Schwingungsphänomen bei PWM auf MOSFET Gate

[rasz (Gast)]

Hallo ihr, ich beobachte hier einen Schwingungsphänomen bei einem 
PWM-Signal, dass ein MOSFET-Gate ansteuert. In gelb sieht man die 
Messung am Gate. Blau ist eine andere Leitung auf dem PCB. Sie läuft 
nicht mal neben der PWM Leitung. Man sieht, wie die andere Leitung also 
beeinflusst wird.

Was micht interessiert:
- Warum ist beim gelben Signal solch eine Schwingung zu sehen, bevor es 
schließlich aufwärts geht?
- Das Plateau bei rund 750 ns ist wohl das Miller-Plateau, oder?
- Ist eine Störung wie hier zu sehen (blau) zu vernachlässigen, oder 
sollte man da was tun?

LG

[Achim S. (Gast)]

rasz schrieb:
> - Warum ist beim gelben Signal solch eine Schwingung zu sehen, bevor es
> schließlich aufwärts geht?

Schwer zu sagen, wir kennen ja deine Schaltung nicht.

rasz schrieb:
> - Das Plateau bei rund 750 ns ist wohl das Miller-Plateau, oder?

Es liegt zwar nicht bei 750ns (außer wenn der Bezugspunkt irgendwo im 
Nirgendwo gewählt wird), aber: ja, das ist das Miller Plateu.

rasz schrieb:
> - Ist eine Störung wie hier zu sehen (blau) zu vernachlässigen,

Wenn die Leitung der blauen Messung ein empfindliches Analogsignal sein 
sollte, dann könnte diese Störung katastrophal sein. Wenn es dagegen ein 
Digitalsignal einer 5V Logik sein sollte, dann ist es zu 
vernachlässigen. Es kommt drauf an...

rasz schrieb:
> oder
> sollte man da was tun?

wenn du keine negativen Auswirkungen auf die Funktion deiner Schaltung 
erhältst, brauchst du eher nichts zu tun.

[Alex -. (alex796)]

rasz schrieb:
> - Ist eine Störung wie hier zu sehen (blau) zu vernachlässigen, oder
> sollte man da was tun?

Hi
Kanal 2 (Blau) hat ne AC Kopplung. Die 100mV muss also in relation zum 
gesamten Signal gemacht werden.

Nebenbei:
Es kann sich auch um einen Messfehler handeln.

Gruß,

[rasz (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Schwer zu sagen, wir kennen ja deine Schaltung nicht

Viel ist nicht dran: Angetrieben durch einen GPIO eines ESP32, also 
3.3V; externer 10k Pull-Down; 100 Ohm Gate-Widerstand, 
[DMN3016LK3](https://datasheet.lcsc.com/szlcsc/1912111437_Diodes-Incorporated-DMN3016LK3-13_C397975.pdf) 
MOSFET; die PWM-Leitung ist leider mit 10 cm recht lang geraten.

Achim S. schrieb:
> Es liegt zwar nicht bei 750ns

Bei 750 ns rechts der "Mittellinie" oder wie man es auch immer nennen 
will :D

Achim S. schrieb:
> Wenn die Leitung der blauen Messung ein empfindliches Analogsignal sein
> sollte,

Die blaue Leitung nicht, aber ich habe mal einen analogen Teil der 
Schaltung geprüft (pH-Messschaltung), da streut es auch rein. Ich muss 
allerdings noch prüfen, ob das wirklch die Messung verfälscht, oder OK 
ist.

Sind das die langen Leitungslängen, die besonders gut abstrahlen oder 
was kommen für Ursachen in Frage?

Alex -. schrieb:
> Kanal 2 (Blau) hat ne AC Kopplung. Die 100mV muss also in relation zum
> gesamten Signal gemacht werden.

Ja, stimmt, ich wollte aber gezielt die Störwirkung auf andere Leitungen 
messen um auch etwas das Stör- bzw. Abstrahlverhalten einschätzen zu 
können, daher AC-Kopplung.

Alex -. schrieb:
> Es kann sich auch um einen Messfehler handeln.

Oh, sehr guter Punkt. Mit dem vergleichsweise langen Kabel zwischen der 
Erdklammer kann man auch gut Strahlung auffangen. Da muss ich mal 
überlegen, wie man die Messung verbessern kann.

[MaWin (Gast)]

rasz schrieb:
> Man sieht, wie die andere Leitung also beeinflusst wird.

Sieht aus wie ein Massepeak durch das Einschalten des Gate-Treibers, 
also schlechte Masseführung.

Aber noch nicht so schlimm  dass es kritisch wird.

rasz schrieb:
> Angetrieben durch einen GPIO eines ESP32, also 3.3V; externer 10k
> Pull-Down; 100 Ohm Gate-Widerstand

Sogar 100 Ohm, die dämpfen Klingeln sowieso. Nun ist ein GPIO kein 2A 
Gate-Treiber, sondern eher 7mA. DAFÜR ist der Peak dann doch ziemlich 
hoch.

[rasz (Gast)]

MaWin schrieb:
> Sieht aus wie ein Massepeak durch das Einschalten des Gate-Treibers,
> also schlechte Masseführung.

Massepeak bedeutet was? Google macht mich nicht schlauer in der Hinsicht 
:(

Aber du scheinst recht zu haben. Ich habe mal die Masseflächen des 
High-Power Teils mit der regulären Fläche in der Nähe der Signalleitung 
verbunden. Der Peak ist dadurch von 610 mv auf ca 450 runter.

Im Anhang mal der High-Power Teil. Es handelt sich um 6 MOSFETs zum 
Schalten von LEDs. Links die Schraubklemmen für die 6 Kanäle, mittig die 
FETs, rechts die PWM-Signalleitungen. Hervorgehoben ist die PWM-Leitung, 
die ich messe.

Unten an der separierten Massefläche habe ich den Net-Tie angebracht. 
Mein Ziel war es, die hohen, gepulsten Ströme vom anderen Schaltungsteil 
fern zu halten. So habe ich aber anscheinend das Problem, dass der Strom 
des PWM-Signals den Umweg über den Net-Tie unten nimmt und wütet. Was 
ist denn ein besseres Design für so eine Anwendung?

[MaWin (Gast)]

rasz schrieb:
> Was ist denn ein besseres Design für so eine Anwendung?

Man layoutet die wichtigste Leitung, Masse, zuerst, kurz und sternförmig 
und niederinduktiv also breit und dann die zweitwichtigste, nämlich wo 
der Strom herkommt der über Masse abfliesst, also VCC bzw deine 
geschalteten Ströme direkt parallel (kleine Fläche zwischen Hinleitung 
und Rückleitung) und erst zum Schluss die unwichtigen Steuerleitungen, 
und man glaubt niemals, dass man sich um Masse nicht kümmern muss weil 
die sich ja nachher beim reingiessen der Kupferfüllfläche von alleine 
ergibt und alles verbindet.

Aber so kritisch ist deine Platine nicht, sie wird (noch) funktionieren.

[H. B. (Gast)]

Könnte aber auch wirklich nur ein Messfehler sein.
Wie sieht denn der Masseanschluss deines Tastkopfs aus?

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Bei sowas auch immer den Messaufbau prüfen, häufig jagd man durch die 
parasitären Induktivitäten und Kapazitäten der Messleitungen 
irgendwelche Phantome, die im realen Betrieb gar nicht vorhanden sind.

Bestes Beispiel: Man sollte bei einem voll funktionsfähigen 
Kleinleistungs-Schaltnetzteil (diese SO8 oder DIP8-ICs Sperrwandler mit 
100kHz) niemals versuchen, den Drain des Schaltregler-ICs zu 
oszilloskopieren. Die dabei eingekoppelte Kapazität reicht bei bis zu 
800V Spannungsspitzen mit 100kHz problemlos aus, um bei vielen ICs 
umgehend das Gehäuse zu öffnen.

[rasz (Gast)]

MaWin schrieb:
> Man layoutet die wichtigste Leitung, Masse, zuerst, kurz und sternförmig
> und niederinduktiv also breit und dann die zweitwichtigste, …

Ja gut, so viel Möglichkeiten die Leitungen direkt parallel zu legen 
gibt's halt auch nicht. Ein Einbau der FETs um 180° gedreht wäre 
natürlich noch möglich für eine etwas kürzere und ggf. bessere 
Masseführung.

Dass die Signalleitung über die beiden getrennten Masseflächen geht ist 
kein Problem?

H. B. schrieb:
> Wie sieht denn der Masseanschluss deines Tastkopfs aus?

Ben B. schrieb:
> Bei sowas auch immer den Messaufbau prüfen

Uh, ich habe noch etwas herumprobiert. Entferne ich die Erdklemme und 
nutze einen kurzen Draht direkt am Erdring hinter der Testspitze, ist 
die Störung tatsächlich kaum mehr da. Ich komme so von ca 60 mV auf ca 
10, was vielleicht auch noch mehrheitlich über den Draht aufgefangen 
wird.

Danke für die ganzen Tipps zu möglichen Messfehlern :)

[H. B. (Gast)]

rasz schrieb:
> Uh, ich habe noch etwas herumprobiert. Entferne ich die Erdklemme und
> nutze einen kurzen Draht direkt am Erdring hinter der Testspitze, ist
> die Störung tatsächlich kaum mehr da. Ich komme so von ca 60 mV auf ca
> 10, was vielleicht auch noch mehrheitlich über den Draht aufgefangen
> wird.

Gibt solche "Massefedern" auch fertig zu kaufen.
Hier z.B. eine für LeCroy Oszilloskope.
Ich setze bei Messpunkten auf der Platine immer einen Ground Ring 
drumrum der frei von Lötstopplack ist und der den Durchmesser hat dass 
die Feder kontaktieren kann.

[rasz (Gast)]

H. B. schrieb:
> Gibt solche "Massefedern" auch fertig zu kaufen.
> Hier z.B. eine für LeCroy Oszilloskope.
> Ich setze bei Messpunkten auf der Platine immer einen Ground Ring
> drumrum der frei von Lötstopplack ist und der den Durchmesser hat dass
> die Feder kontaktieren kann.

Geniale Idee! Werde ich bei den kritischen Signalen hier auch so machen.

Hat noch jemand eine Idee zu dem eigentlichen Einschwingen aus dem 
Eingangsbeitrag? Masseführung verbessern und das war's?