STM32F3: Problem mit hoher Stromaufnahme

6a66 schrieb:

> Stückweise die Schaltung "entstücken" und Stromverbrauch beobachten.
> Wenn Die CPU warm wird fließt der Strom darüber - das sollte ja
> feststellbar sein wohin.
>
> rgds

Das werde ich vielleicht mal machen müssen. Komisch ist jedoch, dass 
nach Prozessortausch das Board mit der selben Peripherie einwandfrei 
funktionierte!



Bauteiltöter schrieb:
>
> Klingt nach Latch-up. Prozessor nicht ESD-gerecht verpackt? Beim löten
> nicht auf ESD geachtet?
>
> Ich habe einen STM32F4 mal mit ähnlichen Verhalten entsorgen müssen
> (TQFP176 auslöten -> bah). Der hat kurzzeitig einen 12V-Spike gesehen,
> daraufhin genemigte sich das Teil über 2A (@3.3V) und wurde innerhalb
> von Sekunden kochend heiß, das Programm hat er aber weiterhin korrekt
> ausgeführt und auch programmiren ließ er sich noch.


Die Bestückung findet bei einem professionellen Bestücker statt. Wir 
haben zwar Teppichboden, haben deshalb Tischmatten und Armbänder im 
Dauereinsatz.



Wie empfindlich sind die Chips erfahrungsgemäß gegen die 
Einschaltreiheenfolge der Versorgungsspannung? Wir schalten 
"gleichzeitig" und ohne Verzögerung, das Datenblatt spricht ja von VDD_A 
vor oder gleichzeitig mit VDD_D..

Wie sehen denn die Spannungen an den Ausgängen der NCPs bzw. am STM aus?
Kann es sein, dass da nicht mehr die Anforderungen aus dem Datenblatt 
des NCP1117 erfüllt werden?

6a66 schrieb:
> Max 123 schrieb:
>> Das werde ich vielleicht mal machen müssen. Komisch ist jedoch, dass
>> nach Prozessortausch das Board mit der selben Peripherie einwandfrei
>> funktionierte!
>
> Hmm, mal mit dem Mikroskop draufschauen? Kein Mikroskop - dann
> Uhrmacherelupe für 15EUR besorgen, gehört zu jedem HW-Arbeitsplatz dazu
> der SMD verarbeitet.
>
> rgds


Ja, wir haben mit dem Mikroskop geschaut. Nichts zu sehen. Ich habe den 
Schaltplan mal angefügt - vielleicht ist das hilfreich.

Arc Net schrieb:
> Wie sehen denn die Spannungen an den Ausgängen der NCPs bzw. am STM aus?
> Kann es sein, dass da nicht mehr die Anforderungen aus dem Datenblatt
> des NCP1117 erfüllt werden?



In welcher Hinsicht? Die Spannungen sind bei 3.3V +- 50mV, kein 
erkennbarer Ripple, Spikes etc, kein (sichtbares) Schwingen.

Ergänzend ist festzustellen, dass bei überbrücken der R's in den 
RC-Gliedern nach den Potis der AD Wandler wieder seine hohen Werte 
erreicht. Es ist aber auch zu messen, dass die digitalen IO's nicht mehr 
über 2.7V-2.8V hinauskommen.

6a66 schrieb:
> Interessant - wir versorgen den VDD_A aus dem VDD_D mittels Ferriten
> (beads). Was passiert wenn VDD_A vorhanden und VDD_D nicht - sollte man
> ma überprüfen. STM hat zur Versorgung von VDD_A IMHO eine APPNOTE.

STM sagt dazu in AN2834, Abschn. 3.2.12:

If you use a switching-type power supply for the digital circuitry, you 
should use a separate linear supply for the analog circuit. Also, if you 
expect a lot of noise on the DC power supply due to I/O switching etc., 
it is preferable to use a separate supply for the analog circuit.

Weiter im Datenblatt DocID023353 Rev 8, Abschn. 3.7.1:

The VDD_A voltage level must be always greater or equal to the VDD 
voltage level and must be provided first.

Das liegt sicher auch daran, dass die interne PLL und der Reset 
Generator an VDD_A hängen. Die Spannungsdifferenz zwischen den Reglern, 
wie kritisch mag man hier "equal" auslegen?


6a66 schrieb:
> Sehe auch dass Ihr VSS_A nicht am Regler auflegt sondern einfach and
> PWRGND. Auch hier APPNOTE beachten.
>
> rgds

Was meinst du hier genau? GND_PWR ist vom Netzteil und jeweils mit VSS_D 
und VSS_A an den LDOs verbunden.

Irgendwo 5 Volt auf einen non-5-Volt-tolerant Pin?

6a66 schrieb:
> Max 123 schrieb:
>> The VDD_A voltage level must be always greater or equal to the VDD
>> voltage level and must be provided first.
>
> Hmmm - wie "first" muss das denn sein. Wie gesagt, bei uns läuft ein
> Produkt mit EINEM LDO für beide problemlos.
> Was passiert wenn dem nicht so ist, wenn VDD kommt und VDD_A nicht
> (Regler defekt, Zeitkonstanten, ...)?


Ich habe das gerade mal gemessen, der VDD_A-Regler kommt sowohl bei den 
defekten als auch einem intakten Board wenige us früher hoch als der 
digitale. Das liegt an den kapazitiven Belastungen auf den Rails und ist 
deshalb zuverlässig denke ich - oder?


>
> Max 123 schrieb:
>> Was meinst du hier genau? GND_PWR ist vom Netzteil und jeweils mit VSS_D
>> und VSS_A an den LDOs verbunden.
>
> Wir haben einen GND_A für diesen Fall den wir an EINEM Punkt mit GND
> verbunden haben. An GND_A hängt die ganze Analogbeschaltung für die AD
> Wandler und deren Eingänge.
>
> rgds

So ist es im Layout auch.



Uwe Bonnes schrieb:
> Irgendwo 5 Volt auf einen non-5-Volt-tolerant Pin?

Ja, das war tatsächlich zuerst der Fall. Deshalb sind alle Boards 
gepatcht und jetzt ist es nicht mehr so. Die betroffenen Boards sind 
aber wie im Schaltplan im Anhang und meiner Überprüfung nach gibt es 
diesen Fall jetzt nicht mehr. Die betroffenen Boards sind erst nach dem 
Fix bestromt worden.

Auch, wenn nach Entlöten des Prozessors und Einsetzen eines Neuen in das 
selbe Board das Board einwandfrei läuft? Was ist deine Vermutung hier?

Ich hatte noch folgenden Verdacht:

SWDIO und SWCLK werden von einem Discovery stm32f4-board im 
Automatik-Modus von ST-Link zum Programmieren benutzt. Dafür wird das 
Discovery per Stiftleiste mit dem Board verbunden. Ich kann nicht 
garantieren, dass die Boards bisher immer zuerst Spannung hatten und 
dann der Programmer verbunden wurde. Die Signalspannungen aus dem 
Discovery sind zwar nur 3.3V, dafür aber immer noch zu hoch, sofern der 
zu programmierende uC noch nicht versorgt ist.

Gibt es da Zustimmung oder Gegenrede?

6a66 schrieb:
> Max 123 schrieb:
>> Auch, wenn nach Entlöten des Prozessors und Einsetzen eines neuen in das
>> selbe Board das Board einwandfrei läuft? Was ist deine Vermutung hier?
>
> Nicht den Prozessor runter, sondern die umgebenden Funktionsblöcke. Klar
> - wenn Du 'nen neuen Prozessor einlötest ist der Fehler u.U. erstmal
> wech.
> Oder versuche die Stromversorgung der umgebenden Blöcke Stück für Stück
> zu unterbrechen.
>
>
> rgds

Damit unterstellst du, dass irgendein Teil der Schaltung von außen gegen 
den Prozessor arbeitet?

Bauteiltöter schrieb:
> Ich habe einen STM32F4 mal mit ähnlichen Verhalten entsorgen müssen
> (TQFP176 auslöten -> bah). Der hat kurzzeitig einen 12V-Spike gesehen,
> daraufhin genemigte sich das Teil über 2A (@3.3V) und wurde innerhalb
> von Sekunden kochend heiß, das Programm hat er aber weiterhin korrekt
> ausgeführt und auch programmiren ließ er sich noch.

 Passierte uns auch. Der Prozessor wird seitdem heiss, altes Programm
 wird ausgeführt, aber umprogrammieren läßt er sich nicht mehr.
 Prozessor war nicht verbunden, also ohne Peripherie aber D+, D- und GND
 von USB waren angeschlossen ( Vusb nicht). Netzteil war ausgeschaltet.
 Da leuchtete die LED für Spannung schon schwach.
 Irgendjemand hat dann eine Reverse-Diode ins Netzteil eingelötet
 und da wars passiert.
 Ist mir aber bis heute nicht ganz klar, was da überhaupt passiert ist
 und ob ein Zusammenhang mit der Diode besteht.

Ich habe jetzt das komplette Board Stück für Stück ab-bestückt - es 
passiert garnichts am Stromverbrauch, der ist konstant hoch, bis am Ende 
nur noch der Prozessor dran hängt und weiter fröhlich Strom zieht.

Wenn man mal zusammenfasst, dann sollte doch eines der folgenden 
Szenarien dazu führen, oder?

---------------------
- der Prozessor wird aus irgendeinem Grund dauerhaft an der Grenze 
seiner Spezifikation betrieben - manche machen dabei schlapp
---------------------

* Versorgungspannungen sind zu hoch? -> Nein, die Regler arbeiten wie 
gewünscht
* Versorgungsspannungsreihenfolge nicht eingehalten? -> Eigentlich 
schon, der LDO für VDD_A kommt vor VDD_D hoch. Vielleicht ist das 
kritisch?
* 5V an bloß 3.3V kompatiblen Pins? -> nicht mehr - war vorhanden, alle 
Boards wurden aber vor der ersten Bestromung gepatcht.
* zu hoher Strom aus einem der Pins gezogen? -> höchster Strom ist ca. 
5mA zum treiben von LEDs


---------------------
- der Prozessor wird während des Testens zufällig ungünstigen 
Bedingungen ausgesetzt - er geht dabei kaputt
---------------------

* Vielleicht gibt es Probleme mit ESD? -> Bestückungsprozess ist 
zertifiziert, Testing findet mit ESD-Matte und Armband statt. Boards 
sind in ESD-Folie versandt worden
* Ggf. wird der Prozessor über den Programmer mit Strom versorgt bevor 
die Versorgungsspannung anliegt? -> SWDIO liefert 3V3 und es kann nicht 
ausgeschlossen werden, dass Versorgunggspannung immer vor dem Programmer 
angesteckt wurde.


Ich weiß nicht weiter wie ich hier systematisch eingrenzen soll. Ich 
kann nur erneut eine Probe von 30 Boards in Betrieb nehmen und dabei die 
Steckreihenfolge  von Power und Programmer beachten.

So ein Mist!

6a66 schrieb:
> Max 123 schrieb:
>> Ich weiß nicht weiter wie ich hier systematisch eingrenzen soll. Ich
>> kann nur erneut eine Probe von 30 Boards in Betrieb nehmen und dabei die
>> Steckreihenfolge  von Power und Programmer beachten.
>>
>> So ein Mist!
>
> Yep - fällt mir jetzt auch Nichts Besseres ein.
> Außer: Ist einzugrenzen WO der Prozessor GENAU seinen Defekt hat (welche
> Peripherie Auf dem Board kann den nicht mehr angesprochen werden)?
>
> rgds


Alles kann angesprochen werden. Das Fehlerbild noch einmal 
zusammengefasst:

- LDOs werden heiß, Prozessor wird warm
- VDD_D zieht zu hohen Strom, ca. 30-40mA mehr als normal
- Eingangsstom der analogen Eingänge wird sehr hoch (ca. 40uA anstatt 
0.2uA)
- digitale IOs kommen nicht mehr ganz hoch, nur noch bis 2.9V
- Lege ich per Discovery als Programmer einen Pegel von 3.3V an SWDIO 
bei ausgeschaltetem Board, so bricht dieser bei kaputten Boards auf 2.0V 
ein. Bei intakten Boards bleibt er bei 3.3V. Schalte ich die 
Versorgungsspannung dazu, so geht der Pegel bei de defekten Boards hoch 
auf 3.3V. Beide lassen sich programmieren.
- Von außen sehen die internen Schutzdioden in beiden Fällen 'gleich 
aus'. Ich kann die Flussspannung mit meinem Multimeter messen.


Ich habe jetzt mal 25 weitere Boards programmiert und dabei akribisch 
auf die Ansteckreihenfolge geachtet. Bei den 25 Stk. war keins defekt. 
Eine weitere Probe von 25 Stk. morgen Vormittag wird zeigen, ob das die 
richtige Richtung ist.

So,

jetzt sind weitere 25 Boards programmiert und getestet, alles ohne 
besondere Vorkommnisse.

Ich denke, es lag daran, dass der Programmer mit der Baugruppe verbunden 
war, bevor Betriebsspannung anlag.

Auf dem SWDIO-Pin des Programmer liegt im Auto-Modus von STLink eine 
Spannung von 3V an, die zusammen mit der Programmermasse die gesamte 
Baugruppe über die IO-Pin-Schutzdiode (laut Datenblatt 5mA Maximalstrom) 
versorgen wollte.

Das hat anscheinend ein paar Chips nicht so richtig geschmeckt.

Jetzt wird auf die Ansteckreihenfolge geachtet und im Programmierkabel 
werden Serienwiderstände zur Strombegrenzung vorgesehen. Mal schauen 
ob's dann weiterhin schief geht.

Danke für die Denkanstöße! Sollte es sich nochmal ändern, so werde ich 
berichten.

Max

Danke Ben für die Detektivarbeit!

Ich habe zwar das STM32F429 Board mit Display, da ist es aber R13 mit 
selber Funktion - nur dass sie dort sogar den Hinweis gespart haben und 
ihn kommentarlos nicht bestückt!

Ich werde ihn mal einlöten und schauen was passiert!

Naja, es hätte ja implementiert sein können. Ist es aberr nicht. 
Außerdem liegt da noch ein Spannungsteiler dran (R18/19 bzw R19/20 beim 
anderen), irgendwie komisch. Vielleicht würde es klappen wenn man den 
entfernt, ich habe es jetzt aber mal bleiben lassen und mir einen 
Link/V2 bestellt.

Merci!

Das hat mir in der Tat auch schon den Kopf zerbrochen.

In der nächsten Revision wird das auf jeden Fall so geregelt - hälst du 
es für notwendig, dass bei max. 50mV Abweichung der Regler ein solcher 
Austausch getan werden muss?

Wie würdest du eine solche Perle selektieren? Nach Durchflussstrom und 
angenommenem/gemessenem Spektrum auf den Powerlines? Gibt es eine 
Erfahrungsperle?

Schau im Datenblatt nach!
6.2 Absolute maximum ratings
VDD­- VDDA Allowed voltage difference for VDD > VDDA  0.4 V

Wenn allerdings die Reger beim Einschalten ungleich hochfahren, kann 
dass Problematisch sein.

Als Ferrite verwende ich z.b. BLM18RK102. Mit dem Smart Tweezer messe 
ich schon bei 10 kHz 12 uH, aus dem Datenblattdiagramm lese ich bei 1 
MHZ schon ein Z von ueber 80 Ohm ab, was in etwa den 12 uH entspricht. 
Die Perle kann 200 mA, der STM32 selbst darf hat eine Grenze von 160 mA.

Dann passt doch alles, oder?

Das Datenblatt gibt vor, dass VDDA vor VDD da sein muss. Das impliziert, 
dass der Chip das verträgt, wenn VDD < VDDA.

Außerdem darf VDD um 0.4V größer als VDDA sein. Auch das ist der Fall.

Die Einschaltreihenfolge ergibt sich korrekt aus den kapazitiven Lasten, 
VDDA ist schneller als VDD.

STM schlägt in ihrer APP Note zu Noise Reduction on ADCs einen seperaten 
LDO vor.

Daher meine Verwunderung  und die Frage, ob es geändert werden muss.

Max 123 schrieb:
> Dann passt doch alles, oder?
>
> Das Datenblatt gibt vor, dass VDDA vor VDD da sein muss. Das impliziert,
> dass der Chip das verträgt, wenn VDD < VDDA.
>
> Außerdem darf VDD um 0.4V größer als VDDA sein. Auch das ist der Fall.
>
> Die Einschaltreihenfolge ergibt sich korrekt aus den kapazitiven Lasten,
> VDDA ist schneller als VDD.
>
Dann ist aber beim Ausschalten VDD noch nach VDDA da...