Неожиданное повышение выходного напряжения датчика

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

Мой продукт поддерживает два основных режима работы: (1) подключение к Wi-Fi и (2) автономный режим. Я обнаружил, что в режиме Wi-Fi аналоговый выходной сигнал датчика PPD-60PV ​​повышается примерно на вольт. Что я обнаружил (и тщательно сузил симптом), так это то, что это повышение напряжения происходит несколько постепенно (в течение нескольких секунд), только после того, как ESP8266 подключается к сети Wi-Fi. Он также постепенно восстанавливается до нормального базового значения (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 полностью отключу аналоговый выход от WildFire, оставив соединения 5V / GND на месте, и проверю его с помощью осциллографа.

Кроме того, если у меня есть две сборки, подключенные к одному и тому же источнику питания, причем одна из них находится в режиме Wi-Fi, а другая — в автономном режиме, устройство, работающее в автономном режиме, демонстрирует феномен повышения напряжения. Подъем, безусловно, есть, и еще примечательно, что он в меньшей степени, чем когда сам блок находится в режиме Wi-Fi, например 600мВ - 700мВ.

На автономном устройстве, подключенном к изолированному источнику питания (например, аккумуляторной батарее), не возникает повышения напряжения, например, несмотря на физическую близость к устройству, подключенному к сети Wi-Fi.

Я задавался вопросом, может быть, это проблема сопротивления пути заземления, но здесь все довольно короткие длины, и я измерил сопротивление от обоих заземляющих соединений датчика до земли WildFire по 0,2 Ом каждое, и я измерил общий ток системы при около 300 мА (отображается на ЖК-дисплее обычного настольного источника питания 5 В). Это, конечно, не объясняет подъем на 1 В, насколько я могу судить.

Насколько я понимаю, аналоговый выход PPD-60PV ​​представляет собой буферный выход с низким импедансом, но это не совсем ясно из таблицы данных. На данный момент я немного застрял/озадачен, и я не уверен, что делать дальше.

Итак, к моему извечному вопросу. Что может быть основной причиной того, что я здесь наблюдаю? Какой у вас совет относительно того, что я могу сделать дальше, чтобы свести эту проблему на нет?

Возможно, датчик чувствителен к электромагнитным помехам.
EMI или поля не вызывают подозрений из-за того, что ОП упоминает там об изолированном источнике. @SpehroPefhany Vicatcu, вы наблюдали за подачей 5 В с помощью осциллографа? Я подозреваю, что все дело в цепи опорного напряжения на датчике, напрямую связанной с напряжением питания, которое имеет скачки падения напряжения. Напомним, что мощность USB имеет узкий линейный диапазон. Медленное реагирование можно объяснить наличием в опорной цепи некоторой пассивной фильтрации. Вы ничего не упоминаете о режиме Wi-Fi устройства с батарейным питанием, если оно испытывает такое же расстройство.
Пожалуйста, предоставьте дополнительную информацию о вашей настройке, например, схему или рисунок печатной платы. Если вы используете готовые компоненты, опубликуйте блок-схему. Кроме того, какова постоянная времени вашего датчика (насколько быстро он может реагировать на изменения). Спасибо.
@vicatcu - Привет - Хорошее описание проблемы. «Какой у вас совет относительно того, что я мог бы сделать дальше [...]» - я вижу некоторые «отсутствующие» (или, по крайней мере, не упомянутые) тесты, результаты которых будут способствовать поиску основной причины. Однако отсутствие какого-либо ответа (положительного или отрицательного) на 2 предыдущих комментария предполагает, что вам, возможно, не нужна дополнительная помощь или, возможно, вы даже решили проблему? Итак, чтобы я не тратил время на предложения, которые больше не нужны, не могли бы вы дать обновленную информацию? Спасибо. (Также мне поможет дополнительная информация о количестве доступных источников питания и доступных «областях действия и количестве каналов на каждом».)
Просто неудачное время с Днем памяти и другими делами, я вернусь к этому.

Ответы (4)

Если в вашей системе для обнаружения используется фотодиод, он подключен к усилителю/интегратору с относительно высоким коэффициентом усиления, а сильные электромагнитные поля (Wi-Fi) могут привести к наведенным напряжениям переменного тока, которые выпрямляются диодным переходом и появляются на выходе. Если это ваша проблема, вы можете решить ее, увеличив расстояние от вашего Wi-Fi-передатчика или добавив дополнительное экранирование вокруг фотодиода. Бьюсь об заклад, ваш датчик уже имеет некоторую защиту вокруг фотодиода.

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 схемой датчика твердых частиц, возможности управления электромагнитными помехами будут ограничены. Есть несколько вещей, которые вы можете сделать.

1) Сообщите производителю. Есть небольшой шанс, что они могут помочь вам с проблемой

2) Защитите устройство
Сначала поместите устройство в металлический корпус с отверстиями только для аналоговых сигналов и сигналов питания. Лучший металлический корпус будет сделан из меди, используйте медную ленту, чтобы закрыть все ненужные отверстия. Алюминий может работать, но не является хорошим защитным материалом. Сигналы 2,4 ГГц могут влиять на датчик двумя способами. Один осуществляется через провода питания и аналоговые, которые подключаются к плате, другой — по воздуху.

Если поставить металлический корпус (отверстий нет кроме питания и аналогового сигнала), то сигнал все равно поднимется. Это может означать, что сигнал проходит по проводам. Если он проходит через провода, то увеличьте индуктивность, добавив ферриты и фильтрующие конденсаторы. Ферриты увеличивают индуктивность провода и могут быть добавлены снаружи провода. Высокочастотные сигналы всегда идут по пути с наименьшей индуктивностью, увеличение индуктивности «изменит путь тока» сигнала, подобно тому, как увеличение сопротивления уменьшает ток в ситуации параллельной резистивной нагрузки.

Если у вас нет проблем с кондуктивным излучением, прекрасно. Датчик твердых частиц не сможет работать без доступа воздуха. Так что вам нужно будет больше экспериментировать с отверстиями в коробке, чтобы обеспечить достаточный поток воздуха, блокируя высокочастотные сигналы. Заземление коробки может помочь, поэкспериментируйте с заземлением в разных точках, некоторые из них будут лучше, чем другие. Поскольку я не вижу вашей установки, я не могу прокомментировать хорошую позицию для земли.

Проблемы с электромагнитными помехами требуют испытаний и терпения, удачи.

Если бы был простой и надежный способ паять алюминий, это был бы отличный экран от электромагнитных помех...
Я думаю, что собираюсь присудить награду за этот ответ, поскольку время на него истекает, но я в любом случае оставлю вопрос открытым, пока не доберусь до сути. Пропускание кабеля к датчику через ферритовый сердечник — интересная идея, которую я не додумался попробовать. Не знаю, где взять такую ​​вещь в готовом виде, но я посмотрю.

Похоже, что ваша проблема связана с электромагнитными помехами (а не с излучением) от модуля WiFi. Попробуйте заблокировать любые радиочастотные токи в силовых и сигнальных проводах с помощью ферритовых колец. Еще лучше построить пи-сетевой фильтр для каждого провода, также добавив конденсаторы на землю с обеих сторон бусины.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Держите все выводы, особенно на стороне ESP8266, как можно более короткими и прямыми.

ESP8266 не подключен (напрямую) к рассматриваемому датчику. Датчик и отдельный микроконтроллер (ATmega1284p) питаются от 5В, ATmega1824p подключен к датчику и к ESP8266, а ESP8266 питается от 3,3В, получаемых через LDO от 5В...
Да, я понимаю это. Поле с надписью «Ваша схема» включает в себя все это. Дело в том, что даже заземляющий провод или питание через регулятор могут нести паразитные радиочастотные помехи. Сетевые фильтры pi ограничивают его только ESP8266.
Ах, я понимаю, что вы имеете в виду... к сожалению, это потребует от меня повторного вращения WildFire, с чем я не могу справиться в данный момент. Конечно, это заслуживает рассмотрения для версии 4.1. Я никогда не видел, чтобы ферритовые бусины использовались последовательно с землей, это интересно.
Это эквивалентно тому, что происходит, когда вы надеваете ферритовое кольцо на весь кабель.

На датчик может воздействовать радиочастотное излучение. Я видел этот эффект при работе с заводским серийным продуктом.

Один из способов проверить это

а) подключить питание к датчику

б) выход монитора с помощью мульти-тестера с батарейным питанием

c) использовать отдельный аккумуляторный блок USB LiPo для питания ESP8266 и перевести его в режим подключения к Wi-Fi. Поскольку между ESP8266 и датчиком/питанием датчика/мультитестером 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

e) наблюдайте, не происходит ли повышение напряжения при небольшом расстоянии

Подверженность электромагнитным помехам — известная проблема. Электронные продукты массового производства обычно проходят тестирование на чувствительность к электромагнитным помехам в рамках процесса сертификации. см. википедию. «Тестирование чувствительности к излучаемому полю обычно включает мощный источник энергии радиочастотного или электромагнитного импульса и излучающую антенну для направления энергии на потенциальную жертву или тестируемое устройство (ИУ)».

Испытательный передатчик создает напряженность поля xxx В/метр и свип-сигнал в широком диапазоне частот. Например, EN61000-6-3 соответствует 30 МГц — 230 МГц, 30 дБмкВ/м и 230 МГц — 1 ГГц, 37 дБмкВ/м.

Неожиданное повышение выходного напряжения датчика
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v