет в момент ответа.

Вопросов 2:
1) Реально ли в подобных контроллерах управлять светодиодами напрямую, без буферов? 15мА на вход - не много ли? Раньше я работал с АВР и без проблем пропускал такой ток через внутренние цепи.
2) Может ли влиять на подобное поведение количество ног для питания и земли? В моем 48-ногом экземпляре для цифры всего одна нога для питания и одна нога для земли.

Заранее спасибо.
Сергей.

[=AK=]

Ограничительный резистор выбран из расчета 10-15мА,

Оптопара MOCD213M

Непонятно зачем вы гоните такой большой ток. Оптопаре вполне достаточно пары миллиампер, или даже меньше.

[aaarrr]

Как только я подключаю диод к ноге и пытаюсь прошить контроллер, дивайс дохнет в момент ответа.

Звучит несколько неправдоподобно. Обычно выходы достаточно длительное время способны выдержать даже прямое замыкание с землей или питанием. Для мгновенного уничтожения нужны более жесткие условия (например, подать напряжение больше VDD).

[stoker]

В моем 48-ногом экземпляре для цифры всего одна нога для питания и одна нога для земли.

там вроде должно быть 2 ноги питания.

[Plain]

При развязке нескольких киловольт импульсных помех сдвоенным однонаправленным неэкранированным оптроном всё в точности так и должно быть.

[kovigor]

При развязке нескольких киловольт импульсных помех сдвоенным однонаправленным неэкранированным оптроном всё в точности так и должно быть.

Импульсная помеха проходит через емкость оптрона ?

[Plain]

Легко. Далее защёлкивает кристалл и он характерно выгорает. Но здесь она вообще просто по плате может свободно ходить — оптрон-то, повторю, однонаправленный, а передача двунаправленная, так что, между первичкой и вторичкой всего доли миллиметра.

[Sergey_N]

Непонятно зачем вы гоните такой большой ток. Оптопаре вполне достаточно пары миллиампер, или даже меньше.

Там по все параметры приведены для 10мА, а мне жестко надо 115200, вот я и взял чуть больше.

Звучит несколько неправдоподобно. Обычно выходы достаточно длительное время способны выдержать даже прямое замыкание с землей или питанием. Для мгновенного уничтожения нужны более жесткие условия (например, подать напряжение больше VDD).

Я не говорил, что мгновенно. Я говорил в момент ответа, а сколько там импульсов проходит, я не знаю. И я не подаю питание, а замыкаю катод на землю

там вроде должно быть 2 ноги питания.

Для цифры - 2. Остальные ЦАП/АЦП

При развязке нескольких киловольт импульсных помех сдвоенным однонаправленным неэкранированным оптроном всё в точности так и должно быть.

Да все в тепличных условиях происходит

[aaarrr]

Я не говорил, что мгновенно. Я говорил в момент ответа, а сколько там импульсов проходит, я не знаю.

Это и есть мгновенно. Не мгновенно - это минуты.

И я не подаю питание, а замыкаю катод на землю

То был просто пример, как можно быстро угробить выход.

Не представляю, как можно светодиодом в тепличных условиях угробить процессор. Схему включения можете привести?

[Sergey_N]

Это и есть мгновенно. Не мгновенно - это минуты.


То был просто пример, как можно быстро угробить выход.

Не представляю, как можно светодиодом в тепличных условиях угробить процессор. Схему включения можете привести?

Вот и я раньше не представлял. Схема в аттаче

Сообщение отредактировал Sergey_N - Apr 27 2015, 20:02

Эскизы прикрепленных изображений

 

[aaarrr]

Вот и я раньше не представлял. Схема в аттаче

VDA и VDD из одного источника, или из разных?

Во время прошивки к процессору ничего больше не подключено?

[zombi]

Оптрон рабочий? меняли?

[Sergey_N]

VDA и VDD из одного источника, или из разных?

Во время прошивки к процессору ничего больше не подключено?

Разные, на VDA стоит REF196GS. Больше ничего не подключено - первое, что было сделано - собрана плата без лишних компонентов.

Оптрон рабочий? меняли?

Собирал несколько экземпляров плат с минимальным количеством компонентов. Везде одни симптомы.

Вопрос, на самом деле, стоит в том, стоит ли переделать схему и вставить буфер или это какая-то глобальная ошибка, которая всплывет еще где-нибудь?

Сообщение отредактировал Sergey_N - Apr 27 2015, 20:37

[aaarrr]

Вопрос, на самом деле, стоит в том, стоит ли переделать схему и вставить буфер или это какая-то глобальная ошибка, которая всплывет еще где-нибудь?

Надо причину найти, а её пока что-то не видно.

Без процессора работу оптронов и драйвера смотрели?

[gerber]

Смотрите питание процессора в момент начала передачи. Возможно, при увеличении нагрузки стабилизатор питания ведет себя некорректно, и он может допустить выбросы высокого напряжения по выходу. Особенно это может случиться, если в цепи обратной связи стабилизатора по ошибке поставлена какая-нибудь "сглаживающая" емкость.

[Sergey_N]

Надо причину найти, а её пока что-то не видно.

Без процессора работу оптронов и драйвера смотрели?

Собирал на коленке оптрон + пара переменных резисторов - работает.

Забыл добавить, что при резисторах как указано на схеме (360 Ом), токи по расчету порядка (3.3 - 1.25) / 260 ~= 5 мА и все в принципе работает, но на низких скоростях, т.к. фронты оказались далеки от паспортных 1.6мкс, я еле завел на 4800бод. А мой первый экземпляр сгорел, когда я снизил сопротивление до ~100 Ом.

Смотрите питание процессора в момент начала передачи. Возможно, при увеличении нагрузки стабилизатор питания ведет себя некорректно, и он может допустить выбросы высокого напряжения по выходу. Особенно это может случиться, если в цепи обратной связи стабилизатора по ошибке поставлена какая-нибудь "сглаживающая" емкость.

Да я не использую регулируемые стабилизаторы.

Вот еще какой момент. В даташите на оптрон многие данные приведены для Vce = 10V. Значит ли это, что характеристики оптрона будут значительно хуже при 3.3В или 5В при тех же токах?

[zombi]

применить ISO722x или подобное не?
ISO722x Dual Channel Digital Isolators

[Plain]

всё в тепличных условиях происходит

Вообще-то, необходимость гальванической развязки всегда была прямо противоположным, т.е. суровым условием.

С одной стороны виднеются некие +15 В с неизвестным потенциалом относительно пресловутых коленок, ну или пола лаборатории, с другой — последовательный порт некоего хоста со вторым неизвестным потенциалом относительно того же пола. И между этими потенциалами — доли миллиметра задохликов оптронов и намотанного внавал трансформатора преобразователя напряжения, предназначенного для местных задач. Ко всему этому ещё добавляется неизвестная, а потому считаемая по худшему случаю, т.е. "нитками" и т.п. нарушениями всех мыслимых правил, разводка.

[prototype]

Вообще, оптроны общего применения вроде примененного вами МОС213 по определению медленные и плохо подходят для таких вещей как развязка на 115200. Лучше использовать либо более быстрые оптроны, причем желательно с логическим выходом, так как простой фототранзистор с открытым коллектором уродует нарастающий фронт до полной непригодности для чего либо выше буквально 5 КГц. Мы когда-то для таких целей использовали Н11L1. У него внутри есть буфер, поэтому хотя у него тоже ОК, но при рекомендованном сопротивлении нагрузки порядка 300 Ом на скорости 115200 работает он вполне прилично. Плюс параллельно светодиоду в оптроне ставили резистор 1,5...2 КОм - это существенно улучшает (уменьшает) задержку выключения оптрона. Хороший выбор - использование Аваговских (ех-НР, ех-Аджилент) быстрых оптронов, но больно у них ценник негуманный. Тогда уж наверно действительно дешевле будет специализированные логические развязки: IL7**, ADuM1***, Si8*** или тексасовские (не помню так влет их наименование). Только если по внешнему входу могут быть большие статические помехи лучше подстраховаться и нормально защитить. У нас когда-то при грозах в Сибири улетали ADuM2483 (485-й интерфейс с интегрированной развязкой), вылечили использованием по внешним линиям SMBJ5V6. Более дохлые ESDA6V1 умирали вместе с интерфейсом.
Упссс... не заметил сразу, что коллега выше привел обозначение тексасовских развязок...

[adnega]

По схеме не понял - напряжение питание МК прямо от блока питания подается? Или есть локальный LDO?

[halfdoom]

Скорее всего, где то косяк с разводкой земли, питания или блокировочных емкостей. Когда вы управляете относительно мощной нагрузкой, всплески напряжения защелкивают кристалл и он сгорает. А сам по себе STM32F107 прекрасно управляет полутора десятком оптронов при токе 7-10мА.

[Sergey_N]

применить ISO722x или подобное не?
ISO722x Dual Channel Digital Isolators

Удобная штука, спасибо за наводку.

Вообще, оптроны общего применения вроде примененного вами МОС213 по определению медленные и плохо подходят для таких вещей как развязка на 115200. Лучше использовать либо более быстрые оптроны, причем желательно с логическим выходом, так как простой фототранзистор с открытым коллектором уродует нарастающий фронт до полной непригодности для чего либо выше буквально 5 КГц. Мы когда-то для таких целей использовали Н11L1. У него внутри есть буфер, поэтому хотя у него тоже ОК, но при рекомендованном сопротивлении нагрузки порядка 300 Ом на скорости 115200 работает он вполне прилично. Плюс параллельно светодиоду в оптроне ставили резистор 1,5...2 КОм - это существенно улучшает (уменьшает) задержку выключения оптрона. Хороший выбор - использование Аваговских (ех-НР, ех-Аджилент) быстрых оптронов, но больно у них ценник негуманный. Тогда уж наверно действительно дешевле будет специализированные логические развязки: IL7**, ADuM1***, Si8*** или тексасовские (не помню так влет их наименование). Только если по внешнему входу могут быть большие статические помехи лучше подстраховаться и нормально защитить. У нас когда-то при грозах в Сибири улетали ADuM2483 (485-й интерфейс с интегрированной развязкой), вылечили использованием по внешним линиям SMBJ5V6. Более дохлые ESDA6V1 умирали вместе с интерфейсом.
Упссс... не заметил сразу, что коллега выше привел обозначение тексасовских развязок...

Раньше использовали 4n35 на скоростях до 36600, но вот захотелось компактности и скорости повыше. Сейчас думаю, что неправльно выбрал

По схеме не понял - напряжение питание МК прямо от блока питания подается? Или есть локальный LDO?

Есть MC33269.

Скорее всего, где то косяк с разводкой земли, питания или блокировочных емкостей. Когда вы управляете относительно мощной нагрузкой, всплески напряжения защелкивают кристалл и он сгорает. А сам по себе STM32F107 прекрасно управляет полутора десятком оптронов при токе 7-10мА.

Меня тоже терзают подобные сомнения. Но как это подтвердить?

[halfdoom]

Меня тоже терзают подобные сомнения. Но как это подтвердить?

Внимательно изучить плату в плане разводки питания. Или запостите послойно сюда.

[=AK=]

Там по все параметры приведены для 10мА, а мне жестко надо 115200, вот я и взял чуть больше.

Если вы заботитесь о скорости, то тем более надо ток светодиода уменьшать. Нельзя загонять фототранзистор в глубокое насыщение, этим вы гробите скорость.

Соответственно, оптрон надо выбирать с жестко заданным узким диапазоном разброса значений CTR. А выбранный вами в этом плане очень плох.

[Sergey_N]

Внимательно изучить плату в плане разводки питания. Или запостите послойно сюда.

Вот гербер и diptrace. Питание процессора в районе С17. Оптопары U8/U9. Линейный стабилизатор снизу U5. Питание аналоговых цепей U3 сверху.

Буду благодарен за любые отзывы, даже матные.

Если вы заботитесь о скорости, то тем более надо ток светодиода уменьшать. Нельзя загонять фототранзистор в глубокое насыщение, этим вы гробите скорость.

Соответственно, оптрон надо выбирать с жестко заданным узким диапазоном разброса значений CTR. А выбранный вами в этом плане очень плох.

Да, сейчас я посчитал, что суммарное время включения выключения у него порядка 10мкс. Для 115200 это много, но на 33600 должен нормально работать. А мне на в первом варианте с токами (правда по расчетам, я не измерял реальные токи) порядка 7мА с трудом получил ответ на 4800.

Прикрепленные файлы

 gerber.zip ( 46.22 килобайт ) Кол-во скачиваний: 20
 v0.dip.zip ( 65.61 килобайт ) Кол-во скачиваний: 14

 

[desh]

Установите конденсатор емкостью ~ 4700 пФ между выводами GNDA и GNDRS преобразователя U4.
У многих преобразователей там образуется разность потенциалов довольно неприятной формы и амплитуды.
Не утверждаю, что это поможет конкретно в вашей беде, но в дальнейшем устройство будет работать значительно стабильнее.

[halfdoom]

Да, выглядит не очень. Из того, что сразу бросилось в глаза: на выходе MC33269 прилеплена керамика 100нф, там она лишняя. Вместо С14 должен стоять С13, но даже в этом случае, "земляной" вывод С14 практически висит в воздухе. Дорожка цепи VDD должна быть шире при такой длине. Разводка земли вообще не выдерживает никакой критики - от С1/У5 до процессора она идет огромной петлей обходя J8/J9 и потом, через единственное переходное отверстие попадает к процессору. Плату нужно переразводить (предварительно почитав книжки), но если есть лишние процессоры, то можно попробовать поменять С14 и С13 местами, соединить отрицательные выводы С1/С14 и С1/С13 короткими отрезками монтажного провода, продублировать VDD от У5 до процессора отрезком провода и добавить переходов рядом с С17.

[Sergey-Ufa]

Совместно с AVR на 115200 постоянно использую оптроны 6N137 для RS485 на прием и передачу. Ток светодиода 10 ма, работа на длинную линию через ADM485 или подобный. Никаких проблем никогда не было.

[khach]

Какой контроллер применен? Ноги последовательного интерфейса 37х имеют Fast Mode Plus режим, может там с толерантностью к уровню питания чего то не то? VDD это сколько вольт в реале?

[psL]

Как на счет такого эксперимента: берете плату со сгоревшим контроллером, выпаиваете его и замыкаете цепь TX, DE на землю, можно миллиамперметром.
Диптрейса нет, но еще заметил, что входной оптрон подключен к GNDD, а блокировочные конденсаторы - к символу "земля". При этом на гербере не видно, что некоторые полигоны объединяются явно (нет переходных). У вас случайно земля не объединяется через кристалл? Попробуйте явно объединить все земляные полигоны проводом.

[Sergey_N]

Да, выглядит не очень. Из того, что сразу бросилось в глаза: на выходе MC33269 прилеплена керамика 100нф, там она лишняя. Вместо С14 должен стоять С13, но даже в этом случае, "земляной" вывод С14 практически висит в воздухе.

Разве банка не должна быть ближе к источнику? Тут, честно говоря, не теория сработала, а попугайство, когда на выходах кренок в институтских проектах всегда ставили электролиты. Ну и вторую керамику поставил поближе к самому жирному потребителю, хотя, наверное, достаточно было бы керамики на 0.1мкФ. С землей я посчитал достаточным, что в U5 4 выхода соединены в корпусе микросхемы и таким образом там нет петли.

Дорожка цепи VDD должна быть шире при такой длине.

По расчетам в онлайн калькуляторах при толщине фольги 18мкм и токе 300мА (большой запас) достаточная ширина дорожки 5mil, здесь 20. Думаете мало?

Разводка земли вообще не выдерживает никакой критики - от С1/У5 до процессора она идет огромной петлей обходя J8/J9 и потом, через единственное переходное отверстие попадает к процессору. Плату нужно переразводить (предварительно почитав книжки), но если есть лишние процессоры, то можно попробовать поменять С14 и С13 местами, соединить отрицательные выводы С1/С14 и С1/С13 короткими отрезками монтажного провода, продублировать VDD от У5 до процессора отрезком провода и добавить переходов рядом с С17.

А как такая петля может так влиять на функциональность данной конкретной схемы? В худшем случае должно быть падение напряжения на каком-то участке, вплоть до сброса процессора. Но вот чтобы сгорать....

Совместно с AVR на 115200 постоянно использую оптроны 6N137 для RS485 на прием и передачу. Ток светодиода 10 ма, работа на длинную линию через ADM485 или подобный. Никаких проблем никогда не было.

Да, видимо при выборе надо ориентироваться на времена переключения порядка десятков наносекунд. Но надо ли еще на какой-нибудь параметр смотреть? Минимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер?

Какой контроллер применен? Ноги последовательного интерфейса 37х имеют Fast Mode Plus режим, может там с толерантностью к уровню питания чего то не то? VDD это сколько вольт в реале?

Четко 3.3В

Как на счет такого эксперимента: берете плату со сгоревшим контроллером, выпаиваете его и замыкаете цепь TX, DE на землю, можно миллиамперметром.
Диптрейса нет, но еще заметил, что входной оптрон подключен к GNDD, а блокировочные конденсаторы - к символу "земля". При этом на гербере не видно, что некоторые полигоны объединяются явно (нет переходных). У вас случайно земля не объединяется через кристалл? Попробуйте явно объединить все земляные полигоны проводом.

Да, тут есть 3 земли: изолированная для RS232, цифровая и аналоговая (она же входная). Цифровая и аналоговая соединены в одной точке R16. А связь отдельных полигонов продублирована переходными отверстиями. Полигоны прозвонил, связь есть, да и диптрейс показывает, когда нет контакта.

[Plain]

С такой разводкой без шансов — общий провод отсутствует, как понятие. Буквально. Не то, что книжки не читаны, а даже газеты. Вообще ничего не должно работать. Никогда. Даже на коленках.

Разводка практически любых цифровых схем на ДПП всегда фактически односторонняя, потому что один слой целиком отдан общему проводу — попросту таковы законы природы. А если сказать им "нет", то будут такие вот темы, как эта — уже на три страницы, а толку ноль. И подобных ей хождений по граблям, даже на данном только форуме,— тысячи.

[Sergey_N]

С такой разводкой без шансов — общий провод отсутствует, как понятие. Буквально. Не то, что книжки не читаны, а даже газеты. Вообще ничего не должно работать. Никогда. Даже на коленках.

Разводка практически любых цифровых схем на ДПП всегда фактически односторонняя, потому что один слой целиком отдан общему проводу — попросту таковы законы природы. А если сказать им "нет", то будут такие вот темы, как эта — уже на три страницы, а толку ноль. И подобных ей хождений по граблям, даже на данном только форуме,— тысячи.

Интересно, что вы уже второй утруждаете, что земля отсутствует. Видимо, я что-то упускаю. Земля, конечно, есть и плата даже работает, но очень небольших скоростях.

[halfdoom]

Разве банка не должна быть ближе к источнику?

В документации на стабилизатор все расписано.

С землей я посчитал достаточным, что в U5 4 выхода соединены в корпусе микросхемы и таким образом там нет петли.

Закладываться на это крайне не рекомендуется.

По расчетам в онлайн калькуляторах при толщине фольги 18мкм и токе 300мА (большой запас) достаточная ширина дорожки 5mil, здесь 20. Думаете мало?
А как такая петля может так влиять на функциональность данной конкретной схемы? В худшем случае должно быть падение напряжения на каком-то участке, вплоть до сброса процессора. Но вот чтобы сгорать....

В обоих случаях смотрите на индуктивность дорожек и образуемого ими с конденсаторами колебательного контура.

[ar__systems]

Установите конденсатор емкостью ~ 4700 пФ между выводами GNDA и GNDRS преобразователя U4.
У многих преобразователей там образуется разность потенциалов довольно неприятной формы и амплитуды.
Не утверждаю, что это поможет конкретно в вашей беде, но в дальнейшем устройство будет работать значительно стабильнее.

Это что-то новенькое. Если есть разность потенциалов, то есть гальваническая связь между первичкой и вторичкой, что как бы странно для двух изолированных цепей.


Разводка плохая. Земля очень странная, даже трудно разобраться что там где к ней подключено и как по ней текут токи. Два слоя земли, но они нигде друг с другом не сшиты. По мне так лучше делать всю землю только в одном слое, тогда оставив включенным только этот слой сразу видны все проблемы с ее разводкой и где по ней течет ток. Расчитывать на внутреннюю связь ног в чипе не стоит.

[Alekseeey]

Нужна помощь по сабжу. Вкратце, сгорает контроллер при управлении светодиодом, катод которого напрямую подключен к пину. Ограничительный резистор выбран из расчета 10-15мА, при параметрах по даташиту output current source/sunk by any IO pin 25mA. Сгорание проявляется в КЗ между пином питания и пином земли.

Я бы не подключал напрямую к пинам.
Я бы подключал катоды диодов к ножкам микроконтроллера через ограничительные резисторы, а аноды диодов - напрямую к питанию.

[Ruslan1]

Это что-то новенькое. Если есть разность потенциалов, то есть гальваническая связь между первичкой и вторичкой, что как бы странно для двух изолированных цепей.

Ничего новенького, это есть, например, в рекомендациях TRACO, страницы 30,31
Но цель этих конденсаторов- борьба с EMC.

[psL]

Полигоны прозвонил, связь есть, да и диптрейс показывает, когда нет контакта.

если кристалл установлен, земля при отсутствии непосредственного контакта между полигонами на плате может звонится через него.