Opeens kortsluiting op PCB

Je "I-V" curve die je gemeten hebt, ziet er erg "recht" uit: een halve ohm.

Dat is inderdaad eerder een kortsluiting dan een chipje dat raar doet.

Maar een soldeer-brug zou een lagere weerstand zijn. Denk ik. Dus ik vermoed: Er is een chipje kapot: Begin bij het makkelijkste chipje en koppel hem los van de 3.3V.

ALS je regelaar 0.65V op de 3.3V wist te krijgen, lijkt het er sterk op dat je toen ongeveer 1.3A daar door aan het jagen was. Dan wordt ie warm, ja. (ik weet de ingangsspanning niet).

Tijdens het initieel testen is het wel eens handig om de boel op je labvoeding te draaien. En dan zet je de boel op "current limit" op een waarde zeg het dubbele van wat je aan normale stroom verwacht. Nu is dat 20mA voor de CPU en zeg 50mA voor het ethernet ding (check specs! Ik gok maar wat in de wilde weg!). Met die 140mA is het veel lastiger om dingen echt kapot te maken.

Bedankt voor de reacties!

Het blijkt inderdaad de ethernet (PHY interface( chip te zijn die de kortsluiting veroorzaakt. Ik heb het betreffende IC'tje los gesoldeerd en nu heb ik geen kortsluiting meer. De microcontroller doet het ook nog gewoon. Blijft natuurlijk wel een vreemd verhaal waarom die het opeens niet meer doet. Dit is twee keer gebeurd, dus er zit echt ergens iets fout. Zelf vermoed ik de voeding, maar kan dat niet met zekerheid zeggen en wil niet dat ik jullie een richting op laat denken. nog wat andere dingen die mij te binnen schoot:

- Tijdens het testen had ik geen EMC armbandje om (ook niet tijdens het solderen). Zal het chipje erg gevoelig kunnen zijn? Lijkt me aan de ene kant wel erg sterk.
- Problemen met de voeding -> te hoge spanning waardoor component kapot gaat. Ik zag in het datasheet dat de ethernet chip nog een aparte 10uF condensator nodig heeft, maar die ben ik vergeten. In principe zit er wel een 10uF achter de voeding, maar is dit voldoende? is de 10uF überhaupt voldoende? Kan de door mij gebruikte elco problemen opleveren? De voeding is na lossolderen nog gewoon heel. Geeft gewoon netjes 3.3v af (nog niet aan de oscilloscoop gehangen, maar dan moet ik hem ook gelijkwaardig belasten oid neem ik aan)
- andere problemen waardoor de PCB het eerst wel doet en daarna niet meer?

Wat zijn handige stappen om nu te doorlopen om het probleem te vinden?

Die 10uF is omdat de ethernet chip hoge korte stroompulsen afneemt. Moet er wel bij.
En zoals gezegd beste een MLCC nemen voor beide, low-cost elco bij de regelaar gaat niet altijd goed. Meet voor oscillaties en opstartpieken met scoop.

Van 12V naar 3,3 is natuurlijk ERG ruig lineair ...

Je regelaar verbruikt 75% van het vermogen van je schakeling.

Van 12V naar 3,3 is natuurlijk ERG ruig lineair ...

Inderdaad , maar verklaart nog niet waarom dat IC gaat hemelen. Dan zou ik eerder de spanningsregelaar verwachten te overlijden

Als de spanningsregelaar oscilleert of opstartpieken heeft (door ontbreken van condensatoren), kan dat genoeg zijn om de ethernet chip op te blazen door een latch-up...

Hoeveel stroom gebruik je? Ruwe schatting: Max 100mA toegestaan met je huidige voedings-opstelling.

Zo'n phy is wel een "speciaal" chipje: Dat moet met rare lange draden kunnen omgaan en heeft dan wel wat speciale eisen. Dat heeft dan tot gevolg dat ie soms wat minder "beschermd" kan zijn tegen dingen die op je bordje weer niet voor horen te komen. Vandaar dat ik het niet raar vind dat zo'n phy kapot gaat en je CPU niet.

Schatting van stroomverbruik is: 36mA (typisch gebruik microcontroller) + 92mA (typisch gebruik Ethernet chip) + 40mA (typisch gebruik CMOS oscillator (50 Mhz)), dus totaal rond de 150mA a 200mA max.

Ik ga nu even de voeding aan de scope hangen. Dus 10uF + regultator + 10uF, maar dan wordt die niet belast (geen reëel scenario). Hoe kan ik de regulator toch belasten op een manier die overeenkomt zonder dat de componenten beschadigen?

Onbelast heeft geen zin. Je kan er een weerstand aan hangen maar dat zegt nog niet veel. Je zult ook met de rest eraan moeten meten. Oscillatie problemen ontstaan meestal door een ongelukkig samenspel van voeding en belasting.
Overigens is er een kans dat het IC nog goed is. Ik had laatst ook een kortsluiting probleem, ongeveer 0,05 ohm. Na verder zoeken een rotte condensator. Daarna was dat deel probleem opgelost, er kwam weer signaal door. Maar tot mijn verbazing nog steeds die short. (met de spanning eraf)
Blijkt die ingang standaard kortgesloten te zijn totdat je hem nodig hebt en de processor hem van ground afkoppeld. Nu was dat wel een veel complexer geheel dan jou pcb. )

Best mogelijk dat het IC defect is maar dat je nu geen kortsluiting meet zegt niet alles.

Ik vind 0,65V wel erg toevallig op een een diode overgang lijken. Zonder IC zal de voeding zich vast beter gedragen. Het is belangrijk de oorzaak te achterhalen voor je het IC vervangt. Anders is die ook zo defect.

Hoe meet jij die kortsluiting ? Je hebt het steeds over 0,65V ipv over weerstand.Ik vermoed met de diode test functie.

Meet eens met je diode test in beide richtingen. Als er ergens in zo'n IC protectie diodes zitten kun je ook 0,65V meten.
Als de regelaar te heet wordt, bv door oscillatie gaat ze in protectie en dat kan best 0,65V zijn. En bij oscillaties zijn je DC metingen ook onbetrouwbaar. Een scoop is hier onmisbaar.

Die 0.65V is met de regulator in "meer-lukt-niet" mode, ongeveer anderhalve ampere. Niet met de diode stand van de multimeter.

Die "max 1W" in de regulator had ik op basis van de TJA van 100 in het datasheet. Een opwarming van 100 graden kan nog net. -> Max 1W. 1W bij ongeveer 10V spannings verschil -> 100mA.

Je montage-op-de PCB levert kennelijk een betere TJA op dan die 100 uit het datasheet.

Ik ben begonnen met meten aan de PCB waar de ethernet IC niet meer op bevestigd zit (in feite dus enkel de microcontroller, ethernet connector (met magnetics) en CMOS oscillator). Dit geeft geen beeld van de totale situatie, maar misschien vallen er al dingen op.

1. voeding wordt niet meer warm. Opzich logisch omdat er 100mA minder wordt verstookt i.v.m. het ontbreken van de ethernet chip.

2. Ik heb een opstartpiek geconstateerd zodra de voedingsconnector in de powerjack wordt gedaan. Dan wordt er op de 3.3v layer de spanning gemeten die op de connector staat (heb een connector afgeknipt en aangesloten op mijn labvoeding). Screenshot: https://www.dropbox.com/s/vyw1lb8g6jvj6p3/20150305_712620.bmp?dl=0

Het gaat om zo'n soort powerjack: http://ontechforce.com/services/images/stories/dc_powerjack.jpg en bijhorende powerplug. Al zit die er goed in dan komt er gewoon 3.3v uit de regulator, maar al druk je hem er "half" in komt er gewoon 8.0v uit (had voeding op 8v staan). Op screenshot is ook te zien dat het een lange piek is (1500ms) (dee de connector er langzaam in). Opvallend is wel dat er geen stroom loopt. Ook het ledje gaat niet branden, maar misschien vind die ethernet chip zulke hoge spanningen niet leuk (ondanks er geen stroom loopt). De microcontroller werkt vooralsnog wel.

3. zonder ethernet chip is het totaal verbruik van de gehele PCB 90mA.

Wat kan is dat je een oscillatie op je voedingslijn heb. Soort van LC circuit: hierin kun je redelijk grote pieken genereren. Vooral als er snelle wisselingen in verbruik zijn (di/dt) en de condensatoren ver van de verbruiker af staan. Dan kun je opslingering krijgen en vervolgens kapotte chips.

Kan trouwens zowel bij het inpluggen van je DC adapter als op de print zelf. Heb je een flinke ingangsbuffer op je print (liefst niet alleen keramisch, maar ook iets wat oscillaties kan dempen: snubber of een simpele elco)

[Bericht gewijzigd door elmowww op woensdag 27 mei 2015 10:18:01 (28%)

Ik heb een 10uF condensator voor de regulator staan. Maar waarom blijft de lijn 8 volt (en loopt geen significant grote (<0.00A) stroom) als die er maar half in zit (als ik de powerplug tegen de powerjack aanzet, dus niet erin klik).

Ik kan proberen om een grotere elco bij de regulator te zetten. Aan welke waarde zit jij te denken?

Heb je een scope?

Zet dan de triggering vlak boven je onbelaste voedingsspanning, one shot. Plug je de voeding een paar keer in en als je hoge pieken ziet heb je daar misschien een probleem.

Het euvel met half ingeplugde stekker zou ik zoeken in de connector: daar zit een verbreek contact in, ik weet zo niet hoe je die aangesloten hebt.

Hou je probe punt eens tegen de pluspool van die connector (niet in je pcb geplugd) zonder de groundclip aan te sluiten. Wat meet je dan ?

@elmowww: Ik had twee berichten terug een screenshot geplaatst van mijn scope: https://www.dropbox.com/s/vyw1lb8g6jvj6p3/20150305_712620.bmp?dl=0 Kijk goed naar de tijd. Dit is wat er gebeurd als ik de powerplug in de powerjack plug. (hoge spanning is half in de connector en 3.3v is als die goed in de connector zit). Ik neem aan dat je dit bedoeld?

Foto van de connector + regulator + condensatoren:

https://www.dropbox.com/s/42u1tlholm2dsps/voorbeeld.png?dl=0

(1ste printplaat waarop ik nu aan het testen ben. Zit nog overtollig flux van het opnieuw solderen van de regulator die ik er eerst weer af had gehaald).

EDIT:

Het verbreekcontact van de voeding zit aan de GND.

Het verdient aanbeveling je "voeding" eerst te controleren alvorens je belangrijke/dure chips op je bordje gaat zetten. Met enige ervaring kan die voorzichtigheid wel vervallen, maar bij jou kennelijk nog niet.

Anderzijds: met 8V op de voeding, eerst 8V en dan pas 3.3V op je 3.3V lijn als je de plug er in doet, lijkt mij op: Zou het kunnen dat je de ground van je scoop op aan de voeding had vastgemaakt en dat de plus van je stekker als eerste contact heeft gemaakt? Dan gaat eerst je hele circuit (0V, 3.3V alles!) naar de 8V potentiaal alvorens dat de voeding echt aangesloten wordt en alles normaal wordt?

Als het echt zo is dat er 8V op de 3.3V lijn komt te staan is het logisch dat er wat kapot gaat, en puur mazzel dat je CPU nog werkt. (Taaie beestjes die atmels!).

Mmm. Hoe lopen je ground connecties? naar je pc/voeding/probe etc?

Misschien heb ik er overheen gelezen, maar heb je ergens een volledige foto van je print of een layout?

@rew dat is zeker een tip die ik in het vervolg ga toepassen. Ik dacht een simpele lineair regulator kan niet veel fout aangaan en ik heb hier ook wel vaak mee gewerkt, maar moet toch erkennen dat hier een stukje ervaring mist.

Nu ik dit opnieuw probeer dan krijg ik die pieken niet meer. Zie onderstaande afbeelding:

een keer een klein piekje (3.7volt), maar dat is na een minuut erin en eruit doen van de connector:

https://www.dropbox.com/s/5gdl0qv7t0ccook/20150305_732353.bmp?dl=0

Het lijkt dat het in deze opstelling gewoon goed gaat. Geen abnormaal hoge inschakelstromen en geen oscillaties (3.3v en 32mV verschil tussen piek-piek). voeding wordt ook niet warm oid. Blijft het toch een vreemd verhaal waarom de ethernet chip kapot gaat na een tijdje. Kan het warm worden van de voeding hier toch mee te maken hebben.

@elmowww:

Ik heb aantal metingen verkeerd gericht zoals je hierboven kon lezen. En daarmee ook wat verwarring veroorzaakt. Als ik nu goed meet dan zie ik geen hoge spanningen als ik de voeding inschakel (of de connector erin doe). Regulator wordt ook niet warm en is ook stabiel (piek-piek afstand is ongeveer 32mV). Foto van de PCB layout (is denk duidelijker dan een foto van de print). https://www.dropbox.com/s/ig1lf7m86x2tvwh/image.png?dl=0 (Is een 4 layer PCB, waarbij de 2 binnenste twee lagen GND en 3.3V zijn. Enkele chipjes (sensoren) gebruiken een voeding van tussen de 5v en 24v.

Het kan aan mij liggen maar ik zie bij de regulator alleen een elco en geen 2x100n of zo iets zo dicht mogelijk bij de pootjes om oscillatie te voorkomen.
@Rew, (en anderen)
Of zijn die tegenwoordig niet meer nodig ?
Zelf plak ik ze dr standaard altijd nog op.

Bij de regulator zitten die inderdaad niet, alleen bij de 3.3v pootjes van de IC componenten. Volgens het datasheet zijn kleine 100nF condensatoren niet nodig.

Op 27 mei 2015 12:50:24 schreef bprosman:
@Rew, (en anderen)
Of zijn die tegenwoordig niet meer nodig ?

Het datasheet is leidend. Modernere regelaars hebben soms wat rare specs die wat lastig zijn. "Stabiel met een uitgangscapaciteit van 22uF" Wat moet ik daarmee? Minimaal 22uF, maximaal 22uF? Verder zeggen ze: dingen als max ESR 0.1 Ohm, maar dat haal ik dan weer niet uit de datasheet van de condensatoren.

Maar goed. Kijk goed naar het datasheet. De "oudere" regelaars zoals de 7805, 1117 en 1186 hebben sterk andere eisen dan de nieuwere regelaars als de MCP1700. (Ik denk dat er iets stond als stabiel tot 22uF, en hij blijkt redelijk stabiel met 200uF.... Er is dus eea aan tolerantie.)

Oke bedankt voor de info. Om te achterhalen of het aan de voeding ligt ga ik het volgende stappen plan doorlopen:

- Microcontroller, PHY interface (ethernet chip), ethernet connector solderen met alle bijhorende componenten.

- Voor de 3.3v een labvoeding gebruiken die ik begrens op 300mA. De regulator wordt niet gesoldeerd. De elco's wel. Verstandig om preventief tantaal condensator te gebruiken? Is het ook nog nodig om de 10uF te vergroten, omdat ik de 10 uF van de ethernet chip zelf ben vergeten? Ik snap dat die eigenlijk bij de chip zelf moet worden gemonteer. Of is het dan handiger om die bij een 100nF condensator te solderen.

Dan:

- Printplaat 1 uur aan de 3.3v hangen. zonder de ethernetstekker in de connector te doen. (Uiteraard erbij blijven)

- Aantal keer de voeding aan/uit zetten (20 keer oid)

- Dan de ethernetstekker in de connector doen. Ook weer een uur aan laten staan.

- Dan microcontroller programmeren. En verbinding maken met de microcontroller via de ethernet interface. Uur gaan pollen oid.

Als dat allemaal blijft werken dan is het haast wel met zekerheid te zeggen dat het aan de voeding ligt lijkt me.

Dan wil ik de regulator erop solderen. En voeden met 5 volt i.p.v. 12v. Kijken of de regulator warm wordt en met een scoop kijken of er pieken te zien zijn. (Ik denk dat het loggen van de spanning dan wel handig is).

Iemand nog opmerkingen over mijn aanpak? Of zouden jullie dingen anders doen? (gedetailleerder of minder gedetailleerd).

Zoals reeds enige malen gezegd, geen low-cost elco's gebruiken, maar liefst keramische MLCC/COG/tantaal. (gewone elco's zijn ongeschikt voor hoge frequenties.)
Zaken als ethernet tranceivers/GSM engines/Wifi modules hebben nogal een lelijk stroomverbruik in hele korte bursts.
Er moet een condensator bij de regulator en een bij de ethernet tranceiver.
(je kunt ze niet simpelweg optellen en vervangen door 1 grote, de plaats waar 'ie zit is belangrijk...)

Voor de mensen die interesse hebben of het uiteindelijk is opgelost:

Het probleem is opgelost, de PCB heeft nu meer dan 100 uur probleemloos aangestaan. Uiteindelijk heb ik het volgende veranderd:

- Tantaal condensatoren gebruikt voor de voltage regulator.
- Extra tantaal condensator in de buurt van de ethernet chip geplaatst. (moest volgens de datasheet, maar had ik over het hoofd gezien).

Voltage regulator wordt nu totaal niet warm meer, terwijl die voorheen flink heet kon worden.

Ik gebruik nu ook een 5v voeding, maar bij 12v werd die ook lang niet zo warm.

Bedankt voor alle reacties