Неожиданное повышение выходного напряжения датчика


9

Я использую датчик частиц Shinyei PPD-60PV ​​в продукте, и я заметил кое-что очень странное в тестировании, и я не знаю, как это объяснить. Он подключен к плате WildFire посредством подключения к плате интерфейсного адаптера. WildFire питается от 5 В через USB-порт. PPD-60PV ​​имеет два соединения 5V / GND, выполненных через плату интерфейсного адаптера, и аналоговый выход, который подключен к входу АЦП A7 WildFire через плату интерфейсного адаптера.

Мой продукт поддерживает два основных режима работы: (1) подключен Wi-Fi и (2) отключен. Я обнаружил, что в режиме Wi-Fi аналоговый выход датчика PPD-60PV ​​увеличивается примерно на вольт. Я обнаружил (и тщательно сузил симптом до) то, что это повышение напряжения происходит несколько постепенно (в течение нескольких секунд), только после подключения ESP8266 к сети Wi-Fi. Он также восстанавливается до нормального базового значения постепенно (в течение аналогичного периода времени) после сброса ESP8266 (и, следовательно, отключения его от сети Wi-Fi).

Дальнейшие диагностические эксперименты показывают, что это повышение напряжения на аналоговом выходе датчика происходит, даже если я вообще отключаю аналоговый выход от WildFire, оставляя соединения 5V / GND на месте, и проверяю его с помощью осциллографа.

Также, если у меня есть две сборки, подключенные к одному и тому же источнику питания, одна из которых находится в режиме Wi-Fi, а другая - в автономном режиме, модуль автономного режима демонстрирует явление повышения напряжения. Повышение, безусловно, есть, и также следует отметить, что оно в меньшей степени, чем когда само устройство находится в режиме Wi-Fi, например, 600 мВ - 700 мВ.

Автономный блок, подключенный к изолированному источнику питания (например, батарейному блоку ), не испытывает повышения напряжения, например, несмотря на физическую близость к подключенному блоку Wi-Fi.

Я задавался вопросом, возможно, это была проблема сопротивления заземления, но здесь все довольно короткое, и я измерил сопротивление от обоих подключений заземления датчика обратно к заземлению WildFire по 0,2 Ом каждый, и я измерил общий ток системы при около 300 мА (отображается на ЖК-дисплее обычного настольного источника питания 5 В). Это, конечно, не учитывает рост 1V, насколько мои рассуждения.

Насколько я понимаю, аналоговый выход PPD-60PV ​​является буферизованным выходом с низким импедансом, но это не совсем ясно из таблицы. Я застрял / растерялся на данный момент, и я не уверен, что делать дальше.

Итак, к моему несчастному вопросу. Что может быть причиной того, что я наблюдаю здесь? Какой у вас совет относительно того, что я мог бы сделать дальше, чтобы решить эту проблему?


1
Возможно, датчик чувствителен к электромагнитным помехам.
Спехро Пефхани

EMI или поля вне подозрения, из-за чего OP упоминает об изолированном источнике там. @SpehroPefhany Vicatcu, вы наблюдали за питанием 5 В с помощью осциллографа? Я подозреваю, что все дело в цепи привязки напряжения на датчике, непосредственно связанной с напряжением питания, которое имеет скачки падения напряжения. Напомним, что мощность USB имеет узкий линейный диапазон. Медленная реакция может быть объяснена, если в ссылочной цепи есть пассивная фильтрация. Вы ничего не упоминаете о режиме Wi-Fi устройства с батарейным питанием, если он испытывает то же расстройство.
Айхан

Пожалуйста, предоставьте больше информации о вашей настройке, например, схему или рисунок на печатной плате. Если вы используете готовые компоненты, опубликуйте блок-схему. Кроме того, какова постоянная времени вашего датчика (как быстро он может реагировать на изменения) Спасибо
скачок напряжения

@vicatcu - Привет - Хорошее описание проблемы. «Какой у вас совет относительно того, что я мог бы сделать следующим [...]» - я вижу некоторые «отсутствующие» (или, по крайней мере, не упомянутые) тесты, результаты которых будут способствовать поиску первопричины. Тем не менее, отсутствие какого-либо ответа (положительного или отрицательного) на 2 предыдущих комментария говорит о том, что вам может не понадобиться дополнительная помощь или, возможно, вы решили проблему? Поэтому, чтобы я не тратил время на предложения, которые больше не нужны, не могли бы вы дать обновление? Спасибо. (Также мне поможет дополнительная информация о количестве доступных источников питания и доступных областях действия и количестве каналов на каждом.)
SamGibson

Просто плохое время с днем ​​поминовения и прочим прочим, я вернусь к этому
Викацу

Ответы:


3

Если ваша система использует фотодиод для обнаружения, он подключен к усилителю / интегратору с относительно высоким коэффициентом усиления, и сильные электромагнитные поля (wifi) могут привести к индуцированным переменным напряжениям, которые выпрямляются диодным переходом и появляются на выходе. Если это ваша проблема, вы можете решить ее, увеличив расстояние от передатчика Wi-Fi или дополнительное экранирование вокруг фотодиода. Готов поспорить, у вашего датчика уже есть экранирование вокруг фотодиода.


3

По какой-то причине датчик частиц склонен улавливать высокочастотный шум в диапазоне 2,4 ГГц. Поскольку у вас нет никакого контроля над компоновкой печатной платы или цепью датчика твердых частиц, параметры, которые вы используете для контроля электромагнитных помех, будут ограничены. Есть несколько вещей, которые вы можете сделать.

1) Дайте знать производителю. Есть небольшая вероятность, что они могут помочь вам с проблемой

2) Защитите устройство.
Сначала поместите устройство в металлический корпус, в котором имеются только отверстия для аналоговых и силовых сигналов. Лучший металлический корпус будет сделан из меди, используйте медную ленту, чтобы закрыть любые ненужные отверстия. Алюминий может работать, но это не такой хороший экранирующий материал. Есть два способа, которыми сигналы 2,4 ГГц могут воздействовать на ваш датчик. Один проводит излучение через силовые и аналоговые провода, которые подключаются к плате, другой - по воздуху.

Если вы поставите металлический корпус (без отверстий, кроме питания и аналогового сигнала), и вы все равно получите повышение сигнала. Это предполагает, что сигнал проходит через провода. Если оно проходит через провода, то увеличьте индуктивность, добавив ферриты и конденсаторы фильтра. Ферриты увеличивают индуктивность провода и могут быть добавлены к внешней стороне провода. Высокочастотные сигналы всегда проходят путь наименьшей индуктивности, увеличение индуктивности «изменит путь тока» сигнала подобно тому, как увеличение сопротивления уменьшает ток в ситуации параллельной резистивной нагрузки.

Если у вас нет проблем с кондуктивными выбросами, отлично. Датчик частиц не сможет работать без доступа воздуха. Поэтому вам понадобится больше экспериментов с размещением отверстий в коробке, чтобы обеспечить достаточный поток воздуха при блокировании высокочастотных сигналов. Заземление коробки может помочь, поэкспериментируйте с заземлением в разных точках, некоторые будут лучше, чем другие. Так как я не могу видеть ваши настройки, я не могу комментировать хорошую позицию для земли.

Проблемы EMI требуют тестирования и терпения, удачи.


1
Если бы существовал простой и надежный способ пайки алюминия, он был бы отличным защитным экраном от электромагнитных помех ...
Сэм,

Я думаю, что я собираюсь назначить награду за этот ответ, так как время уходит на него, но я буду держать вопрос открытым во всяком случае, пока не доберусь до сути. Пропустить кабель к датчику через ферритовый сердечник - интересная идея, о которой я даже не думал пытаться. Не уверен, где взять такую ​​вещь в продаже, но я посмотрю.
Викацу

2

Казалось бы, ваша проблема проводится EMI (не излучается) от модуля WiFi. Попробуйте заблокировать любые радиочастотные токи в силовых и сигнальных проводах ферритовыми шариками. Более того, создайте пи-сетевой фильтр для каждого провода, также добавив конденсаторы к земле по обе стороны от провода.

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Все провода, особенно со стороны ESP8266, должны быть как можно более короткими и прямыми.


ESP8266 не подключен (напрямую) к соответствующему датчику. Датчик и отдельный микроконтроллер (ATmega1284p) питаются от 5 В, ATmega1824p подключается к датчику и ESP8266, а ESP8266 питается от 3,3 В, получаемых через LDO от 5 В ...
vicatcu

Да, я понимаю это. Коробка с надписью «Ваша цепь» охватывает все это. Дело в том, что даже заземляющий провод или питание через регулятор может нести случайные радиочастотные помехи. Сетевые фильтры pi ограничивают его только ESP8266.
Дэйв Твид,

Ах, я понимаю, что вы имеете в виду ... к сожалению, это потребует от меня повторного запуска WildFire, которым я не могу сейчас управлять. Конечно, это заслуживает рассмотрения для v4.1. Я никогда не видел, чтобы ферритовые бусины использовались в серии с землей, это интересно.
Викацу

Это эквивалентно тому, что происходит, когда вы помещаете ферритовое кольцо вокруг всего кабеля.
Дэйв Твид,

0

На датчик может воздействовать радиочастотное излучение. Я видел этот эффект при работе на заводском серийном продукте.

Один из способов проверить это

а) подключить питание к датчику

б) выходной сигнал от мульти-тестера с батарейным питанием

c) Используйте отдельный аккумулятор USB LiPo для питания ESP8266 и переведите его в режим Wi-Fi. Поскольку между ESP8266 и датчиком / источником питания / мульти-тестером нет физического проводного соединения, любой эффект может быть только через радиочастотное излучение

г) варьировать расстояние между ESP8266 и датчиком, скажем, от 3 метров до нескольких сантиметров

е) наблюдать, если повышение напряжения происходит при небольшом расстоянии

EMC Susceptibility является известной проблемой. Для серийно выпускаемых электронных изделий характерно прохождение тестирования EMC на восприимчивость в рамках процесса сертификации. см. википедию «Тестирование восприимчивости к излучению обычно включает в себя мощный источник энергии радиочастотного или электромагнитного импульса и излучающую антенну для направления энергии на потенциальную жертву или тестируемое устройство (DUT)».

Тестовый передатчик создает напряженность поля при ххх В / метр и распространяется в широком частотном диапазоне. Например, EN61000-6-3 составляет 30 МГц - 230 МГц, 30 дБуВ / м и 230 МГц - 1 ГГц, 37 дБуВ / м.

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.