LMV321电路工作不良的原因求解测试有百分之10的板子的运放坏 -

标题: LMV321电路工作不良的原因求解测试有百分之10的板子的运放坏 [打印本页]

作者: 弯弯一笑520 时间: 2021-12-31 15:13
标题: LMV321电路工作不良的原因求解测试有百分之10的板子的运放坏
各位2022新年快乐！废话不说，上问题：电路如图，供电12V-24V，经LDO转9V，再经LDO转5V。但是测试发现，一上电，有百分之10的板子的运放坏了，具体表现为：用示波器打了输入有变化，输出一直不变，且V+ V-之间大于0.2V（正常的都在0.03V左右甚至更低）。更换新的芯片后正常。
运放芯片型号：LMV321IDBVR。第一批试产60个，没出现过这个情况。这批生产1100，刚测试了一百多个，已经出现10个不良了。
求教求教求教，悬赏求教！

作者: Hephaestus 时间: 2021-12-31 16:47
R13、R15的值不对，运放无法进入线性状态。C14更是离谱，给运放输出端接电容是非常愚蠢的行为。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2021-12-31 17:08

Hephaestus 发表于 2021-12-31 16:47
R13、R15的值不对，运放无法进入线性状态。C14更是离谱，给运放输出端接电容是非常愚蠢的行为。

我用运放没有什么经验，只知道C14可能不对，不线性和C14,哪个最可能导致损坏呢？烦请解释一下吧

作者: Hephaestus 时间: 2021-12-31 17:17

弯弯一笑520 发表于 2021-12-31 17:08
我用运放没有什么经验，只知道C14可能不对，不线性和C14,哪个最可能导致损坏呢？烦请解释一下吧

你查Datasheet上面输入共模电压范围VCM这个参数，在5V电源的时候是0~4V，你现在运放根本就不工作，谈坏还远着呢。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2021-12-31 18:31

Hephaestus 发表于 2021-12-31 17:17
你查Datasheet上面输入共模电压范围VCM这个参数，在5V电源的时候是0~4V，你现在运放根本就不工作，谈坏还 ...

多谢回复！
datasheet里面是说CMMR测试条件是在Vcm为0-4V时。Vcm超过会损坏运放吗？这个Vcm我一直不太理解。
这个产品测了很多个了，目的不是要线性量，只是因为光电对管的输出信号变化比较微弱，所以用了运放放大输出。目前测试输出正确，功能实现肯定是可以的。另外几个不良的运放是第一次一上电就坏了，换了运放就好了。
总之，目前真正需要解决的是运放会损坏的原因以及怎么补救。

作者: Y_G_G 时间: 2021-12-31 19:24
光耦已经加了上拉电阻,不知道为什么还要在后面加一个运放呢?信号直接给单片机处理不行吗?
如果一定要用运放,只要作为一个电压跟随器就可以了,没有必要什么放大的
你这个电路设计本身就有问题,共模电压大于规格值,能正常工作的那批是运气好,说不定你再测试,又有坏的出来了
如果你不知道什么叫共模电压,那就先百度一下

作者: dandan-tcb 时间: 2022-1-1 10:57
1.运放电路思路是对的，但要选对偏置电压。楼主自己理解一下下图
2.LMV321极限的供电电压是5.5V，所以很可能是电压过高损坏的。假定LDO是5%精度，那么LDO常态输出电压有可能是5.25V。而上电瞬间的电压抖动就有可能使输出电压跳到5.5V。LMV321的负载是ADC，需要的电流不大，所以建议LMV321的供电引脚串个几百欧姆的电阻，减小LMV321过压瞬态的功耗压力。3.运放输出通常不会直接加那么大的电容（100nF），有可能造成振荡。建议运放输出引脚与电容之间串联一个100欧姆的电阻，且电容改为1nF。如果你想要对输入信号滤波，在反馈电阻R14上并联电容即可（根据滤波频率选择）。

作者: Y_G_G 时间: 2022-1-2 15:24

dandan-tcb 发表于 2022-1-1 10:57
1.运放电路思路是对的，但要选对偏置电压。楼主自己理解一下下图
2.LMV321极限的供电电压是5.5V，所以很可 ...

兄弟,人家这是要放大,你计算一下共模电压,已经接近电源电压了,这运放应该是没有那么好的性能
你再看一下运放的内部结构,偏置电压都4.5V了,输入三极管能不能导通都是个问题
你再试着按照楼主的电路,找个光耦仿真看一下,我的12.0版本的,运行仿真结果出错,不能仿真
把偏置电压改了,就能正常仿真了
还有,这个LDO是线性的,没有冲击一说,数据手册上写输出是多少,就是多少,就算有冲击,运放电源的电容是干嘛的?

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-2 19:10

Y_G_G 发表于 2021-12-31 19:24
光耦已经加了上拉电阻,不知道为什么还要在后面加一个运放呢?信号直接给单片机处理不行吗?
如果一定要用运 ...

谢谢回复。那个不是光耦，是光电发射管和接收管，如果要求5cm内触发，完全不需要运放。但要求是15cm要能触发，但是15cm时光电对管输出值变化太小了，单片机不好识别和处理，所以用运放做了个减法运算并放大10倍。并不要求线性输出，只要求对远距离信号能放大到可识别即可。说起来功能很简单，肯定有更好的方案来座。但基于各种因素，最后选这个方式。
我说不懂，是指这个Vcm通常是跟共模抑制比一起来讨论的，是不是说Vcm过大，共模抑制比会变差？而datasheet里面Absolute Maximum Ratings标识运放的Vid(差分输入)为5.5V，Vi最大可以达到5.7V。说明我的输入即使比较大，理论上也不会损坏运放吧？

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-2 19:13

dandan-tcb 发表于 2022-1-1 10:57
1.运放电路思路是对的，但要选对偏置电压。楼主自己理解一下下图
2.LMV321极限的供电电压是5.5V，所以很可 ...

感谢回复！
供电时两级LDO输出，测过上电瞬间的波形，达不到5.5V.
我使用仿真，加了电容后，运行一会总报错。去掉后基本不报错，不知道是不是这个因素。
我想先把输出电容去掉，测一批试下。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-3 13:18

Hephaestus 发表于 2021-12-31 16:47
R13、R15的值不对，运放无法进入线性状态。C14更是离谱，给运放输出端接电容是非常愚蠢的行为。

你说的对，我把R14改为220K后，不良的输出正常了，看来确实四输入电压超过了，之前一直以为是运放坏了！！
现在问题来了，改小R14，相当于减小了放大倍数，导致检测不到了。怎么快速整改已经做好的板子又是个问题。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-3 13:19

Hephaestus 发表于 2021-12-31 17:17
你查Datasheet上面输入共模电压范围VCM这个参数，在5V电源的时候是0~4V，你现在运放根本就不工作，谈坏还 ...

你说的对，我把R14改为220K后，不良的板子输出正常了，看来确实是Vcm超过了要求，之前一直以为是运放坏了！！
现在问题来了，改小R14，相当于减小了放大倍数，导致检测不到了。怎么快速整改已经做好的板子又是个问题。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-3 13:24

弯弯一笑520 发表于 2022-1-2 19:13
感谢回复！
供电时两级LDO输出，测过上电瞬间的波形，达不到5.5V.
我使用仿真，加了电容后，运行一会总 ...

后续：去掉输出电容后测试了一批，不良概率由10%减为2%左右，但估计这个测试有偶然性。不过最重要的是，试着将这次发现的不良的板子，输入电压降低，就回复正常输出了。。看来根本原因应该是输入电压超过了导致不工作，并非是运放坏了。。。。
现在问题变成了怎么降低输入电压，又不影响放大10倍。

作者: Y_G_G 时间: 2022-1-3 13:40

弯弯一笑520 发表于 2022-1-2 19:10
谢谢回复。那个不是光耦，是光电发射管和接收管，如果要求5cm内触发，完全不需要运放。但要求是15cm要能 ...

不需要太多的专业术语,共模电压越大,运放的性能越差,最差的情况就是运放没有运放性能了,知道这个就行了
再看一下R13和R15,我之前的回复也说,运放能不能正常提供偏置电压都不知道,看一下输入结构就知道了,输入是两个PNP管,电压太高,就截止了
DIY的东西,随便玩玩,能用就行
做产品就不一样了,你肯定是要看一下这个运放的相关数据

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-3 15:23

Y_G_G 发表于 2022-1-3 13:40
不需要太多的专业术语,共模电压越大,运放的性能越差,最差的情况就是运放没有运放性能了,知道这个就行了
...

受教了。板子做出来不少了，如果不更改运放的输入电阻（因为更改后放大不了10倍了），直接把LMV321替换为这款轨到轨输入/输出运放：LMV321-TR,是否可以呢？规格书链接

LMV321-TR.png (180.39 KB, 下载次数: 68)

LMV321-TR

作者: 人工置顶员 时间: 2022-1-4 02:49
顶一下

作者: wulin 时间: 2022-1-4 07:35

弯弯一笑520 发表于 2022-1-3 13:24
后续：去掉输出电容后测试了一批，不良概率由10%减为2%左右，但估计这个测试有偶然性。不过最重要的是， ...

楼主既然只是需要提高光电信号灵敏度，完全不需考虑运放放大倍数问题。把运放接成反向比较放大器，调整分压电阻R1、R2比值确定输出电平翻转点，R3为反馈电阻，以消除临界点抖。

作者: 工工1999 时间: 2022-1-4 08:57
红外接收管发射管，15CM的信号挺好的，不知道为何楼主接收到变化很小。

作者: lihui2558 时间: 2022-1-4 09:16
本帖最后由 lihui2558 于 2022-1-4 09:33 编辑

这个损坏的原因应该可以确定是电源导致的

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 09:37

工工1999 发表于 2022-1-4 08:57
红外接收管发射管，15CM的信号挺好的，不知道为何楼主接收到变化很小。

15cm是mV的变化量，单片机处理会不确定。应该是管子的型号不一样，主要是产品外形限制，探头没得选。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 09:45

wulin 发表于 2022-1-4 07:35
楼主既然只是需要提高光电信号灵敏度，完全不需考虑运放放大倍数问题。把运放接成反向比较放大器，调整分 ...

谢谢回复，但这个电路不适用我的需求。仿真了也是不对的。

作者: lihui2558 时间: 2022-1-4 10:04

弯弯一笑520 发表于 2022-1-2 19:10
谢谢回复。那个不是光耦，是光电发射管和接收管，如果要求5cm内触发，完全不需要运放。但要求是15cm要能 ...

我也是这样理解的，

作者: dandan-tcb 时间: 2022-1-4 11:31

Y_G_G 发表于 2022-1-2 15:24
兄弟,人家这是要放大,你计算一下共模电压,已经接近电源电压了,这运放应该是没有那么好的性能
你再看一下 ...

你再仔细想想运放的共模电压输入范围，指的是加在芯片端口上的电压。经过外部电阻之后，外部的共模电压可以很大的。。。不理解的话，自己搭个电路，查看一下各个节点的电压就知道了。

作者: dandan-tcb 时间: 2022-1-4 11:53

弯弯一笑520 发表于 2022-1-2 19:13
感谢回复！
供电时两级LDO输出，测过上电瞬间的波形，达不到5.5V.
我使用仿真，加了电容后，运行一会总 ...

通过你后面的其他回复，建议你参考我第3条，运放输出串个电阻。我很确定你运放的原因就是电源过高引起的，因为我们做失效分析时比较常碰到这种问题。但是你的测试仪器和测试方法不合适，所以不好看到现象。这个问题不用太纠结，串电阻就可以最简单暴力的解决问题（减小瞬间发热）。

作者: lihui2558 时间: 2022-1-4 12:44

dandan-tcb 发表于 2022-1-4 11:31
你再仔细想想运放的共模电压输入范围，指的是加在芯片端口上的电压。经过外部电阻之后，外部的共模电压可 ...

共模电压范围是两个输入之和的平均值吧

作者: Y_G_G 时间: 2022-1-4 13:29

弯弯一笑520 发表于 2022-1-3 15:23
受教了。板子做出来不少了，如果不更改运放的输入电阻（因为更改后放大不了10倍了），直接把LMV321替换为 ...

17楼已经给出方法了
你先把R15改成100K的,这样输入就可以正常偏置了,共模电压也就小了,C14不要了,哪怕是把C14换成100K的电阻也好过
不需要更改放大倍数和电路的,电路的其它东西都不要动了

作者: lihui2558 时间: 2022-1-4 15:37

Y_G_G 发表于 2022-1-4 13:29
17楼已经给出方法了
你先把R15改成100K的,这样输入就可以正常偏置了,共模电压也就小了,C14不要了,哪怕是 ...

楼主这个问题，看了咱们的回复，共模电压高了，但是芯片应该没坏，看到改了偏置电阻后，有正常工作了，可以这样理解吧

作者: Hephaestus 时间: 2022-1-4 15:38

lihui2558 发表于 2022-1-4 12:44
共模电压范围是两个输入之和的平均值吧

谁告诉你是平均值的？

作者: Y_G_G 时间: 2022-1-4 15:48

lihui2558 发表于 2022-1-4 15:37
楼主这个问题，看了咱们的回复，共模电压高了，但是芯片应该没坏，看到改了偏置电阻后，有正常工作了，可 ...

不知道,这东西说不准
但共模电压确实是高了,处理问题原则就是:肯定要先把已知的问题修复.如果不行,再找其它的问题

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 15:54

lihui2558 发表于 2022-1-4 09:16
这个损坏的原因应该可以确定是电源导致的

已经验证不是损坏，更改R15为500K就好了。电源没有问题。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 15:58

Y_G_G 发表于 2022-1-4 13:29
17楼已经给出方法了
你先把R15改成100K的,这样输入就可以正常偏置了,共模电压也就小了,C14不要了,哪怕是 ...

把R15改为100K，只是使运放有正常输出了，但是输出变小了，导致检测不到信号了。所以我考虑更换运放。更换为支持5V输入的运放，支持轨到轨输入类型的。当然C14最好直接去掉。
17楼的电路应该是不对的，仿真都没法仿真，V-输入稍微大了就直接报错了。

作者: yzwzfyz 时间: 2022-1-4 16:00
关于运放：
1、输入尽可能接近电源中值（即使是轨到轨的运放）
2、输出尽可能不要直接驱动纯感性或容性负载，实在无法回避，也要减小负载。
有小概率的损坏，多半与电路设计的富裕度相关。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 16:25

yzwzfyz 发表于 2022-1-4 16:00
关于运放：
1、输入尽可能接近电源中值（即使是轨到轨的运放）
2、输出尽可能不要直接驱动纯感性或容性负 ...

多谢回复！
第一条应该很少能做到吧，很多运放都是采集小的电压进行放大很多倍的。
第二点同意。
经过测试，这次很可能是因为实际输入电压V+比文档中标称的Vcm大了0.5V，一些运放性能好的扛过去了，稍微差的就出问题了。因为产品做出来了1000多个，现在只能考虑更换运放比较快速。

作者: Y_G_G 时间: 2022-1-4 16:45

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 15:58
把R15改为100K，只是使运放有正常输出了，但是输出变小了，导致检测不到信号了。所以我考虑更换运放。更 ...

我也是无语了..................
这本就不什么特别难的事,都是运放的基础知识而已
先确认你现在单片机的IO要的是什么信号?是模拟信号还是电平信号?
R15只是提供偏置电压的,它又不决定放大倍数,如果放大倍数小了,你可以适当的减小R11
17#给的是电压比较类型的,可以参考,但肯定不能照搬的嘛,不是说人家给什么电路你就用什么电路,自己也是要相应的思考一下的嘛
如果是单片机需要电平信号,就把运放设定到一个电压比较器的样子就行了
如果单片机要的是一个模拟信号要进行ADC的话,就把运放的放大倍数加大调试一下
这个整个过程也不过一两个小时就能测试好的,如果换几个电阻就能搞定的事,为什么要换运放呢?

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 17:22

Y_G_G 发表于 2022-1-4 16:45
我也是无语了..................
这本就不什么特别难的事,都是运放的基础知识而已
先确认你现在单片机 ...

单片机要的是模拟信号。
我表述错了，我改小R15后，偏置电压小了，导致V-输入的小信号要达到更小，即探测距离更近才有输出（小信号是ITR9909的接收管输出的，看那个接收管，距离很近时，输出可以到0V，距离远，输出值接近5Vl。）。
所以现在，偏置电压不能改是最大的问题。
放大倍数的问题，OK , 我理解有错，一直想输入输出电阻对称的，改了R15，就得改R14。不然输出计算公式很难算，而且靠减小R11根本没有用的。
另外，为什么运放不能换，目前我觉得换运放最方便快速啊

作者: AUG 时间: 2022-1-4 17:24

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 17:22
单片机要的是模拟信号。
我表述错了，我改小R15后，偏置电压小了，导致V-输入的小信号要达到更小，即探 ...

一个偏置电压，一个放大倍数，有那么难改吗？是为了降低功耗？非得用大电阻才可以吗？不然为啥还在纠结这个问题呢，电阻不好选不知道你是从哪方面考虑的。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 17:33

AUG 发表于 2022-1-4 17:24
一个偏置电压，一个放大倍数，有那么难改吗？是为了降低功耗？非得用大电阻才可以吗？不然为啥还在纠结这 ...

不是愿不愿改电阻的问题，麻烦看仔细我的表述。
比如：偏置电压改小，使V+为2.5V，远距离时，V-的输入都高到4V多了，输出就是一直是0V，相当于探测不到。

作者: AUG 时间: 2022-1-4 17:34

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 17:22
单片机要的是模拟信号。
我表述错了，我改小R15后，偏置电压小了，导致V-输入的小信号要达到更小，即探 ...

看你的电路，你实际上就是想采集红外接收管对地的电压来判断距离而已，你首先要考虑的是你这电压是怎么来的，不是通过电流流过R5之后分压得到的嘛，最高电压5V，也就是说红外接收管其实已经接收不到信号了，这时候的电流几乎没有，所以R5就变成了上拉电阻，采集点就变成了5V。你应该处理你的采集电路，你可以试试C8旁边并一个2K电阻，这样最大时电压小于0.5V，放大10倍后也不会大于MCU的输入电压。但是这样处理后你原先的测距算法得变了，以前可能是线性函数，现在可能变为指数函数了。看自己取舍。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 17:40

AUG 发表于 2022-1-4 17:34
看你的电路，你实际上就是想采集红外接收管对地的电压来判断距离而已，你首先要考虑的是你这电压是怎么来 ...

理解正确。
软件都做完了，不想更改了，是我硬件设计的错，再去改软件，他们又得测试一个长长的周期。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 17:42

AUG 发表于 2022-1-4 17:34
看你的电路，你实际上就是想采集红外接收管对地的电压来判断距离而已，你首先要考虑的是你这电压是怎么来 ...

不过你说的C18并电阻是很有道理的一个思路，或许可以用来匹配偏置电压。。

作者: Hephaestus 时间: 2022-1-4 19:33

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 17:22
单片机要的是模拟信号。
我表述错了，我改小R15后，偏置电压小了，导致V-输入的小信号要达到更小，即探 ...

改了R15跟R14有什么关系？？？输出公式你是怎么算的？？？

运放两输入端阻抗不平衡只能让Ibias恶化Vos，你连Vos都不会算考虑改R15必改R14真是莫名其妙。

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 20:03

Hephaestus 发表于 2022-1-4 19:33
改了R15跟R14有什么关系？？？输出公式你是怎么算的？？？

运放两输入端阻抗不平衡只能让Ibias恶化Vos ...

大神，运小放白只是想教请问题，不用回复那么气冲冲的吧，怼死对我你有什么好处？！
我是想减法运算并放大，目前设置的电阻，相减后只要乘10，改了电阻是不得是用那个又又臭长的公式来算？而且按你说的，输入不平衡也是隐患是吧

作者: Hephaestus 时间: 2022-1-4 20:16

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 20:03
大神，运小放白只是想教请问题，不用回复那么气冲冲的吧，怼死对我你有什么好处？！
我是想减法运算并放 ...

你那10倍放大倍数不是R11和R14决定的吗？你改了R15跟10倍放大倍数有什么关系？输入不平衡有什么问题你都不知道，研究这个无意义的问题干什么？

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 20:50

Hephaestus 发表于 2022-1-4 20:16
你那10倍放大倍数不是R11和R14决定的吗？你改了R15跟10倍放大倍数有什么关系？输入不平衡有什么问题你都 ...

也麻烦你看一下运放的减法运算公式吧，看看R15到底有没有用。

作者: Hephaestus 时间: 2022-1-4 21:20

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 20:50
也麻烦你看一下运放的减法运算公式吧，看看R15到底有没有用。

放大倍数=-R14/R11。

R15在哪里？你又用的什么破公式，敢贴出来吗？

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-4 22:38

Hephaestus 发表于 2022-1-4 21:20
放大倍数=-R14/R11。

R15在哪里？你又用的什么破公式，敢贴出来吗？

自己去搜一下吧，运算放大器减法公式。

作者: Hephaestus 时间: 2022-1-4 22:47

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 22:38
自己去搜一下吧，运算放大器减法公式。

放大倍数=-R14/R11。

R15在哪里？你又用的什么破公式，敢贴出来吗？

作者: AUG 时间: 2022-1-5 13:59

Hephaestus 发表于 2022-1-4 22:47
放大倍数=-R14/R11。

R15在哪里？你又用的什么破公式，敢贴出来吗？

他是想做一个差分输入放大，但是同相端给个固定电压，然后放大，你别在这儿一直发你那反相放大的比例了，看你对于运放的理解也就这么点儿了，没事多看看书，怼人家干嘛？人家都说了是运放小白，你还咄咄逼人。

作者: Y_G_G 时间: 2022-1-5 14:28

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 17:22
单片机要的是模拟信号。
我表述错了，我改小R15后，偏置电压小了，导致V-输入的小信号要达到更小，即探 ...

行吧,你要是换得方便就换吧
一开始就不应该用这种电路
可以通过调节R5的电阻来更改输出电压的
运放的同相偏置电压接近电源,这是最不好的方法

作者: lihui2558 时间: 2022-1-5 14:45

Hephaestus 发表于 2022-1-4 15:38
谁告诉你是平均值的？

本来就是这样计算的，有啥疑问？

作者: lihui2558 时间: 2022-1-5 14:48

弯弯一笑520 发表于 2022-1-4 17:22
单片机要的是模拟信号。
我表述错了，我改小R15后，偏置电压小了，导致V-输入的小信号要达到更小，即探 ...

换高共模电压的绝对是没有问题，没啥疑问

作者: 弯弯一笑520 时间: 2022-1-5 19:12

Y_G_G 发表于 2022-1-5 14:28
行吧,你要是换得方便就换吧
一开始就不应该用这种电路
可以通过调节R5的电阻来更改输出电压的

你说的对，经过实际测试，那个本来计划使用的轨到轨输入的运放，实际输出是没问题，但是貌似是输入失调电源增大了很多，导致输出会过早饱和。
更好性能的运放应该可以用，但得考虑成本，现在经过对比，计划把R14和R15的电阻同时改小，也就是减小放大倍数，这样同时也减小偏置电压了。
软件需要调整下，以匹配原来的灵敏度了。

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