Hallo zusammen,
ich habe Probleme mit meinem LPC1343 von NXP auf einer selbst erstellten
Platine. Die 2-lagige Platine ist professionell geätzt worden und hat
Lötstoplack auf beiden Seiten. Masseflächen sind ebenfalls auf beiden
Seiten vorhanden. Das Metall-Gehäuse liegt ebenfalls auf Masse. Die
Spannungsversorgung erfolgt über USB. Der Controller ist mit einem
Schaltschrank verbunden und verwaltet dort gewisse SPS und 5V Signale.
Zu meinem Problem:
Wenn ich elektrisch aufgeladen bin (ESD) und an die Masse fasse, hängt
sich der Controller auf (keine weiteren Kabel angeschlossen, außer USB
zur Spannungsversorgung). Auch wenn im Schaltschrank Schütze schalten
(alle Kabel angeschlossen), kommt dies ab und an vor. Ich vermutete ein
Brown-Out-Problem, da die BOD noch nicht aktiviert war. Aktiviere ich
die BOD Funktion, startet sich der Controller wie geplant neu.
Dies würde meine Vermutung mit dem Brown-Out bestätigen.
Aber wie kann man diesem Problem entgegen wirken? Beim Schalten der
Schütze sollte sich der Controller ja nicht neustarten bzw. aufhängen.
Schaltplan und Layout kann ich leider nicht zur Verfügung stellen, da es
sich um Firmen-Projekt handelt. Ich weiß, es ist kaum möglich ohne
Layout etwas sinnvolles dazu zu sagen, aber hat vielleicht jemand eine
Idee, woran das liegen könnte? Bzw. was man dagegen tun kann, auf was
ich achten müsste? Wenn ihr mir sagt, welche Informationen noch benötigt
werden, könnte ich auch nochmal schauen, was ich davon zur Verfügung
stellen kann.
Hoffe, ihr könnt mir weiterhelfen.
Bei ESD kommt es nicht alleine auf das "Vorhandensein" von Masseflächen
an, sondern ob der Rückstrom auf der Massefläche nahe der Signalleitung
stattfinden kann.
Loops sind immer schlecht, die fangen sich Störungen ein.
Am schnellsten geht es, du spendierst deiner Schaltung 2 weitere
Innenlagen, 1x GND und 1x VCC.
Alles weitere kann man - wie du selbst schon sagtest - nur beurteilen,
wenn man das Layout sieht.
ESD Dioden an Schnittstellen zum Schaltschrank / externen
Signalanschlüssen etc. sind auch sehr empfehlenswert.
@ Tim R:
Danke für deine Antwort.
Leider ist es nicht mehr möglich das Layout zu ändern. Gerade 2 weitere
Lagen sind definitiv nicht mehr machbar.
Mit den Bauteilen auf der Platine könnte man noch ein bisschen spielen.
Grundsätzlich würde ich gerne erstmal das Problem mit dem Aufhängen beim
Anfassen der Masse lösen (also dann wenn ich elektrisch aufgeladen bin).
Schaut man sich die Versorgungsspannung des Controllers in diesem Fall
mit dem Oszi an, so stellt man fest, dass die Spannung um bis +- 18 Volt
schwankt. Wenn auch nur sehr kurz (Spikes). Und wie bereits gesagt, sind
in diesem Fall keinerlei Kabel an das Gerät angeschlossen.
Welche Möglichkeiten habe ich denn da? Es wäre wirklich nett, wenn ihr
mir da helfen könntet. Wie gesagt, eventuell kann ich acuh Teile des
Layouts hochladen, aber dazu müsste ich genau wissen, was ihr braucht.
Kann
Schonmal vielen Dank im Voraus!
LG Julian
Hallo zusammen,
ich hab mich nochmal ein bisschen schlau gemacht, bin aber nur dürftig
voran gekommen.
Wie gesagt, schauts so aus, also würde ich dem Controller beim Anfassen
der Masse quasi das Potential "wegziehen". Könnte ich da eventuell mit
einer TVS-Diode etwas ausrichten? Oder irgendwie mit Kondensatoren und
ner Spule das ganze etwas glätten?
Also wenn du die +/-18V schon messen kannst, dann würde ich halt diverse
Maßnahmen einfach testen: Abblockkondensatoren erhöhen, TVS, Filter,
usw.
Allerdings ist für mich ein Test der sich 'Anfassen des Prozessors'
nennt ziemlich undefiniert.
Was du auch versuchen kannst ist mit Kuferfolie deine Massefläche zu
verbessern - nur für Testzwecke. Oder mach einfach für nen Test eine
4Lagen-Platine mit VCC/GND in den Innenlagen.
Vielleicht hast du ja auch ein EMV-Labor das die weiterhelfen kann. Dort
gibts manchmal Leute mit Erfahrung für sowas.
tom
Ich würde meine Schaltung gerne mit einer TVS-Diode testen. Leider bin
ich nicht allzu fit, was das angeht. Wo genau macht es am meisten Sinn
die Diode einzubauen? Möglichst nah am Mikrocontroller? Oder an dem
Punkt, wo die Versorgungsspannung auf die Platine kommt?
Die Platine würd über 5V von USB versorgt. Die TVS-Diode also lieber vor
oder nach dem Linearregler (3.3V)?
Wie wählt man eine solche Diode am Besten aus? Wenn ich bei Farnell nach
TVS-Diode suche, steht da was von Spannung (Urwm), Durchbruchsspannung,
Spitzenpulsstrom und Begrenzungsspannung. Wenn meine 3.3V unverändert
bleiben sollen und alles darüber abgeleitet werden soll, in welchem
Bereich sollten dann die Werte liegen?
Danke schonmal!
Hallo zusammen,
da ich bisher noch nicht wirklich mit meinem Problem weitergekommen bin,
möchte ich das Thema gerne nochmals pushen.
Gerade die letzten Fragen zur Auslegung der TVS-Diode sind noch offen.
Des Weiteren stellt sich mir die Frage, wo genau ich die Diode am Besten
platzieren soll. Also in der nähe des Controllers, des Spannungsreglers
oder direkt am USB Stecker? Oder vielleicht auch ganz wo anders?
Gruß Julian
Hallo,
hast du noch nen regler für die 5V vom USB? Das Problem wird sein, dass
deine Platine über die Masse vom USB geerdet ist. Wenn du an die Masse
fasst wenn du statisch aufgeladen bist, fließt die Ladung über die Masse
vom USB richtung Erde (PC ist geerdet). Ich würde etwas mit
Kondensatoren paralell zur USB-Spannungsversorgung spielen ob sich das
Problem verbessert oder nicht. Die TVS-Diode könnte auch helfen. Diese
am Besten direkt an den Eingang vom USB.
Ich denke aber du hast ein Problem mit den Masseflächen. Wahrscheinlich
gibts Dtellen wo diese nur sehr dünn ist und dadurch hohe Impedanzen
entstehen.
Hallo,
ja ich hab noch einen LM1117 mit welchem ich aus den +5V von USB die
benötigten +3.3V erzeuge. Vor dem Linear-Regler habe ich 10µF/Tantal und
direkt nach dem Regler 15µF/Tantal zusammen mit 100nF/Keramik.
Meine Masseflächen haben ich von Top und Bottom habe ich mit relativ
vielen Vias miteinander verbunden. Aber ja, die Flächen sind teilweise
etwas zerstückelt. Im Nachhinein hätte ich doch einiges Anders gemacht,
aber ich muss jetzt zusehen, dass ich irgendwie das Beste draus mache.
Gruß Julian
Ein Brown-out Reset dürfte beim Anfassen des Gehäuses nicht auftreten.
So schlecht kann man eine Massefläche doch gar nicht auslegen.
Ein normaler Reset wegen einem Spannungsimpuls auf der Reset Leitung,
das kann passieren.
Ist vielleicht ein HQFN33 Gehäuse und das Ground-Pad hat keine
vernünftige Verbindung zur Masse? Kein Stützkondensator direkt am Chip?
Grundsätzlich ist es nicht so, dass ich immer Probleme mit dem Anfassen
des Gehäuses habe. Nur dann, wenn ich elektro-statisch aufgeladen bin,
was allerdings häufig passiert (Teppichboden im Büro). Ich bekomme ich
den Fall auch richtig eine gewischt.
Begonnen haben meine Probleme damit, dass sich der Controller in diesem
Fall aufgehängt hat. Nachdem ich den Brown-Out-Reset startet der
Controller bei ESD Impulsen neu. Mit dem Oszi habe ich mir dann den
Signalverlauf der Versorgungsspannung direkt an USB angeschaut. Von den
3.3V gings runter bis auf etwa -18V, dann hoch auf etwa +18V und dann
hats sich langsam wieder auf 3.3V eingependelt. Der Signalverlauf sah
aus wie das Überschwingen eines Reglers. Der ganze Vorgang dauert nur
ein paar Nanosekunden. Ich könnte mir also schon vorstellen, dass es ein
Brown-Out ist. Oder was meint ihr dazu?
Als Stützkondensatoren habe ich 0406 100nF und 10nF Keramik an jedem der
beiden Versorgungspins.
Gibts hier im Forum eigentlich keine Edit-Funktion? Da ist mir doch
wirklich der halbe Satz untergegangen.
Edit: Nachdem ich den Brown-Out-Reset IMPLEMENTIERT HABE, startet der
Controller bei ESD Impulsen neu.
Julian K. schrieb:> Hat niemand mehr einen Vorschlag für mich?
Am 15.04.2011 09:30 kamen doch schon eine ganze Menge Vorschläge. Hast
Du die alle schon umgesetzt?
Grüße
Sven
@ 7th Guest:
Danke für den Hinweis. Allerdings habe ich keinerlei Probleme mit
Resets. Ich habe nen Supervisorchip von Microchip (MCT130T) am Resetpin
hängen. Siehe
http://www.microbuilder.eu/Files/Projects/LPC1343RefDesign/LPC1343_Schematic_v1.6.pdf
Überhaupt habe ich mich insgesamt recht weit an diesem Schaltplan
orientiert.
Was mich halt wundert ist, dass bei nem Brown-Out der Supervisior keinen
Reset auslöst. Mein Controller hängt sich allerdings auf. Wenn ich die
Brown-Out-Detection im LPC1343 aktiviere, wird neu gestartet, sobald das
ESD Ereignis eintritt.
Kann mir bitte jemand dieses Phänomen erklären? Da steh ich echt auf dem
Schlauch.
Hallo
Ich muss gestehen, das ich nicht alles ganz ganeu gelesen, nur
überfolgen habe. Ich würde aber vermuten, dass Du Probleme mit
Masseverschiebungen in Deinem System hast. Ich frage mich auf alle Fälle
wo Deine Spannungsversorgung herkommt? Wie sieht die verbindung der
Verschiedenen Massen in Deinem System aus?
Wie sieht es mit der verbindung von Mass und Erde aus? Gibt es da eine
definierte Verbindung?
Was TVS Dioden angeht, habe ich mir mal sagen lassen, dass die hohe
Spannungen auf niederohmige Signalen gegen Erde (Nicht gegen
Signalmasse) ableiten sollen. Sprich die Dinger sind da hinzusetzen, wo
die Signale in die Box kommen. Das Gehäuse sollte auf Erde liegen, nicht
auf Signalmasse. Oder überhaupt niergends angeschlossen sein
(Plastikgehäuse).
Gruß
Frank
Julian K. schrieb:> Danke für den Hinweis. Allerdings habe ich keinerlei Probleme mit> Resets. Ich habe nen Supervisorchip von Microchip (MCT130T) am Resetpin> hängen.
Wie hängt der da drin? Hier hat das Layout das letzt Wort.
Julian K. schrieb:> Meine Masseflächen haben ich von Top und Bottom habe ich mit relativ> vielen Vias miteinander verbunden. Aber ja, die Flächen sind teilweise> etwas zerstückelt.
So eine textuelle Beschreibung ist schon schön, aber zeig doch mal das
Layout. Überaus interessant sind die Blockkondensatoren.
> Allerdings habe ich keinerlei Probleme mit Resets.
Klemm den doch einfach zum Test trotzdem mal fest auf einen definierten
Pegel. Kostet dich ja nichts...
Julian K. schrieb:> Edit: Nachdem ich den Brown-Out-Reset IMPLEMENTIERT HABE, startet der> Controller bei ESD Impulsen neu.Julian K. schrieb:> Wenn ich die Brown-Out-Detection im LPC1343 aktiviere, wird neu gestartet,> sobald das ESD Ereignis eintritt.
Tritt mal einfach einen Schritt zurück, du hast dich in diesen Brown-Out
verrannt. Aber: nicht der Brown-Out ist dein Problem, sondern wie der
ausgelöst wird. Diese Brown-Out-Geschichte ist nur ein anderes
Symptom...
Hallo zusammen,
nochmal als Info. Das Layout kann ich leider nicht hochladen. Wie das
halt in Firmen immer so ist. Mir ist klar, dass die Beurteilung ohne
Layout sehr schwierig ist.
Aber ncoh ein paar Infos: Versorgungsspannung +5V kommt von USB.
Zusätzlich kommen digitale Signale vom Schaltschrank (auf dieser Seite
galvanisch getrennt) 24V und 5V über D-Sub Stecker auf die Platine und
gehen mit Spannungsteilern an den Mikrocontroller (keine galvanische
Trennung, Schutzdioden, Kondensatoren oder Ähnliches). Die Massen die
jeweils mit den Steckern mitgeführt werden, werden direkt am Stecker mit
auf die Massefläche gelegt. Des Weiteren gibt es ein analoges Signal +/-
10V (nicht galvanisch getrennt), welches ich mit einem externen ADC
einlese.
Das Gehäuse ist über die D-Sub Stecker und ein Erdungskabel mit der
Signalmasse verbunden. Zusätzlich liegt das Gehäuse auf PE. Seitdem das
Gehäuse mit auf PE liegt ist die Ganze Problematik ein klein wenig
besser geworden. Habe aber sporadisch noch Probleme mit schaltenden
Schützen im Schaltschrank.
Das war mein erstes eigenes Layout-Projekt. Lothars Webseite mit Infos
zu den Blockkondensatoren habe ich erst später gefunden. Die
Kondensatoren sitzen möglichst nah am VCC pin. Allerdings geht die
andere Seite direkt auf die Massefläche. Und nicht direkt an den GND Pin
des Controllers.
Hoffe, diese Infos helfen etwas weiter.
LG Julian
Hallo Julian
Ohne Schaltplan und Layout wird eine eindeutige Lösung nicht aus diesem
Forum kommen. Wir können Dir nur nach und nach Tipps geben, was man
beachten muss. Die möglichen Fehlerursachen sind aber so vielfältig...
Ich persönlich habe schon 10 Monate nach EMV Problemen in Geräten und
Systemen gesucht. Erste bei einem Redesign der Elektronik habe ich durch
Zufall das eigentliche Problem gefunden. Eine ungefilterte Verbindung
von interner Signalmasse mit externer Masse. Da wo sie nicht sein
sollte. Und ich hatte Schaltpläne und Layout zur Verfügung und viele
Kollegen, die ich fragen konnte :-(
Ich kann Dir ein Buch empfehlen. Das schärft das Verständnis von
Stromfluss, Blockkondensatoren, Layout Anforderungen... ungemein.
"High Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic"
Aber um noch auf Dein Thema zurück zu kommen...
USB? Wo kommt das den her? Dis +24V und +5V von der SPS zu was nutzt Du
die?
Für eine Elektronik in einer rauen Umgebung sollte man die Interne Masse
NIEMALS nach außen geben. Kleines Beispiel. Ein ESD Impuls von 500V
(eine Kleinigkeit, da merkt man noch nicht einmal den Funken…) auf die
Masse ist somit sofort auf Deiner Elektronik, hebt Dir dort die Masse an
und ruft Phänomene hervor, die Du u.U. gerade am eigenen Leib erlebst.
Ich hab mal eine kleine Darstellung mit angehängt. Das ist nur ganz grob
(Zeitmangel :-( ). da fehlen noch einige Filtermaßnahmen wie
Y-Kondensatoren an der Versorgung gegen Erde/externe Masse, Common Mode
Choke für die Versorgung, Kondensatoren nach der Common Mode Choke gegen
interne Masse, Ferrite/Filter an den Signalen… Die Liste ist lang :-)
Gruß
Frank
Hallo Frank,
vielen Dank für deine Ausführungen!
Die USB Verbindung wird zur Kommunikation mit dem nebenstehenden Rechner
genutzt. Dies ist die Hauptstromversorgung der Platine. An den 5V von
der SPS die mit jedem Stecker mitgeliefert werden, hängt nur jeweils
eine LED, welche die korrekte Verkabelung signalisiert. Die 24V
versorgen einen LDO welcher 5V für den ADC bereit stellt. Außerdem gibt
es 5V und 24V digital Singale, welche ich wie gesagt, über den
Spannungsteiler direkt mit dem µC einlese.
Wie hätte ich das anders lösen können? Ich muss doch die für jeden
Stecker die zugehörige Masse mit auf meine Massefläche legen. Sonst habe
ich doch kein definiertes Potential oder?
Was mir einleuchtet, ist die interne Masse nicht aufs Gehäuse zu legen.
Hatte ich auch ursprünglich nicht vor. Allerdings hatte ich bereits eine
relativ gute Verbindung zwischen Massefläche und Gehäuse alleine durch
die Verschraubung der D-Sub Stecker mit der Platine und Gehäuse. Ich bin
davon ausgegangen, dass meine Probleme weniger werden, wenn ich die
Verbindung Gehäuse-Masse niederohmiger gestaltet, weshalb ich ein Kabel
zwischen Gehäuse und Platine angebracht habe. Wenn man das Gehäuse nur
mit PE und nicht mit der Signalmasse verbindet, wie verhält sich dann
die EMV-mäßige Abschirmung des Gehäuses?
Dann noch ein paar Fragen zu deiner Zeichnung:
- Die Dioden kommen wirklich an PE? Sind das TVS/Suppresor Dioden? Ich
dachte, man baut solche Dioden zwischen Versorgung und Masse ein?!?
Warum bipolar Dioden?
- Was ist ein Y Kondensator? Ich habe mal kurz gegoogelt und habe solche
Kondensatoren eigentlich nur im Zusammenhang mit Netzspannung gefunden.
LG Julian
Hallo Julian,
wer trägt die Verantwortung für dieses kommerzielle Projekt?.
DU?
Dann solltest du sicherstellen, dass Deine Schaltung den Anforderungen
nach CE entspricht. Wenn ich Deine Beschreibung des Problems lese,
vermute ich ein grundlegendes Unwissen in Bezug auf EMV.
Du solltest Dir professionelle Hilfe für Dein Projekt suchen.
RS
Abgsehen davon hilft dir auch nicht weiter, wenn der EMV-Profi beim
Thema USB nur das schiefe Grinsen aufs Gesicht bekommt. Auf jeden Fall
war bei jeder meiner Prüfungen bisher der USB die Schnittstelle, die bei
Burstprüfungen nach EN 61000-1-2 zuerst die Segel gestrichen hat... :-/
Naja, was heißt Verantwortung. Die von mir entwickelte Schaltung dient
nur zu Testzwecken bzw. Simulation und wird nicht verkauft.
Grundsätzlich müssen also nicht zwingend irgendwelche CE Richtlinien
oder Ähnliches eingehalten werden. Wichtig ist halt nur, dass der
Controller nicht abstürzt und schön weiter mit dem PC kommuniziert.
Dass das Ganze nicht normgerecht ist, ist mir vollkommen klar. Kann man
von der ersten eigenen Platine wohl auch kaum erwarten.
Hallo Julian
Nur Kurz:
* Mit PE im Bild ist eher die externe Masse gemeint nicht unbedingt
Schutzerde. Hatte gerade kein anderes Symbol zur Hand.
* Den Y Kondensator kann man gut bei der Versorgung der Elektronik
einsetzen. Im Grunde sind es dann drei Kondensatoren: Von VCC gegen
externer Masse, von Masseleitung gegen externe Masse, zwischen VCC und
Masseleitung.
* TVS Dioden gegen die Signalmasse? Was hat man dann gewonnen? Wenn ich
eine Überspannung auf einer Leitung habe, will ich die doch nicht auf
der Elektronik haben. Diese Energie soll doch vorher abgeleitet werden.
* Natürlich muss man dafür sorgen, dass zwischen System ein
einheitliches Potential existiert. Einfachster Weg ist hier die Masse
mit den Signalen mitzuführen. Hier beginnen aber auch schon die
Probleme, wenn man nicht aufpasst. Hier muss man Leitungslängen,
Signalströme, Spannungsabfälle, unterschiedliche Massepotentiale usw.
berücksichtigen. Angenommen, du verbindest zwei Systeme über ein 10m
langes Kabel. Dein Signal verursacht einen Stromfluss von 100mA. Jetzt
muss man natürlich je nach Querschnitt des Kabels noch mit dem
Widerstand rechnen. Angenommen 20 Ohm. Jetzt fallen 2 V über dem Kabel
ab. 2V hin und 2V zurück… Bei Dir auf der Elektronik sieht es also so
aus, als würde das Signal nur zwischen 0 und 1V wechseln, wenn es ein 5V
Signal ist. Gleiches gilt natürlich bei Versorgung über Kabel...
Signal die von außen auf eine Elektronik geführt werden, müssen
entsprechend der Begebenheiten (maximaler Masseversatz, Störungen auf
dem Signalweg, usw) Konvertiert werden. Sprich mit entsprechenden
Eingangsfiltern und einem Levelshifting um dem Problem mit den CMOS
Eingängen Rechnung zu tragen.
* Masse: Das ist ein ganzes Buch für sich. Hier kann man viel falsch
machen. Wichtig ist, dass man sich vor Entwicklungsstart ein
"Massekonzept" erstellt. Einfach einen Plan, welche Massen existieren,
wie hängen sie zusammen und welchen Versatz kann zwischen den Massen
existieren. Wie schon erwähnt, einige Volt können bei Kabelverbindungen
schnell zusammen kommen. Prinzipiell hast Du mit dem Gedanken aber
Recht, dass eine Verbindung alle Massen, sprich sie möglichst auf ein
Potential zu bringen, ein guter Ansatz ist. Hier ist das Wie wichtig und
auch die Umgebung. Habe ich einen Schaltschrank, in dem viele
Starkstromlasten geschaltet werden, sorge ich lieber dafür, dass die
Elektronik von der externen Welt galvanisch getrennt ist (siehe SPS :-))
Ist natürlich Aufwand...
So, doch nicht so kurz :-)
Der Thread ist zwar schon alt, aber ich hatte genau das selbe Problem
bei meiner Schaltung mit LPC1343 und MCP130.
Das Problem lies sich mit einem 100 Ohm Pull-up Widerstand an Pin1 des
MCP130 lösen. die internen 5kOhm des MCP130 sind zu hoch.
Grüsse
Risto
