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ADS131E06: 芯片在装置上电和群脉冲试验过程中,ADC芯片出现复位、工作异常、状态字错误等问题;

Part Number:ADS131E06Other Parts Discussed in Thread: ADS8556

TI FAE您好:
我司产品使用了贵司的ADC芯片ADS131E06:
(一)硬件设计简述如下:
(1)我司产品为板卡式插拔装置,19英寸宽标准机箱,机箱外壳为金属材质且接地,使用了ADS131E06芯片的板子称为遥测板;
(2)遥测板分带MCU遥测板和不带MCU遥测板,不带MCU遥测板上的ADC配置操作和数据读取由带MCU遥测板管理;
(3)带MCU遥测板和不带MCU遥测板都分别使用了5片ADS131E06芯片,且工作在菊花链模式下;
(4)ADC芯片前端输入信号处理电路参照芯片数据手册和demo参考报推荐电路进行设计,输入电压和电流检测信号经过互感器后,由电阻采样和无源RC滤波电路后输入到ADC芯片差分输入引脚上,见下图:
  
(二)问题描述:
(1)装置在上电过程中容易出现ADC芯片寄存器配置失败,状态字错误等问题;
(2)在做群脉冲干扰试验时(试验等级:±2KV、5KHz;通过EFT耦合夹耦合到装置遥测板输入信号线上),ADC芯片必然会出现复位、寄存器配置值丢失、状态字错误等问题;
(三)疑问:
(1)造成上述问题的原因有哪些?
(2)会不会因为ADC芯片菊花链芯片数量太多,导致系统整体抗干扰性能不好?
(3)我司以前的旧产品使用了贵司的ADC芯片ADS8556,与ADS131E06芯片相比,前者的ESD防护等级为±2000V,后者为±1000V,所以ADS131E06芯片的抗干扰等级是不是本身就要差一些?但是ADS131E06芯片数据手册中的典型应用中就包括断路器和继电器保护应用(我司的产品即为该应用),而该类产品的抗干扰性能要求是很高的,ADS131E06芯片是否真的适合该应用?
(4)ADS131E06芯片为±2.5V供电时,芯片AVDD和AVSS管脚的旁路退耦电容是分别对AGND而言?还是AVDD相对于AVSS放置电容,因为DEMO参考板上的处理方式两者都有,如下图所示;
(四)希望得到的回复或帮助
(1)针对上述疑问点,请给出正确解释;
(2)要解决上述问题,有哪些措施可以做?在硬件设计上可以加什么防护措施?
急等,望尽快回复,谢谢!
Amy Luo:

您好,

user1846639 说:装置在上电过程中容易出现ADC芯片寄存器配置失败,状态字错误等问题;

检查下是否满足 datasheet 中11.1 Power-Up Timing部分的上电顺序,然后再进行寄存器配置。

user1846639 说:(2)在做群脉冲干扰试验时(试验等级:±2KV、5KHz;通过EFT耦合夹耦合到装置遥测板输入信号线上),ADC芯片必然会出现复位、寄存器配置值丢失、状态字错误等问题;

如您所说,ADS131E06 ESD防护等级为±1000V,试验等级±2KV,这超出了其防护等级,应该是这里的原因。

如果要过群脉冲干扰试验,我因为输入端需外加ESD IC。

user1846639 说:(4)ADS131E06芯片为±2.5V供电时,芯片AVDD和AVSS管脚的旁路退耦电容是分别对AGND而言?还是AVDD相对于AVSS放置电容,因为DEMO参考板上的处理方式两者都有,

建议按照datasheet说明连接,如下截图所示,因为DEMO板和Figure 67没有分开模拟地和数字地,所以都加了电容,如果分开的话,AVDD就是对AVSS加电容。

user1846639 说:(2)会不会因为ADC芯片菊花链芯片数量太多,导致系统整体抗干扰性能不好?

菊花链主要是转换数据的数字输出方面,与采样值正确不正确有关,应该与复位、寄存器配置值丢失、状态字错误关系不大。

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user1846639:

FAE:

您好!感谢回复!

针对问题中提到的群脉冲抗干扰试验,目前我们在互感器输出端(即ADC芯片的模拟信号输入端)增加了ESD器件,测试结果为:

(1)对于电流互感器通道(5A/2mA),在增加ESD器件后,能够通过群脉冲抗干扰试验;

(2)对于电压互感器通道(电流型电压互感器:2mA/2mA),在增加ESD器件后,依然不能通过群脉冲抗干扰试验;

我的理解是:

(1)对于电流互感器通道,由于互感器的输入输出匝数比较大,耦合到输出端的干扰信号幅度较弱。

(2)对于电压互感器通道,由于互感器的输入输出匝数比为1:1,耦合到输出端的干扰信号幅度较强,所以依然不能通过群脉冲抗干扰试验;

 

请问,对于电压互感器通道,还有什么防护措施吗?谢谢!

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Amy Luo:

因国庆节假期前休假了,很抱歉回复这么晚!

很高兴电流互感器通道在增加ESD器件后能够通过干扰试验。

对于电压互感器通道,我想应该是选择的ESD器件不合适造成的,下面链接是TI的ESD静电保护系列视频,希望您观看后以确认所使用ESD器件是否合适

https://edu.21ic.com/lesson/1899

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user1846639:

FAE:

您好!

针对群脉冲抗干扰问题,我们最近做了很多改进措施和验证,目前在群脉冲抗干扰效果和整改措施可行度上,总结出如下两条可行的整改措施:

(1)措施一:ADC芯片模拟输入前端、供电电源、PWDN、复位等信号引脚上均添加共模ESD保护器件;

(2)措施二:将数字地DGND和模拟地AGND从单点桥接改为多点桥接,如下图所示;

             

测试现象及结果:

(1)如果只针对措施一进行整改,ADC芯片的群脉冲抗干扰效果有所改善,但是不能完全避免;

(2)在措施一的基础上,在按照措施二进行整改,ADC芯片的群脉冲抗干扰效果会得到大幅改善,失败次数减少很多;

我们的疑问:

(1)此处AGND与DGND的单点桥接和多点桥接,导致ADC芯片群脉冲抗扰度效果不一致的原因主要是什么?是因为ESD保护管泄放的能量从AGND到DGND的阻抗不连续,导致泄放能量形成辐射干扰?

(2)对于该ADC芯片本身而言,由于没有分模拟地AGND引脚和数字地DGND引脚,那么对于此类ADC芯片,是否需做模拟地AGND和数字地DGND的分割处理?如果不做模拟地AGND和数字地DGND的分割处理,ADC的采样精度会不会影响很大?

望尽快回复,谢谢!

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Amy Luo:

1、您这里是采用0Ω电阻连接的AGND与DGND 吗?

user1846639 说:是因为ESD保护管泄放的能量从AGND到DGND的阻抗不连续,

我想可能是这里的原因,0Ω电阻在通过高频干扰时,可能会表现为电感特性,抑制高频能量的泄放,解决方法就是尽量加粗地线,以降低干扰对地阻抗;

2、ADS131E06划分了模拟地(AVSS)和数字地(DGND);

对于没有划分模拟和数字地的ADC芯片,建议按照其datasheet layout guidelines中的方法连接模拟地与数字地;

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