Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Können Ausgangstreiber langsam sterben?


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von Gustl B. (gustl_b)


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Hallo,

das ist eine allgemeine Frage. Mir geht es um LVDS Treiber die korrekt 
angeschlossen und terminiert sind.

Kann es sein, dass da über Jahre hinweg der Pegel/Strom geringer wird 
und wenn ja, was sind mögliche Ursachen?

Und sind solche Treiber kurzschlussresistent? Halten die das aus und 
würden die es dauerhaft aushalten wenn sie nur mit 50 Ohm terminiert 
würden? Weil z. B. fälschlicherweise extern und intern am Empfänger 
terminiert wurde?

Danke!

: Bearbeitet durch User
Beitrag #7373500 wurde vom Autor gelöscht.
von Falk B. (falk)


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Gustl B. schrieb:

> Kann es sein, dass da über Jahre hinweg der Pegel/Strom geringer wird

Eigentlich nicht.

> und wenn ja, was sind mögliche Ursachen?

ESD.

> Und sind solche Treiber kurzschlussresistent?

LVDS sind Stromquellen, die sollten das aushalten.

von Gerald B. (gerald_b)


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Suche doch mal im Netz nach konkret dem bei dir verbauten IC. 
Möglicherweise ist es ja ein spezifischer Bug, der nur diesen einen IC 
und möglicherweise nur eine bestimmte Charge betrifft. Z.B. 
Materialmigration einer Metalebene, die knapp an der Toleranzgerenze 
liegt und wo Materialmigration im Laufe der Jahre stattfand.
Vielleicht auch nur in einem bestimmten Gerät, weil vielleicht nur dort 
das Schaltentzteil beim Einschalten einen Überschwinger mit einer 
Spannungstransiente auf der Versorgungsspannung produziert.
Möglich ist vieles, die genaue Ursache zu finden, kann aber sowohl 
zeitlich, als auch finanziell, ein Fass ohne Boden sein.

von Jens G. (jensig)


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Gerald B. schrieb:
> Suche doch mal im Netz nach konkret dem bei dir verbauten IC.
> Möglicherweise ist es ja ein spezifischer Bug, der nur diesen einen IC
> und möglicherweise nur eine bestimmte Charge betrifft. Z.B.

Wahrscheinlicher ist es vielleicht eher, daß der IC ständig am Limit 
betrieben wird, und kurz vorm Ende diese Degradation zeigt. Aber dann 
isses nicht mehr weit bis zum völligen Kollaps.

von Gustl B. (gustl_b)


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Falk B. schrieb:
> Eigentlich nicht.

Sehe ich eigentlich auch so.

Falk B. schrieb:
> ESD

Kann ich ausschließen.

Falk B. schrieb:
> LVDS sind Stromquellen, die sollten das aushalten.

Sehe ich auch so, wollte nur eine Bestätigung.

Gerald B. schrieb:
> Suche doch mal im Netz nach konkret dem bei dir verbauten IC.

Naja, die Chips sind mir bekannt, ich darf aber hier keine Details 
geben.

Jens G. schrieb:
> Wahrscheinlicher ist es vielleicht eher, daß der IC ständig am Limit
> betrieben wird,

Aber wie betreibt man einen LVDS Treiber am Limit? Beschaltung und so 
sieht OK aus.

von Falk B. (falk)


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Gustl B. schrieb:
> Aber wie betreibt man einen LVDS Treiber am Limit?

Überlastung. Wird zu heiß.

>Beschaltung und so sieht OK aus.

Da sagen sie alle. Schaltplan? Ach nee, ist ja ein Area51 Projekt ;-)
Albern!

von Gustl B. (gustl_b)


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Falk B. schrieb:
> Überlastung

Was wäre denn Überlastung? Zu kleiner Terminierungswiderstand?

Falk B. schrieb:
> Wird zu heiß.

Nein, ist gekühlt.

Falk B. schrieb:
> Ach nee, ist ja ein Area51 Projekt ;-)
> Albern!

Nein, das nicht, in diesem Fall würden Details aber nichts bringen. Es 
ist eben ein Baustein mit LVDS Ausgang und einer mit LVDS Eingang. 
Funktioniert auch wunderbar, aber nach mehreren Jahren irgendwann nicht 
mehr.

Wobei, dann gebe ich eben Details:
Ich habe hier einen ADC, HMCAD1511 an einem FPGA Artix7. Am ADC kann man 
den Treiberstrom für das LVDS einstellen.
Das hat auch alles prima funktioniert. Lief jetzt seit Mitte 2020 fast 
im Dauerbetrieb und jetzt gab es Ausfälle, Datenfehler. Wenn ich jetzt 
den Treiberstrom minimal erhöhe sieht wieder alles gut aus.
Ich hatte auf der Platine anfangs intern und extern terminiert, also 
zusammen 50 Ohm. Das lief so für ein paar Monate, dann hab ich die 
externe Terminierung entfernt und nur intern terminiert.
Den LVDS Swing habe ich noch nicht gemessen. Entweder der Artix will 
nach vielen Monaten einen höheren Swing um das korrekt zu erkennen oder 
der ADC gibt nach der Zeit einen kleineren Swing aus. Ich kann mir das 
nicht erklären. Die Platinen war die Zeit in einem Gehäuse und wurde mit 
einem Lüfter gekühlt. Auf FPGA und ADC sitzt sogar je ein Kühlkörper.

von Falk B. (falk)


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Gustl B. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Überlastung
>
> Was wäre denn Überlastung? Zu kleiner Terminierungswiderstand?

Thermisch oder elektrisch.

>> Wird zu heiß.
>
> Nein, ist gekühlt.

Wie denn? Und vor allem, warum? Läuft der auf sooo hohen Taktraten?
Wieviele Kanäle?
Welcher Typ? Ach ja, geheim.

>> Ach nee, ist ja ein Area51 Projekt ;-)
>> Albern!
>
> Nein, das nicht, in diesem Fall würden Details aber nichts bringen.

Lass das mal den Rest der Welt entscheiden.

> Es
> ist eben ein Baustein mit LVDS Ausgang und einer mit LVDS Eingang.
> Funktioniert auch wunderbar, aber nach mehreren Jahren irgendwann nicht
> mehr.

Wieviele Betriebsstunden? Bei welcher Umgebungstemperatur? Wird da ein 
Kabel an- und ab gesteckt (ESD)? Oder alles nur auf einer Platine? 
(Vermutlich)

> Wobei, dann gebe ich eben Details:
> Ich habe hier einen ADC, HMCAD1511 an einem FPGA Artix7. Am ADC kann man
> den Treiberstrom für das LVDS einstellen.
> Das hat auch alles prima funktioniert. Lief jetzt seit Mitte 2020 fast
> im Dauerbetrieb und jetzt gab es Ausfälle, Datenfehler. Wenn ich jetzt
> den Treiberstrom minimal erhöhe sieht wieder alles gut aus.
> Ich hatte auf der Platine anfangs intern und extern terminiert, also
> zusammen 50 Ohm.

LVDS hat 100 Ohm.

> Das lief so für ein paar Monate, dann hab ich die
> externe Terminierung entfernt und nur intern terminiert.

Sinnvoll.

> Den LVDS Swing habe ich noch nicht gemessen. Entweder der Artix will
> nach vielen Monaten einen höheren Swing um das korrekt zu erkennen oder
> der ADC gibt nach der Zeit einen kleineren Swing aus.

Ohne Messung ist das nur Rätselraten.

"I like to measure things."

Bob Pease (RIP)

> Ich kann mir das
> nicht erklären. Die Platinen war die Zeit in einem Gehäuse und wurde mit
> einem Lüfter gekühlt. Auf FPGA und ADC sitzt sogar je ein Kühlkörper.

Schön, aber wenn man es falsch macht, können die Dinger trotzdem 
überhitzen. Luftstrom gesichert?

von Gustl B. (gustl_b)


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Falk B. schrieb:
> Ohne Messung ist das nur Rätselraten.

Ja, ist mir klar. Aber da eine Erhöhung des LVDS Treiberstroms hilft, 
werde ich es dabei belassen.

Der ADC ist ein kleines QFN48 und frisst ca. 700 mW. Das FPGA frisst 
noch deutlich mehr. Daher jeweils die Kühlkörper und der Lüfter. 
Umgebung ist hier im Keller so 20 Grad und ESD kann ich ausschließen.
Aber gut, ich werde da jetzt nichts messen, vor allem weil ich kein Oszi 
habe mit dem ich das 1 GBit LVDS messen könnte.

von Falk B. (falk)


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Gustl B. schrieb:
> Umgebung ist hier im Keller so 20 Grad und ESD kann ich ausschließen.

Was misst man im Keller mit so einem ADC 24/7?

von Hp M. (nachtmix)


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Gustl B. schrieb:
> Nein, ist gekühlt.

Wirklich?
Oder ist jetzt so viel Staub in der Kiste, dass die Kühlung schlechter 
geworden ist?

von Clemens L. (c_l)


Angehängte Dateien:

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Gustl B. schrieb:
> Kann es sein, dass da über Jahre hinweg der Pegel/Strom geringer wird
> und wenn ja, was sind mögliche Ursachen?

Elektromigration wegen zu hoher Spannung oder Temperatur.

> Ich hatte auf der Platine anfangs intern und extern terminiert, also
> zusammen 50 Ohm.

Die Begriffe "intern" und "extern" sind mehrdeutig. Ein Schaltplan hätte 
geholfen. LVDS verlangt genau einen Terminierungswiderstand, am 
Empfänger.

LVDS-Treiber sollten sich eigentlich wie Stromquellen verhalten (siehe 
Bild). Aber 50 Ω ist so weit außerhalb der normalen Spezifikationen, 
dass alles mögliche passieren kann. (50 Ω würde nur für M-LVDS benutzt 
werden.)

> Auf FPGA und ADC sitzt sogar je ein Kühlkörper.

Wenn der LVDS-Treiber nicht für die höhere Last ausgelegt wurde, dann 
ist es möglich, dass die thermische Impedanz zum Kühlkörper nicht klein 
genug ist.

> Ich hatte auf der Platine anfangs intern und extern terminiert, also
> zusammen 50 Ohm. Das lief so für ein paar Monate, dann hab ich die
> externe Terminierung entfernt und nur intern terminiert.
> Lief jetzt seit Mitte 2020 fast im Dauerbetrieb und jetzt gab es
> Ausfälle, Datenfehler.

Da fehlt irgendwie der zeitliche Zusammenhang. Ich würde eher vermuten, 
dass die 50-Ω-Terminierung keinen großen Schaden verursacht hat, und 
dass die Schäden durch andauernde Überhitzung entstanden sind. Ich kann 
aber nicht einschätzen, wie gut deine Kühluing ist.

von Falk B. (falk)


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Clemens L. schrieb:
> Die Begriffe "intern" und "extern" sind mehrdeutig.

Im FPGA oder außerhalb.

> Wenn der LVDS-Treiber nicht für die höhere Last ausgelegt wurde, dann
> ist es möglich, dass die thermische Impedanz zum Kühlkörper nicht klein
> genug ist.

700mW sind jetzt nicht sooo viel, wenn gleich das QFN48 Gehäuse auch 
nicht riesig ist.

Es kann auch sein, daß durch einen Softwarefehler + den 
Terminierungsfehler der Ausgangsstrom ganz woanders steht, als der OP 
glaubt und damit die Pegel grenzwertig sind. Laut Datenblatt kann man 
das Ding zwischen 0,5(!) und 7,5mA einstellen! Außerdem kann man noch 
die Phasenlage von Takt und Daten einstellen. Da kann Einiges schief 
gehen, auch die Signalintegrität auf der Leituung. Aber ja, 1Gbit/s muss 
man erstmal messen können!

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Wie lang ist denn das LVDS Kabel (Stichwort kapazitives Übersprechen) 
Meist sind die so 25-30 cm lang.
Ich könnte mir vorstellen, das man da mit längerem Kabel und einem 
Schirm die Verluste unfreiwillig hochtreiben kann.

von Gustl B. (gustl_b)


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Gerald B. schrieb:
> Wie lang ist denn das LVDS Kabel

Leiterbahnen und kleiner 5 cm.

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Falk B. schrieb:
> Schaltplan? Ach nee, ist ja ein Area51 Projekt ;-) Albern!

Gustl B. schrieb:
> Nein, das nicht, in diesem Fall würden Details aber nichts bringen. Es
> ist eben ein Baustein mit LVDS Ausgang und einer mit LVDS Eingang.

Ich finde das schon albern. Du möchtest zu den Eigenschaften eines 
bestimmten aber geheimen IC beraten werden. Wie soll das gehen? Denkst 
du etwa, alle Schaltungen mit LVDS Mikrochips haben genau die gleichen 
Eigenschaften?

Um auf deine Frage zurück zu kommen:

Gustl B. schrieb:
> Kann es sein, dass da über Jahre hinweg der Pegel/Strom geringer wird
> und wenn ja, was sind mögliche Ursachen?

Die gewünschte Antwortet lautet: Ja das kann sein.

Ich würde noch hinterfragen, wie wahrscheinlich das ist. Wenn man die 
Bauteile (gemäß Datenblatt) richtig behandelt dann funktionieren sie 
normalerweise zeitlich unbegrenzt ordentlich.

Gegenbeispiel: Leuchtdioden werden allmählich dunkler, aber das steht 
auch klipp und klar im Datenblatt.

: Bearbeitet durch User
von Gustl B. (gustl_b)


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Steve van de Grens schrieb:
> Du möchtest zu den Eigenschaften eines bestimmten aber geheimen IC
> beraten werden. Wie soll das gehen?

Den Chip habe ich mittlerweile genannt.

Wieso werden Leuchtdioden dunkler? Ist das nur bei hoher Temperatur oder 
immer so dass die dunkler werden?

von Falk B. (falk)


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Gustl B. schrieb:
> Wieso werden Leuchtdioden dunkler? Ist das nur bei hoher Temperatur

Naja, die Temperatur ist schon der wesentliche Faktor. Dabei 
diffundieren halt die Dotierungsbestandteile in die Richtung, in die sie 
nicht sollen. Die Stromdichte hat aber auch Einfluß.

Wie das nun GENAU bei den LEDs ist, weiß ich nicht.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Gustl B. schrieb:
> Wieso werden Leuchtdioden dunkler? Ist das nur bei hoher Temperatur oder
> immer so dass die dunkler werden?

Ja Leuchtdioden werden mit zunehmender Temperatur dunkler und das 
Spektrum wird langwelliger.

Wenn du es ganz genau wissen willst:
https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/8208/1/2018-11-14_Wagner_Max.pdf

von Falk B. (falk)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Ja Leuchtdioden werden mit zunehmender Temperatur dunkler und das
> Spektrum wird langwelliger.

Das war gar nicht die Frage, sondern wie sie GENAU altern!

von Stefan F. (Gast)


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Gustl B. schrieb:
> Wieso werden Leuchtdioden dunkler? Ist das nur bei hoher Temperatur oder
> immer so dass die dunkler werden?

Weil sie verschleißen. Detaillierter weiß ich es nicht. Der Verschließ 
hängt sogar sehr stark von der Temperatur ab, siehe:

https://www.mouser.com/pdfdocs/SeoulThermal.pdf Kapitel 15

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