El divisor de frecuencia CD4521 se calienta mientras RESET está en ALTO

Tengo un problema peculiar relacionado con el divisor de frecuencia CD4521 , del cual uso dos en una configuración redundante, como se muestra en mi fragmento esquemático a continuación:

temporizador CMOS redundante

Noté que mientras los dispositivos se mantienen inactivos (RESET es ALTO), ambos se calientan mucho. Tomé algunas medidas con un termopar tipo K y establecí 49 °C cuando estaba inactivo y 29 °C cuando estaba activo (con una temperatura de sustrato de PCB de 21 °C ) en el medio de los paquetes SOIC de los chips. La temperatura es la misma entre las dos unidades y ambas funcionan de manera confiable (hasta ahora).

Estoy confundido. No tengo entradas flotantes, la impedancia de entrada de NAND XOR es lo suficientemente alta como para no consumir una corriente significativa e intenté aumentar los pull-ups RST a 100kΩ sin ningún efecto. ¿Qué podría estar causando esto? No nací con la lógica de la serie de CD en la mano, así que tal vez me estoy perdiendo algo obvio...

A continuación se muestra la parte relevante de mi diseño de PCB: ¡su sabiduría será muy apreciada!

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¡Corté el pin 7 de conexión a tierra del rastro como lo sugirieron brhans y SamGibson y las temperaturas operativas volvieron a la normalidad!

Además, cubrí el corte con esmalte de uñas para evitar el contacto accidental debido al crecimiento de óxido.

primer plano de pin7

El pin 7 es una salida. No deberías ponerlo a tierra.
La cantidad de cosas que uno puede pasar por alto cuando mira fijamente su propia creación durante un período prolongado de tiempo es asombrosa. ¡Muchas gracias!

Respuestas (1)

Como se menciona en el excelente comentario de brhans , el problema es la conexión del pin 7 a Gnd (V SS en su esquema). El diagrama de lógica interna para el IC 4521 explica el problema; vea el diagrama a continuación.

Resumen : cuando conduce RESET(pin 2) activo (alto), el IC intenta hacer que Y1 (OUT1)(pin 7) sea alto , pero ha conectado el pin 7 a Gnd en su PCB.

Por lo tanto, está tratando de causar un cortocircuito en el pin 7 del IC, limitado principalmente por la capacidad de corriente del controlador de salida del IC. Es posible que esto ya haya dañado el IC, en mayor o menor medida. Si tiene suerte, cualquier daño interno se ha limitado al controlador del pin 7, que no está utilizando. (Una hoja de datos de 4521 IC diferente menciona una corriente de salida máxima absoluta de 10 mA, que estará excediendo).

Solución : Arregle su esquema y PCB para desconectar la salida no utilizada en el pin 7. Es normal dejar las salidas no utilizadas desconectadas, no conectarlas a Gnd. Además, como mencioné, es posible que estos circuitos integrados ya se hayan dañado parcialmente y requieran reemplazo si desea estar seguro de su comportamiento y confiabilidad futuros.

Nuevamente, felicitaciones a brhans por detectar el problema primero.

Imagen editada de la página 2 de la hoja de datos TI CD4521B

Edité la imagen original de la hoja de datos de TI que vinculó para eliminar partes extrañas. Tenga en cuenta que la hoja de datos de TI es un escaneo de una hoja de datos anterior de Harris Semiconductor, por lo que no tiene la alta resolución de las hojas de datos modernas típicas.

La puerta lógica justo después de la RESETseñal es un inversor (los restos de otras líneas de señal eliminadas hacen que el símbolo del inversor sea un poco confuso).

  • En uso normal, RESETes Bajo, IN1(pin 9) también es Bajo (ya que está conectado a Gnd en su PCB). Por lo tanto, después de que cada uno pase por un inversor, las dos entradas a la compuerta NAND en el diagrama son altas y su salida es baja. Después de dos inversores más, verá que OUT1(pin 7) también está bajo.

    Dado que la lógica baja impulsada en el pin 7 no es exactamente cero voltios, habrá una corriente adicional (no planificada) del pin 7 a Gnd. Sin embargo, esta corriente extra será menor que en el caso siguiente.

    Esto podría explicar por qué los circuitos integrados "generalmente" funcionan a 29 °C, en una PCB con una temperatura de 21 °C.

  • Cuando RESETse conduce alto, IN1sigue siendo (fijo) bajo. Siguiendo la puerta del inversor en la RESETseñal, una entrada a la puerta NAND ahora es baja. Por lo tanto, su salida ahora es alta. Después de esos dos inversores en la salida de la puerta NAND, el IC intenta conducir OUT1(pin 7) alto pero no puede hacerlo, debido a la conexión (muy baja resistencia) del pin 7 a Gnd en la PCB.

    Eso hará que fluya una corriente significativa a través del IC y también hará que aumente su temperatura, como lo midió. También puede haber dañado uno o ambos circuitos integrados.

Los diagramas lógicos internos ligeramente más claros del 4521 IC están disponibles en las hojas de datos de:

Muestran la misma estructura de compuerta entre los pines RESET, IN1y OUT1que en la hoja de datos de TI (de menor resolución), por lo que se comportarán de la misma manera cuando la RESETseñal sea alta (activa).

¡Gracias por el análisis y por tomarse el esfuerzo de preparar una respuesta tan exhaustiva! He mirado ese diagrama de circuito interno muchas veces por varias razones, ¡pero pasé por alto el problema con el Pin 7! Tengo que admitir que me gusta bastante ese viejo escaneo crujiente. Corté algunos rastros y, en efecto, ¡la temperatura ahora está cerca de la temperatura ambiente en todo momento! Estaré atento a este problema de ahora en adelante.
El divisor de frecuencia CD4521 se calienta mientras RESET está en ALTO
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