nun mal etwas "deeper" zur Frage: was ist der Rootcause?
Vorab: die Aussage -
Bei der 7590 steigt der Wert aber regelmäßig auf knapp 6V, was wie man in den "Absolute Maximum Ratings" im Datenblatt (Seite 3) entnehmen kann über dem Maximalwert für diesen Pin von 5V liegt. Im Klartext: Das ist der Grund, warum der Regler kaputt geht, das hält er nicht dauerhaft aus.
ist mir zu trivial / zu vereinfacht, dem kann ich so nicht zustimmen;
warum:
-
Absolute Maximum Ratings bezieht sich auf externe Bedingungen (hier Spannung), denen das Bauelement auch nicht für kurze Zeit ausgesetzt werden darf:
übliche Formulierung:
Exposure to absolute maximum ratings for extended periods may affect device functionality ;
(siehe auch:
https://electronics.stackexchange.c...is-the-definition-of-absolute-maximum-ratings)
Hier geht es jedoch nicht um externe Bedingungen, denen der IC ausgesetzt wird, sondern um interne Parameter, auf die man keinen direkten Einfluß hat.
Zudem gelten Spannungen unter
absolute maximum ratings für Input-Pins, BST ist aber ein Output-Pin oder Power-Pin;
- woher kommt der Parameter:
historisch - beim Vorgänger MP1494 gibt es die Option einer external Bootstrap Diode , da muss natürlich die max. Spannung definiert werden,
beim MP1477 macht der Parameter eigentlich wenig Sinn, da das IC selbst die Spannung erzeugt
Nachtrag: Die Angabe der max. Spannung an V(BST) ist evt. bedingt durch den Herstellungsprozeß
- im Extremfall kann bei V(in) 18V die V(BST) ja höher sein, nämlich V(SW) = Vin+0,3V + V(BST)max - also 23,3V max.
das kann auch die prozeßbedingte Grenze für maximale Spannung auf dem Chip sein;
mit 12V als V(in) wäre das viel entspannter
- was passiert, wenn man ein IC Werten über den absolute max. ratings aussetzt:
normalerweise stirbt das IC in kurzer Zeit oder sofort, insbesondere wenn auch andere Parameter an die Grenze kommen (z.B: Temperatur)
hier jedoch geht der IC nicht einfach kaputt, sondern fällt je nach Vorbedingung in einen Fehlermode, der aber reversibel ist
(wie oben gezeigt durch kurzen Lastsprung - kurzes Antippen mit einem Lastwiderstand)
Weiterhin ist es sehr ungewöhnlich, dass die ICs trotz der "gravierenden Verletzung der Spec" solange störungsfrei funktionieren
nun analysieren wir ein Fehlerbild - in Abschnitte zerlegt - detaillierter:
Phase 1: normales Schalten des HS (High-Side)-Fets, Pulslänge bestimmt durch den COT-Timer (Constant On Time) mit 250ns, V_BST sinkt von ca. 4V auf ca. 3V,
da die Gate-Kapazität des HS-Fets aus dem C3 geladen wird (C_Gate dürfte demnach ca. 250pF sein)
Ph 2: LS (Low-Side)-Fet wird durchgeschaltet, C3 wird vom Bootstrap-Charger nachgeladen auf 3,4V;
Ph 3: LS-Fet schaltet aus, Strom fließt nun durch die Body-Diode, erkennbar am leichten Dip unter 0V; normalerweise sollte jetzt V_SW ausschwingen
Ph 4: der HS-Fet leitet nun unkontrolliert, initiiert durch die Flanke der V_SW und oszilliert leicht - scheinbar floatet das Gate - erkennbar an den langsamen Flanken von V_SW und V_C3; V_C3 sinkt bis auf ca. 2,0V
Ph 5: der HS-Fet sollte jetzt wieder 250ns ein sein, kann aber nicht voll durchgesteuert werden - Spannung V_C3 ist zu niedrig für den Treiber bzw. den FET
Ph 6: der LS-Fet wird geschaltet, normales Verhalten - so sollte Ph 2 eigentlich richtig aussehen - C3 wird geladen auf ca. 5,5V
andere Exemplare spinnen bereits bei V_C3=3,5V, da wird danach der C3 auch schon mal bis 7V geladen:
die fehlerhafte Ansteuerung des HS-Fets erzeugt auch diverse Fehlerbilder, mit tw. wildes Schwingen:
...auch bei besonders degradierten Exemplaren, bei denen der geänderte C3 auch nicht mehr hilft:
Für mich sieht die Erklärung des Geschehens wie folgt aus: (editiert 2.7.)
- der MP1477 degradiert in der Weise, daß der HS-Driver zunehmend empfindlicher wird auf seine Betriebsspannung (= V_C3)
- gute Exemplare funktionieren auch unter 3V noch (bis 2,x?V)
- schlechte / gealterte Exemplare spinnen auch bei 3,5V (auch mit C3=100nF)
- verschärft wird das durch den zu geringen C3, da wird die jeweils kritische Schwelle über die treppenförmige Spannung eher unterschritten
- Last hilft - das erklärt auch, warum die 1,1V-Regler weniger bzw. später ausfallen - da ist die Grundlast bereits >100mA
- Last "beruhigt" auch den RF-3,3V-Regler; der degradiert unauffällig weiter, entwickelt leichte Störungen, die sich oft als Fiepen äußern
- Wenn nun beim Neustart der Box z.B. bei FW-Update oder Stromausfall die Frontends über den SOC disabled werden, geht der Laststrom auf 0 zurück,
der Regler fällt dadurch in einen der beschriebenen fatalen Fehlermodes mit 7 oder 11V am Ausgang und zerstört per Überspannung die Frontends,
was die dann defekten Frontends mit einem höheren Ruhestrom ( z.B. 10mA bis >1A) quittieren und den Regler wieder aus dem Fehlermode holen;
- danach regelt der MP1477 wieder einigermaßen, Fiepen hört auf, aber das 2,4 GHz-WLAN ist ab dann tot
- dann erfolgt im Laufe der Zeit die nächste Stufe der Degradation, dann hilft auch Last nicht mehr -
wenn dann die Spule in Sättigung geht, wird der HS-Fet überlastet und brennt ab/schmort sich zu Tode (siehe entsprechende Bilder)
Spannende Fragen nun:
- ist der falsche C3 jetzt der Root Cause (sorgt für beschleunigte Degradation des HS-Fet-Drivers)?
- oder bringt der falsche C3 nur die Degradation des HS-Fet-Drivers früher zu Tage?
- sind das Exemplarstreuungen (vielleicht schlechtere Exemplare vom Rand des Wafers?)
- wenn ja, hat MPS da Prozeßverbesserungen (ggf. als Metal-Layer-Fix) vorgenommen, um z.B. auch den Yield zu optimieren?
- dann dürfte auch die Aussage von AVM zutreffen, daß keine erhöhte Anzahl dieser Ausfälle bekannt ist -
wir reden ja immerhin nur von einer vielleicht einstelligen Prozentzahl bei der Stückzahl 7590 damals pro Jahr im Millionenbereich
