Amp mede torção na placa (infelizmente!)

Bem, isso é difícil - embora bastante simples. Alguém tem experiência com a torção da placa que afeta o seu circuito?

Temos um design de placa que deve medir uma célula de carga. Finalmente, rastreamos uma falha de precisão do sistema até o amplificador IC. Quando torcemos a placa, o amplificador IC muda sua saída.

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RM adicionado:

O circuito:

Folha de dados aqui

O ganho é de 100.000 / R7 = ~ 454,5, de acordo com a folha de dados p15.

Recebo + 80mV quando torço a placa dos quatro cantos. Estou usando a quantidade de torção que uso para desbloquear meu carro com a chave do carro. Recebo -80mV quando torço para o outro lado. A quantidade de torção é proporcional à variação na tensão de saída.

Como alternativa, se eu colocar, digamos, uma pressão típica de lápis na parte superior do CI, recebo + 20mV. Este é o canto mais sensível do IC próximo ao pino 1.

Para isolar o circuito do amplificador, coloquei um curto-circuito na entrada e desconectei outros circuitos para que o que você vê no diagrama seja com o que estamos testando.

Estou preso. Que princípio da física causaria isso? Como posso evitar isso?

Notas:

1. Isso é uma falha do sistema, não uma falha de placa única . Isso acontece em todas as nossas diretorias.
2. Tentei voltar a soldar os pinos. Esse não é o problema.
3. Não é o resistor de ganho R7. Eu coloquei isso em longas pistas para testar sua torção separadamente. Torcer isso não faz nenhuma diferença.
4. O resistor R7 é de 220 ohms, o que equivale a um ganho de amplificador de 456
5. O trilho de fonte de alimentação, AVdd, mede constantemente em 3,29V
6. O IC é o AD623ARM padrão do setor (pacote uSOIC)
7. Para quem realmente precisa vê-lo, aqui está o quadro - embora eu tenha medo de que isso eleve mais arenques vermelhos do que respostas:

Existem efeitos conhecidos como esse que precisam ser levados em consideração para circuitos de alta precisão. Os gradientes térmicos também podem ter efeitos adversos, orientação dos componentes ao longo ou ao longo dos gradientes de tensão e térmicos, etc.

É claro que precisamos adivinhar porque não podemos saber magicamente o que está no pacote. Mas um palpite é que o dado seja ligado eutético ou colado rigidamente no fundo da cavidade da embalagem. Uma pequena embalagem SOIC não é muito compatível (ou seja, rígida), portanto as tensões se traduzem diretamente no piso da cavidade da matriz da embalagem e, em seguida, através da matriz, são anexadas ao substrato Si. O estresse pode afetar adversamente o desempenho do Si, afetando a mobilidade do elétron / orifício e o Si tem resistência piezo conhecida (através de efeitos semelhantes de alterações da rede).

De fato, a Intel usa estresse localizado para aumentar o desempenho dos transistores PMOS em alguns nós do processo. Ao criar circuitos de precisão em silico, recomenda-se que os amplificadores sensíveis em Si não tenham camadas metálicas sobre eles, para que os transistores não sejam afetados adversamente. (mas aqui está uma questão correspondente).

para testar a hipótese: eu recomendo desoldering o amplificador e, em seguida, anexando stubs curtos de PTH (resistor funcionaria) leva a levantar a embalagem do PCB para que o estresse não se traduza na embalagem. Depois de mexer com isso e reaparecer. Você deve ver uma alteração e, portanto, uma verificação. Use as novas "pernas" como membros compatíveis. Ou use uma trança de solda se você quiser realmente se deixar levar.

Soluções? uma versão DIP da mesma peça terá menos problemas porque os leads são compatíveis. Nesse caso, pode ser utilizado um composto térmico conforme a embalagem para obter calor.

Você também deve considerar o design do seu quadro como um fator contribuinte. Talvez a execução de reforços (no design existente) como teste ajude a eliminar / estudar o problema. Eu teria pedaços de resina epóxi mais rígidos de FR4 (na borda) só para ver.

Você tem um ganho bastante grande no amplificador operacional. Os 80mV que você vê correspondem a cerca de 100uV na entrada! Qualquer coisa que você faça que coloque 0,1 mV extra em uma entrada explicará sua observação. Mesmo apenas tocando o quadro no lugar errado pode fazer isso.

A resposta simples é "não torça o tabuleiro". Monte de uma maneira que não seja esse o problema, talvez em um canto.

Estou curioso. Você está vendo um problema estático ou dinâmico? Montar uma placa é uma coisa estática, que não deve mudar com o tempo. O deslocamento de entrada (se é isso que é) que você vê quando torce a placa está dentro das especificações do AD623 com esse ganho. Se um STATIC 80mV na saída for um problema aqui, você especificou o chip errado. Isso não quer dizer que você espera que uma intervenção mecânica altere o deslocamento de entrada, é claro, apenas que um deslocamento estático desse tamanho é esperado com este IC.

Algumas das outras respostas têm boas sugestões, mas aqui está mais uma. Quando ouço que o estresse físico está alterando o desempenho de um circuito, desconfio imediatamente dos capacitores na placa. Os capacitores são notoriamente sensíveis ao estresse e podem facilmente induzir sinais em circuitos de precisão como esse devido a estresse ou vibração.

No entanto, seu circuito, como está desenhado, não contém capacitores em locais onde eles devem poder fazer isso.

Isso me faz pensar que existem no seu circuito alguns capacitores que você não utilizou.

O que vem à mente é o parasita entre as entradas do amplificador (pinos 2 e 3) e qualquer potência ou plano de terra próximo. É prática comum colocar aberturas nos planos de potência e terra abaixo de qualquer nó de alta impedância em um circuito de precisão como este. No caso do AD623, as entradas têm cerca de 2 Gigohm de resistência equivalente, e você também está aplicando um alto ganho a qualquer sinal induzido (diferencialmente) nesses pinos.

Se você não cortou a energia / terra abaixo dos pinos de entrada do AD623 (e qualquer cobre conectado a eles), o estresse da placa alterará o valor da capacitância parasita, fazendo com que a carga se mova, e eu poderia imaginar isso criando o tipo de sinais de deslocamento que você está vendo.

É menos provável que essa hipótese esteja certa, uma vez que você está testando com os pinos de entrada em curto, mas eu verificaria se as outras questões não forem comprovadas.

Ok, deixe-me resumir. As respostas sobre 'efeito strain gauge' ou o efeito do estresse de silício sobre a mobilidade parecem estar corretas. O efeito do estresse nas entradas é multiplicado pelo ganho do amplificador.

Retirei completamente a embalagem da placa e a testei sem uma placa, conectando os fios a uma placa de pão. O estresse apenas no chip ainda tem o mesmo efeito.

Meus testes adicionais mostram que o pacote uSOIC que estou usando é cerca de 10 vezes pior (mais sensível ao estresse) do que o pacote DIP. Isso é consistente com a variação especificada da folha de dados para a parte uSOIC. Acho que posso usar uma próxima rodada padrão do SOIC.

Alguns de meus amigos forneceram as duas respostas a seguir que incluirei para referência:

[Greg Bauer]: Gostaria de saber se isso é devido a uma deformação do IC (como você sem dúvida pensa), que está resultando em um manômetro equivalente ou em uma reação de manômetro no silício da extremidade frontal do amplificador. Como o amplificador terá suas próprias entradas diferenciais, quaisquer efeitos que desequilibrem essa entrada causarão uma variação nas tensões de deslocamento de entrada que são então amplificadas (pelo ganho de malha aberta?) E depois para a saída.

Talvez eu precise pensar um pouco mais sobre isso.

Eu sei que nos velhos tempos em que os semicondutores eram rochas e dinossauros reinavam, se você pressionasse a peça de silicone em um amplificador operacional 2N3055 ou LM301, você teria alguns efeitos interessantes - na verdade, a onda sonora apontada para um metal da velha escola pode LM301 com a tampa removida pegaria como um microfone muito, muito incrivelmente, muito ruim (estava tocando com esses amplificadores operacionais em ~ 1976).

[Gary Anderson]: Parece que você está operando seu amplificador como um medidor de tensão. Ao girar a placa, você também estará torcendo a matriz do amplificador, o que causará pequenas alterações nos resistores dentro do amplificador. As oscilações de 80mV estão dentro das especificações desta parte. (Tensão de compensação de entrada de 200µV vezes 454 = 90mV.)

Você tem algum problema ao dobrar a placa em sua aplicação? Nesse caso, talvez seja necessário rotear slots na sua placa para desassociar as partes sensíveis. Melhor não dobrar o tabuleiro.

Você não pode esperar fazer um teste sensato com o AD623 configurado em seu diagrama de circuitos. Embora você tenha entradas em curto, elas precisam ter a capacidade de "liberar" suas respectivas correntes de polarização de entrada para o terra: -

Não estou dizendo que seu verdadeiro circuito de trabalho é problemático nessa área - apenas sua configuração de teste. No entanto, se o seu circuito "adequado" não tiver componentes que possam remover essas correntes de polarização, você terá esse tipo de problema.