80uA anstatt 24uA Stromverbrauch - Wie debugged man sowas?

Ich würde die MCU im Resetzustand halten und dann den Strom messen.
Üblicherweise schalten sich dann alle Portpins der MCU hochohmig und der 
Takt wird ausgeschaltet. Es kann nämlich beim Einfügen des Strommessers 
die Spannungsversorgung der MCU Probleme bereiten und diese dadurch mehr 
Strom aufnehmen. Daher der Dauerreset beim Messen.

Sind in der Spannungsversorgung Elkos oder Tantals verbaut? Diese können 
einen hohen Leckstrom ziehen, speziell wenn sie falsch gepolt sind oder 
die Spannung zu niedrig gewählt wurde.

Man misst zunächst OHNE die MCU. Dann Messreihe Pin für Pin high bzw 
low, wie es halt die MCU machen würde - Auffälligkeiten?

Klaus.

Keks F. schrieb:
> -Vorschläge? Wonach könnte ich selber auf Suche gehen?

Ultra low power

Fehlersuche

Klaus R. schrieb:
> Man misst zunächst OHNE die MCU. Dann Messreihe Pin für Pin high
> bzw low, wie es halt die MCU machen würde - Auffälligkeiten?
> Klaus.

Wird schwierig wenn die MCU eingelötet ist. Daher der Dauerreset.

Auslöten geht nicht? Warum? 😅

Klaus.

Die Schaltung besteht aus einem Hochpass-Filter mit Spannungsteiler als 
Bias (2x1MOhm), LEDs, Taster über internen Pullup und einen Poti deren 
Stromversorgung ausschließlich über die Pins des MCU geht (und im 
Messaufbau abgeschaltet ist).
Für einen Sender, der noch nicht angeschlossen ist, sind 3 100uF 1210 
Keramikkondensatoren schon verbaut.
Es sind diese hier:
https://www.reichelt.de/vielschicht-kerko-100-f-10v-85-c-kem-x5r1210-100u-p207184.html
Laut Datenblatt haben die eine IR von 1MOhm jeweils. Damit käme ich auf 
10uA insgesamt*.
MCU wird bestromt und gefiltert von einem 100nF und 10nf Kerko, 0805.

Der Spannungsteiler selber würde maximal genauso viel Strom ziehen wie 
einer der Kondensatoren, dann wäre ich bei 13uA.

Bei der Aufzählung fällt mir gerade auf, 24uA sind der durchschnittliche 
Gesamtverbrauch auf dem Papier von Standby + Betrieb.

Der Verbrauch im Standby müsste also viel weniger sein eigentlich (Was 
übersehe ich?)

*Betrieben wird die Schaltung momentan mit 3.3V.

Klaus R. schrieb:
> Auslöten geht nicht? Warum? 😅
>
> Klaus.

Wird notfalls noch gemacht, ist aber etwas doof, weil ich schon 
hitzeempfindliche Komponenten draufhabe, die auch erstmal ab müssen.
Da ich die Platine eh zweimal brauche, wollte ich jetzt schrittweise Nr. 
2 bestücken und nach jedem Bauteil nochmal messen.

Also ich erwarte auch keine direkte Lösung von euch, ich will das auch 
irgendwo als Herausforderung und es ist ein Reiz, aber ich denke darüber 
jetzt 1 Woche nach und will einfach nur den "Tipp-Knopf" im 
Adventurespiel drücken damit ich den kleinstmöglichen Schritt weiter 
komme und selber raten darf. Ergibt das Sinn oder bin ich doof?

Falk B. schrieb:
> Keks F. schrieb:
>> -Vorschläge? Wonach könnte ich selber auf Suche gehen?
>
> Ultra low power
>
> Fehlersuche

Oh, vielen Dank!

Häufig finde ich hier im Wiki nichts selber. Viele Artikel sind extrem 
gut, viele sind aber auch 10 Jahre alt mit kaputten Links.

MaWin schrieb:
> Keks F. schrieb:
>> Habe ein Uralt-Multimeter
>> (Model "M3900"), womit ich auch im anderen Aufbau die 100nA gemessen
>> habe
>
> Kann ich mir kaum vorstellen.
> Für solch geringe Ströme braucht man spezielles Messequipment.

Dachte ich auch, war bei meiner passenden Messung daher skeptisch genug 
das Equipment hier zu erwähnen.

Läuft das Programm der MCU einwandfrei, wenn das Multimeter, zwecks 
Strommessung, in die Versorgungsleitung eingefügt ist?

Gerald K. schrieb:
> Läuft das Programm der MCU einwandfrei, wenn das Multimeter, zwecks
> Strommessung, in die Versorgungsleitung eingefügt ist?

Ja!
Sowohl das eigentliche, als auch das Standby bzw. Powerdown 
Testprogramm.
War bei ersterem überrascht, weil ich das ohne Testen zu können in einem 
Ruck durchgeschrieben habe (sind 1k Zeilen bzw. 8KB Flash).
Ich nehme an du meinst das in Bezug auf die Anmerkung im "Ultra low 
power"-Artikel:

"Zur Kontrolle des Stromverbrauchs ist es manchmal schwierig direkt den 
Strom zu messen. Der Innenwiderstand gängiger Multimeter kann bei 
kleinen Strommessbereichen so hoch werden, dass die Schaltung 
Fehlfunktionen zeigt. Dies gilt insbesondere für die kritischen 
Einschaltmomente."

Ich habe eher das Problem, dass die Schaltung noch eine Zeit läuft, und 
ich dann den USB-TTL-Adapter mit angesteckter Schaltung rausziehen muss, 
damit die großen Kerkos über den Adapter leergezogen werden.

Nochmal an MaWin:
Was brauche ich da bzw. wo geht das preislich los? Das ist ja im Prinzip 
dann für mich ziemlich doof, weil es einmal einfach schon wie gewünscht 
funktionieren kann jetzt und ich finde das nicht heraus, gleichzeitig 
kann ich aber einem Messergebnis nach meiner Vorstellung gar nicht 
trauen und sitze dann entweder nach einem Jahr (Ja gut, länger, weil ich 
das Gerät selber Ein und Ausschalte) mit leerer Zelle da und freue mich, 
oder ich ärgere mich Wochen oder Monate später.
Und was sind die Probleme, die so ein Messgerät bei sowas hat?

MaWin schrieb:
> Der µCurrent ist ganz gut:
> https://www.eevblog.com/projects/ucurrent/

Ah, esse gerade, kommt gut als Lektüre, da wird ja einiges erklärt. 
Danke!

Keks F. schrieb:
> Zwischenfrage: "Ist das so wichtig?"
> Ja, die Batterielaufzeit ist so auf ein Drittel runter. Betrieben wird
> die Platine am Ende von einer Knopfzelle. Laufzeit wäre damit von einem
> Jahr auf 4 Monate runter.

Für die Laufzeit muss auch beachtet werden, dass mit zunehmender 
Entladung der Knopfzelle deren Impedanz steigt und dadurch deren 
Kapazität nicht vollständig ausgeschöpft werden kann.

MaWin schrieb:
> Der µCurrent ist ganz gut:
> https://www.eevblog.com/projects/ucurrent/

Okay, da wird von zwei Problemen gesprochen:

1) Aufgrund des hohen Innenwiderstandes des Multimeters sinkt die 
Versorgungsspannung. Da sehe ich erstmal kein Problem, weil die 
Schaltungen bei mir noch ordnungsgemäß funktionieren.

2) Es wird von geringer Genauigkeit gesprochen. Es wird von 1,5% 
gesprochen als Beispiel. Das ist für meine Verhältnisse sehr wenig. Gut, 
ich habe natürlich ein Rammschteil, aber ich käme hier auf 200% daneben. 
Habe ich da etwas falsch verstanden?

Mir wäre das jetzt egal, ob ich statt 24uA (sagen wir jetzt mal) noch 
40uA messen würde. Dann kann ich mir denken "Okay, Messmethode, ist halt 
so".

Nimm Dir 12 Volt und 1MOhm und wenn Du 12 uA misst, ist dein Messgerät 
in Ordnung :-)

Keks F. schrieb:
> Da ich die Platine eh zweimal brauche, wollte ich jetzt schrittweise Nr.
> 2 bestücken und nach jedem Bauteil nochmal messen.

Das hat mich jetzt nicht losgelassen also wollte ich noch "mal schnell" 
die zweite Platine bestücken.

Hatte noch nie so viel Misserfolg gehabt. Ist jetzt QFN Nr.4, den ich 
verbaue. Die ersten drei waren gut gelaufen, einmal musste ich etwas 
nachlöten per Hand, weil der Anpressdruck nicht eben war (das fiel mir 
gar nicht auf, leider biegt sich die Silikonmatte nach oben und hebt die 
Platine an, eigentlich bräuchte ich einen Halter...), aber ansonsten 
top.

Jetzt ging gar nichts. Obwohl die Pins verlötet waren (mit Mikroskop 
überprüft), rückte beim Löten mit Heißluft der Chip nicht in Position 
und verschob sich auch dauerhaft beim leichten Antippen. War sehr 
komisch.
Dann wollte ich nochmal die Pins nacharbeiten mit dem Kolben, da reißt 
es mir ein NC-Pad ab und es schiebt sich in die Innenkante MCU/Platine 
und verbindet sich mit dem Nachbarpad...
Schnauze voll, MCU abmontiert. Und ja, obwohl er nicht "klebte" sage ich 
jetzt mal, alle Pads waren mit Lötzinn kugelig benetzt.

Vielleicht kann mir jemand weiterhelfen in der Richtung.
Beim Vorverzinnen der Pads habe ich nicht den Eindruck, dass diese sich 
richtig schön bauschig aufstellen, also nicht so viel Zinn aufnehmen. 
Ich kenne das von Videos häufig, dass beim Andrücken von den 
Außenpins(!) so viel Lötzinn vorhanden ist, dass die sich sehr sehr nahe 
kommen. (Was natürlich auch nicht gut ist.) Das habe ich gar nicht. Ich 
merke da ist etwas Zinn drauf, fertig.
Und leider habe ich nach der Heißluftmontage recht eingefallene 
Innenkanten, also die Verbindung ist da, aber da ist nicht so viel Zinn. 
Das macht dann auch die Begutachtung schwierig, weil das Licht da so 
geschluckt wird.

Ich nehme 99,3% Zinn 0,7% Kupfer mit Flussmittelseele (Oh Gott, ich 
merke gerade, das habe ich um Weihnachten herum zur Not von Obi 
gekauft...), als Flussmittel nehme ich Flutschi. Nicht zu wenig, nicht 
zu viel. Auf Verdacht, dass es jetzt z.B. zu wenig war, gab ich etwas 
mehr hinzu, und es hat beim Auftrag keinen Unterschied gemacht.
Gelötet wird bei 350°C, bei weniger fließt das Zinn nicht gut genug und 
es fängt an zu brücken, bei mehr lösen sich sofort die nicht verbundenen 
Pads ab und der Lötstopplack gibt nach.

Mit Blei möchte ich ungerne löten (es muss doch auch ohne gehen), meine 
Tendenz geht auf Dauer eher dazu, dass ich mir mit Heizelement selber 
eine Heizplatte zum Löten baue und das dann mit Paste mache (TS391SNL 
ist schon bestellt, leider kriegt es Mouser nicht hin mir das 
Exportformular zu schicken, die haben interne Schwierigkeiten...).

Ich hoffe das Zinn ist einfach absoluter Schrott.

Das frustriert mich jetzt total, weil ich das bis jetzt super raushatte, 
dachte ich, und jetzt ging das nicht. Gut, ist spät, und man wollte es 
"mal schnell" machen.

Ergo70 schrieb:
> Wir haben die hier zur Messung des Stroms:
> https://www.qoitech.com/otii/

800$ sprengen mein Geiz-Ist-Geil-Hobbyisten Budget.
Also bin Fan guten Werkzeuges, aber ich unterhalte mehrere komische 
Hobbies, die Equipment brauchen. 800$/€ wäre schonmal eine richtig gute 
gebrauchte Kreissäge mit Schiebeschlitten. :) Oder eine halbe 31cm 
Abrichte mit Spiralmesserwelle.

Da gefällt mir, wenn ich das tatsächlich brauchen sollte, der Selbstbau, 
den MaWin vorgeschlagen hat, sehr.

wombles schrieb:
> Dieser Bleifreiwahn war, wenn man die Ausfälle hochrechnet
> auch keinesfalls "nachhaltig".
> Allenfalls "hinterhaltig".

Also auch wenn ich im Forum und in der Thematik relativ neu bin, weiß 
ich doch eines.
Wenige Sachen werden hier mit härteren Fronten ausgetragen als "Ich 
denke, Lötzinn ohne Blei ist scheiße" und "Ich denke, wer das nicht ohne 
kann, hat einfach keine Ahnung".

Ich habe mich einfach nicht-wertend für die Fraktion "bleifrei" 
entschieden und möchte von dieser Lötzinngruppe, wenn überhaupt nötig, 
eine bessere Option haben als meine bisherige, wenn es denn daran liegt.

MaWin schrieb:
> Für solch geringe Ströme braucht man spezielles Messequipment.

Eine Messung von 20-100µA allein sollte wohl kaum das Problem sein. Sehr 
genau muss es hier nicht sein. Sogar mein olles Analogmultimeter hat 
einen Messbereich von 50µA/100mV.

Aber der Spannungsabfall bei den auftretenden Spitzenströmen stört. Wie 
wärs da mit einer Schottky-Diode parallel zum Messgerät, um den 
Spannungsverlust zu kappen? Oder ganz banal ein Schalter, um das 
Messgerät zu überbrücken, bis der stabile Zustand erreicht ist?

Das stelle ich mir als ad hoc Lösung billiger vor, als ein teures 
Spezialinstrument. Also vorausgesetzt, der zu messende Betriebsstrom 
wird von den Kondensatoren ausreichend gemittelt.

Mit Schaltplan in Prosa kommt man da nicht weiter.
Und wenigstens den unbekannten MC sollte man nennen.

Ich habe noch einen Vorschlag, wie Du den Energieverbrauch anders messen 
kannst. Nimm einen guten und ordentlich dimensionierten Elko (evtl. im 
niedrigen mF-Bereich) und lade ihn auf ca. 3,5 V vor. Dann verwende ihn 
als Versorgungsspannung und miss den Spannungsabfall (evtl. mit Oszi / 
DMM, was eben vorhanden ist). Warte, bis die Spannung auf 3,3 oder 3,2 V 
abgefallen bist. Daraus kannst du dann die Stromaufnahme abschätzen. 
Verändert deine Schaltung nicht, und wenn der Elko richtig dimensioniert 
ist, kommst Du mit billigen Mitteln auf einen recht präzisen Wert.
Du solltest nur den Spannungsabfall am Elko nicht zu hoch wählen, denn 
die Stromaufnahme am µC ist spannungsabhängig.

Mario M. schrieb:
> Ich habe noch einen Vorschlag, wie Du den Energieverbrauch anders messen
> kannst. Nimm einen guten und ordentlich dimensionierten Elko

Sinnvoller Vorschlag, wenn die passenden Meßmittel fehlen, allerdings 
nimmt man keinen beliebigen Elko im mF Bereich, weil dann die Auflösung 
schlecht wird sondern 1-10uF ...

Hier das Prinzip als Nano Current Project:
http://www.technoblogy.com/show?2S67

Apollo M. schrieb:
> Sinnvoller Vorschlag, wenn die passenden Meßmittel fehlen, allerdings
> nimmt man keinen beliebigen Elko im mF Bereich, weil dann die Auflösung
> schlecht wird sondern 1-10uF ...

Das kann gut sein, ich hatte das nur aus einem eigenen Projekt im Kopf, 
aber da lief der µC samt Sensor auch zwischendrin immer wieder 
regelmäßig. Er muss es eben richtig dimensionieren. Und vor allem einen 
Kondensator wählen, der einen Leckstrom weit unter dem Tiefschlafstrom 
hat.

Wenn es auf dem Steckbrett ok war und auf der Platine nicht mehr, dann 
muss es da ja einen Unterschied geben. Also Fehler im Layout oder doch 
eine Klitzekleine Änderung.
Oder doch eine Brücke zwischen irgendwelchen Pins.

Man kann sich für kleines Geld schnell mal einen Transimpedanzverstärker 
aufbauen. Z.B der bekannte OP177 hat typisch 1nA Biasstrom, d.h. 100nA 
lassen sich bequem messen.

Ich nehme zum selber Löten nur Bleilot. Man sieht dann viel besser, ob 
die Lötstellen einwandfrei, d.h. glänzend und schön benetzt sind. 
Abkühlungsrisse sind gut zu erkennen. Auch hat man damit viel weniger 
Verschmutzungen auf der Platine, das Flußmittel im Lot ist völlig 
ausreichend.

Am Anfang der bleifreien Fertigung hatten wir hohe Ausfälle durch 
Whisker. Das Problem damit ist, daß die erst beim Kunden niederohmig 
werden und einen kostspieligen Rückruf erfordern. Bleifrei überlasse ich 
daher den Profis in der Serienfertigung.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Alle Pins müssen einen eindeutigen Logikpegel (HIGH oder LOW) haben, was
> bei offenen Eingängen nicht sicher ist. Hast du offene Eingänge?

Nein. Ich habe ausprobiert alle Pins auf Output-Low zu setzen, oder nur 
die nicht belegten (da dann mit internem Pullup). Es gibt dadurch einen 
anderen Verbrauch, entweder gleich oder höher.

Keks F. schrieb:
> Es gibt dadurch einen anderen Verbrauch, entweder gleich oder höher.

War das eine Frage?

Offene CMOS-Eingänge benötigen, wenn sie nicht Low- oder High-Pegel 
besitzen mehr Strom. Der Grund ist, das N-Kanal und P-Kanal FETs in der 
Gegentaktstufe gleichzeitig leitend werden. Außerdem können die Eingänge 
zu Schwingungen führen, die ebenfalls Strom verbrauchen.

Aber Vorsicht, unbenutzt Ausgänge sollt man nicht auf 
Versorgungspotential legen.

Es kann auch ein EIngang mit internem Pull-Up sein, der einen Lötbrücke 
nach GND hat.

I = U / R = 3,3V / 50k = 66uA

Falk B. schrieb:
> Es kann auch ein EIngang mit internem Pull-Up sein, der einen
> Lötbrücke nach GND hat.
> I = U / R = 3,3V / 50k = 66uA

Es muss kein Strom fließen damit der korrekte Logikpegel anliegt. Daher 
reicht der interne Pull-Up. Diese Methode hat den Vorteil, dass diesen 
Pin leichter als Testpin oder für ein Workaround verfügbar ist.

Man kann natürlich auch den Eingang zu einem Ausgang umkonfigurieren.

ths schrieb:
> Ultraschall bitte nicht in Verbindung mit Isopropanol.

Warum nicht?

ths schrieb:
> Meines Wissens nicht zulässig wegen Explosionsgefahr.

Danke!

Ich hätte eher an giftige Dämpfe gedacht.

Falk B. schrieb:
> Es kann auch ein EIngang mit internem Pull-Up sein, der einen
> Lötbrücke
> nach GND hat.
>
> I = U / R = 3,3V / 50k = 66uA

Hallo,

das war es tatsächlich.
Ich habe es jetzt nur nochmals getestet, indem ich alle Pins auf Output 
und LOW gestellt habe, jetzt passt es. Ich denke ich habe einen Pin (0 
oder 20, also den letzten), übersehen.

Ich komme jetzt auf 26uA.

Ich weiß, dass es vielen missfallen hat, dass ich die Schaltung nicht 
gezeigt habe. Aber so habe ich mehrere Sachen gelernt:

-Strommessung ist relativ unzuverlässig bei so geringen Strömen 
(Spannungsabfall und Genauigkeit), plus Alternativen für richtiges 
Messwerkzeug
-Flussmittelreste können geringfügig leitend sein
-Der Pullup-Kurzschluss war's. Es passt sogar von der Rechnung absolut 
genau. Wahnsinn.

Da die Platine ansonsten fast voll bestückt ist, und es so funktioniert, 
denke ich, dass ich den Controller jetzt nicht ab- und wieder auflöten 
werde.

Keks F. schrieb:
> Ich weiß, dass es vielen missfallen hat, dass ich die Schaltung nicht
> gezeigt habe.

Das wird hier mittlerweile von einigen reflexartig gefordert, aber oft 
kommt man auch mit etwas Logik weiter.
Danke für das Feedback.

Keks F. schrieb:
> -Strommessung ist relativ unzuverlässig bei so geringen Strömen

mit einem nicht teuren Tischmultimeter habe ich Ströme < 1µA gemessen, 
das hat schon gut funktioniert. Nur bevor der µC aufwacht musste ich das 
Messgerät kurzschließen, beim Auto Umschalten es Messbereichs  wurde der 
Strom zum Controller kurz unterbrochen -> Reset.
War ein LPC8xx, im Reset zog der übrigens >1 mA, also lange im Reset 
halten ist da bei Batteriebetrieb auch nix gut.

Also ich baue keine Produkte, patentwürdiges Zeug, oder Bomben oder 
sonstwas, die Pläne sind nicht geheim.
Ich will nur so wenig Hilfestellung wie möglich haben, weil ich selber 
festgestellt habe, dass mir das am meisten weiterhilft.
Kann die Fragen voll nachvollziehen, ich will aber nicht in einer 
Situation landen, wo ich wegen allem fragen soll, weil mir jemand super 
kompetentes hier innerhalb von 3 Minuten sagen kann "Das ist es".
Und so froh ich bin, umso mehr ärgere ich mich eigentlich auch, dass ich 
da einen Pin übersehen haben muss, weil ich mich noch daran erinnern 
kann, selber mal die Rechnung gemacht zu haben.

Ich habe sogar meinen alten Testcode gefunden...

Keine Schleife, weil ich das entsprechend ausloten wollte:

  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(5, OUTPUT);
  pinMode(6, OUTPUT);
  pinMode(7, OUTPUT);
  pinMode(8, OUTPUT);
  pinMode(9, OUTPUT);
  pinMode(10, OUTPUT);
  pinMode(11, OUTPUT);
  pinMode(12, OUTPUT);
  pinMode(13, OUTPUT);
  pinMode(14, OUTPUT);
  pinMode(15, OUTPUT);
  pinMode(16, OUTPUT);
  pinMode(17, OUTPUT);
  pinMode(18, OUTPUT);
  pinMode(19, OUTPUT);
  pinMode(20, OUTPUT);
  pinMode(21, OUTPUT);

  digitalWrite(1, LOW);
  digitalWrite(2, LOW);
  digitalWrite(3, LOW);
  digitalWrite(4, LOW);
  digitalWrite(5, LOW);
  digitalWrite(6, LOW);
  digitalWrite(7, LOW);
  digitalWrite(8, LOW);
  digitalWrite(9, LOW);
  digitalWrite(10, LOW);
  digitalWrite(11, LOW);
  digitalWrite(12, LOW);
  digitalWrite(13, LOW);
  digitalWrite(14, LOW);
  digitalWrite(15, LOW);
  digitalWrite(16, LOW);
  digitalWrite(17, LOW);
  digitalWrite(18, LOW);
  digitalWrite(19, LOW);
  digitalWrite(20, LOW);
  digitalWrite(21, LOW);

Wie man sieht, +1 Fehler, Pins gehen von 0 bis einschließlich 20...

Keks F. schrieb:
> das war es tatsächlich.
> Ich habe es jetzt nur nochmals getestet, indem ich alle Pins auf Output
> und LOW gestellt habe, jetzt passt es.

Das Nennen des unbekannten MCs hätte aber schon sehr geholfen.
Z.B. kann man bei den AVRs mit dem PUD-Bit alle Pullups abschalten. 
Weiterhin werden im Power-Down alle Eingangsstufen abgeschaltet, die 
nicht zu Aufwachen dienen. D.h. Eingänge dürfen floaten, ohne daß der 
Strom ansteigt.