Multiplexer CD4051

[urs]

Hi,

in meiner Schaltung (zwanzig Jahre bewährt) verwende ich ein IC CD4051
als Multiplexer.
In letzter Zeit tritt be ienigen Prozenten der Prints ein merkwürdeiger
Effekt auf: der Ausgang hat einen Offset gegen Minus.
Der Signalteil wird mit +- 8V gespiesen, der Digitalteil mit 0/8V.
Vielleicht hat jemand von Euch noch eine Erinnerung an irgendsowas und
kann mir einen Tipp geben??

Danke
Urs

 

[Heiko Nocon]

urs wrote:

In letzter Zeit tritt be ienigen Prozenten der Prints ein merkwürdeiger
Effekt auf: der Ausgang hat einen Offset gegen Minus.

Könntest du das bitte nochmal in's Reine formulieren und bei der
Gelegenheit etwas konkretisieren? Was meinst du mit "Offset gegen
Minus"? Offsetspannung gegen VSS oder gegen VEE? Wie hoch? Bei welcher
Last gemessen? Wie ist die Ein- und Auskopplung des Analogsignals
realisiert?

Am besten Prinzipschaltbild (ein Eingang, ein Ausgang und
Stromversorgung reicht) in ASCII-Art posten.

 

[Pascal Le Bail]

urs wrote:

in meiner Schaltung (zwanzig Jahre bewährt) verwende ich ein IC CD4051
als Multiplexer.
In letzter Zeit tritt be ienigen Prozenten der Prints ein merkwürdeiger
Effekt auf: der Ausgang hat einen Offset gegen Minus. Der Signalteil
wird mit +- 8V gespiesen, der Digitalteil mit 0/8V.

Ich habe zwar keine Ahnung, ob das die Ursache sein kann; mir faellt aber
auf, dass die Versorgungsspannung des Analogteils (Vdd-Vee) bei Deiner
Schaltung 16 V betraegt. Laut Datenblatt sind (zumindest bei Philips) nur
15 V erlaubt (bei "Absolute Maximum Ratings" steht zwar 18 V, aber es ist
nicht gesagt, dass das Ding dann noch korrekt funktioniert).

--
Gruesse,
Pascal Le Bail, Wien

 

[urs]

Pascal,
danke für den Input.
Ich habe mir das Datenblatt des 4051 nochmals angesehen, wir brauchen
welche von TI.
Diese spezifizieren für die Speisungabs. max Rating 20V und geben
Messdaten für einige Prameter bis 18V.
Wir müssten also noch im grünen Bereich liegen. Dies bedeutet aber auch,
das wir dieses IC nicht von jedem Hersteller beziehen dürfen....

Danke
Urs Bögli

Pascal Le Bail schrieb:

urs wrote:



in meiner Schaltung (zwanzig Jahre bewährt) verwende ich ein IC CD4051
als Multiplexer.
In letzter Zeit tritt be ienigen Prozenten der Prints ein merkwürdeiger
Effekt auf: der Ausgang hat einen Offset gegen Minus. Der Signalteil
wird mit +- 8V gespiesen, der Digitalteil mit 0/8V.



Ich habe zwar keine Ahnung, ob das die Ursache sein kann; mir faellt aber
auf, dass die Versorgungsspannung des Analogteils (Vdd-Vee) bei Deiner
Schaltung 16 V betraegt. Laut Datenblatt sind (zumindest bei Philips) nur
15 V erlaubt (bei "Absolute Maximum Ratings" steht zwar 18 V, aber es ist
nicht gesagt, dass das Ding dann noch korrekt funktioniert).

 

[Rafael Deliano]

Urs Bögli
Jetzt hat er sogar Realnamen und ist damit beantwortungswürdig.

ein Kondensator.
Dieser Offset tritt nicht von Anfang an auf , sondern baut sich über
einige Tage bis Wochen auf.
Es bleibt zu hoffen, daß es ein guter Kondenstor ( WIMA usw. ) ist.

Schlechte Kerkos haben erstaunliche Effekte ( Dieelectric Absorbtion ).
Mir haben sie unlängst in einen Integrator ( TL084 , Widerstand am
Eingang 2,2M Ohm ) einen 100nF Z5U Abblockkerko reingefertigt.
Der Integratorservo hätte den DC-Anteil eines AC-Verstärkers beseitigen
sollen. Nicht die gesamte Charge ist ausgefallen nur einige Geräte,
es haben sich also nichtmal alle Kondensatoren gleich verhalten.
Der Effekt ( wegdriften & niederfrequentes Schwingen der Schaltung )
kam erst viele Minuten nach Einschalten, wurde deshalb vom Prüfgerät
nichtmehr erfasst und die Baugruppen haben erstmal Ehrenrunde
Kunde & zurück hingelegt.

MfG JRD

 

[Heiko Nocon]

urs wrote:

Das Signal wird über einen 1MOhm Widerstand auf den gemeinsamen Eingang
des Mux geführt und an einem der Ausgänge hängt ein Kondensator.

Also sieht die Prinzipschaltung des Analogteils so aus?


R ----- C
----- | | | |
o---| |-------| |-------| |-------o
----- | | | |
-----
Analogschalter

o-------------*---------------------------o
|
o Vss



Bei dieser Schaltung kannst du kein definiertes Gleichspannungspotential
Ausgang erwarten, da der bei offenem Schalter floated. Kleinste
parasitäre Ladungen können hier bereits zu recht hohen Offsetspannungen
führen.

Dieser Offset tritt nicht von Anfang an auf , sondern baut sich über
einige Tage bis Wochen auf. Im Moment kann ich mir nur
Elektrstatikschäden als Ursache vorstellen, aber vielleicht kennt Ihr
noch andere Erklärungsmöglichkeiten.

Bei der Schaltung sind einfach keine Maßnahmen getroffen worden, um für
ein definiertes Gleichspannungspotential zu sorgen. Der einzige Weg zum
Potentialausgleich mit Vss führt über den Quellwiderstand (und das auch
noch nur bei geöffnetem Tor) und der ist offensichtlich zu hoch, um
darüber in der zur Verfügung stehenden Zeit die Ladungen abführen zu
können.

Schuld könnte tatsächlich der von anderen schon erwähnte Betrieb mit
Überspannung sein, da der natürlich eine Erhöhung der Leckströme nach
sich zieht.

 

[urs]

Heiko,

sorry, immer noch lausiger Beschrieb:
der Kondensator hängt an Ground und bildet zusammen mit dem R einen
Tiefpass (T~1sec)

R -----
----- | |
o---| |-------| |-----------+-------------
----- | | |
----- |
|
Analogschalter _____
_____ C=1uF

|
o-------------*-----------------+--------+------+-o | o Vss

Der Kondensator ist natürlich kein Elko, sondern ein verlustarmer
Folienkondensator
Wenn der Schalter offen ist, soll nämlich der Kondensator seine Ladung
behalten. Damit ergibt sich am Ausgang der Schaltung in etwa der
Mittelwert der Spannung am Eingang, aber nur während der Zeit in der der
Schalter gschlossen ist.
Der Analogteil des Schalters ist mit +/- 8V gespiesen, damit auch
negative Spannungen besser gesagt Ströme fliessen können. Meine Meinung
nach ist das im erlaubten Bereich, midestens bei einem Teil der Hersteller.

Herzliche Grüsse
Urs Bögli





Heiko Nocon schrieb:

urs wrote:

Das Signal wird über einen 1MOhm Widerstand auf den gemeinsamen Eingang
des Mux geführt und an einem der Ausgänge hängt ein Kondensator.


Dieser Offset tritt nicht von Anfang an auf , sondern baut sich über
einige Tage bis Wochen auf. Im Moment kann ich mir nur
Elektrstatikschäden als Ursache vorstellen, aber vielleicht kennt Ihr
noch andere Erklärungsmöglichkeiten.



Bei der Schaltung sind einfach keine Maßnahmen getroffen worden, um für
ein definiertes Gleichspannungspotential zu sorgen. Der einzige Weg zum
Potentialausgleich mit Vss führt über den Quellwiderstand (und das auch
noch nur bei geöffnetem Tor) und der ist offensichtlich zu hoch, um
darüber in der zur Verfügung stehenden Zeit die Ladungen abführen zu
können.

Schuld könnte tatsächlich der von anderen schon erwähnte Betrieb mit
Überspannung sein, da der natürlich eine Erhöhung der Leckströme nach
sich zieht.

 

[Rafael Deliano]

Das Teil ist letztlich eine S&H mit all deren möglichen Macken
die in der Literatur insbesondere ApplicationNotes ja beschrieben sind.
Z.B. Charge Transfer von der Steuerspannung aus, wenn die zackiger
als üblich schaltet.

Der Analogteil des Schalters ist mit +/- 8V gespiesen, damit auch
negative Spannungen besser gesagt Ströme fliessen können. Meine Meinung
nach ist das im erlaubten Bereich, midestens bei einem Teil der Hersteller.
RCA hatte in den 70er Jahren seine CD40xx auf 18V Betriebsspannung

spezifiziert Leakage bei 20V getestet. Hohe Spannung schadet nur
wenn man versucht mit MHz zu takten, weil sie wegen Durchschuß heiß
werden.

ESD: wenn jemand das Gate eines der beiden Fets im Analogschalter
geschossen hat ( was wegen der Schutzdioden gegen Versorgung ja nicht
so einfach wie bei diskreten kleinen MOS-Fets ist ) sollte man das ja
als Leckstrom messen können.

Was kommt eigentlich nach dem 1uF für ein OP als Pufferstufe ?

MfG JRD

 

[urs]

Rafeal,
Die taktfrequenz beträgt ca 40Hz (nicht kHz / Mhz), so dass die ganzen
HF Gschichten wohl vernachlässigbar sind.
Nach dem Kondensator kommt ein OPAmp LF347, besonders hochohmiger
Eingang und stabil.

Danke
Urs Bögli

Rafael Deliano schrieb:

Das Teil ist letztlich eine S&H mit all deren möglichen Macken
die in der Literatur insbesondere ApplicationNotes ja beschrieben sind.
Z.B. Charge Transfer von der Steuerspannung aus, wenn die zackiger
als üblich schaltet.



Der Analogteil des Schalters ist mit +/- 8V gespiesen, damit auch
negative Spannungen besser gesagt Ströme fliessen können. Meine Meinung
nach ist das im erlaubten Bereich, midestens bei einem Teil der Hersteller.


RCA hatte in den 70er Jahren seine CD40xx auf 18V Betriebsspannung
spezifiziert Leakage bei 20V getestet. Hohe Spannung schadet nur
wenn man versucht mit MHz zu takten, weil sie wegen Durchschuß heiß
werden.

ESD: wenn jemand das Gate eines der beiden Fets im Analogschalter
geschossen hat ( was wegen der Schutzdioden gegen Versorgung ja nicht
so einfach wie bei diskreten kleinen MOS-Fets ist ) sollte man das ja
als Leckstrom messen können.

Was kommt eigentlich nach dem 1uF für ein OP als Pufferstufe ?

MfG JRD

 

[Rafael Deliano]

Die taktfrequenz beträgt ca 40Hz (nicht kHz / Mhz), so dass die
ganzen HF Gschichten wohl vernachlässigbar sind.
Das digitale Steuersignal des MUX ist steilflankig. Aber bei 1uF

kommt tatsächlich nicht genug Ladung rüber um die Spannung merklich
zu verändern.

LF347
Der solltes tun.

MfG JRD

 

[urs]

Ok,
die Schaltung wäre jetzt geklärt und verstanden.
Der 4051 geht aber weiter hin in einigen Fällen kaputt und zieht den
Ausgang der Schalting (Kondensatorladung) etwa 1V nach unten.
Auswechseln des ICs löst das Problem.
Aber wo ist die Ursache??

Danke für alle Tipps
Urs Bögli




Rafael Deliano schrieb:

Die taktfrequenz beträgt ca 40Hz (nicht kHz / Mhz), so dass die
ganzen HF Gschichten wohl vernachlässigbar sind.


Das digitale Steuersignal des MUX ist steilflankig. Aber bei 1uF
kommt tatsächlich nicht genug Ladung rüber um die Spannung merklich
zu verändern.



LF347


Der solltes tun.

MfG JRD

 

[Rafael Deliano]

Der 4051 geht aber weiter hin in einigen Fällen kaputt ...
Auswechseln des ICs löst das Problem.
Aber wo ist die Ursache??
a) Gateoxid hält die +/-8V bei bestimmten ICs der Charge

wegen Bauteilstreuung tatsächlich nicht. Oder Spannung
ist im Einschaltaugenblick höher. Oder ESD-Spike zieht
Spanung hoch, weil extern kein passender Abblockkerko
Gateoxid kann man ( zerstörend ) messen, indem man
Versorgungsspannung langsam erhöht und sieht wo der Knick
in der Stromaufnahme ist. Elektronen gehen natürlich
schon vorher durch und zerstören, das Oxid ( vgl charge
trapping bei EPROMs ) das erklärt schleichende Ausfälle.
Allerdings: TO-220 MOS-Fets werden auf +/-20V spezifiziert
der Durchbruch ist aber erst bei 70-80V ( vgl. Internat.
Rectifier AN 986 "ESD Testing of MOS-Gated Power Transistors" )
Die haben keine Schutzdiode muß Oxid alles aushalten.
Ich habe keine Ahnung wieviel CD40xx aushält, müsste
man mal billige Charge von Pollin oder ebay kaputttesten.

b) Power-up/power-down sequencing.
z.B.:
* Logiksignal liegt an bevor +Vcc anliegt
* negative Spannung plötzlich positiver als GND.
* positive/negative Spannung schalten schlagartig ab,
der geladene 1uF entlädt sich dann ins IC ( da sollten
die internen Klemmdioden helfen. Vgl jedoch externe Diode
in Datenblättern: CD4538 unf 74HC4538. Manche "analogen" Eingänge
sind ungeschützt um Lecksröme zu vermeiden ).

MfG JRD