Отладка при заземлении осциллографа устраняет проблему

В двух словах :

  1. Моя схема ведет себя хаотично
  2. Я подключаю область, чтобы узнать, почему
  3. Проблема исчезает

В частности, это касается схемы в моем последнем вопросе, хотя это происходит со мной не в первый раз, и я хотел бы знать, как правильно найти источник этой общей проблемы. В программном обеспечении мы бы назвали их Heisenbugs , но я не знаю, используется ли тот же каламбур для проблем EE.

В этом конкретном случае у меня есть тестовая программа, работающая на PIC, которая переходит от 0% до 100% рабочего цикла на выходе PWM за 8 шагов с паузой в 10 секунд на каждом шаге. Затем он снова снижается со 100% до 0%. Проблема в том, что он нормально поднимается, но застревает на падении - т.е. вентилятор не падает в скорости, как должен.

Простое подключение земли щупа к моей цепи решает проблему, даже без включенного прицела. Когда осциллограф подключен и работает, все зондированные сигналы выглядят чистыми и аккуратными, и все работает отлично.

Я предполагаю, что я улавливаю некоторые помехи от сетевого шума или от источника питания, но, не имея возможности наблюдать за ними, когда они плохо себя ведут, я не знаю, что я должен исправить.

Что мне делать дальше?

Схема:

схематический

Доска:

доска

Заголовок 2x5 внизу предназначен только для того, чтобы показать все мои неиспользуемые контакты PIC на случай, если я захочу расширить это в будущем (это хобби-проект). Разъем вентилятора находится сверху.

Похоже, что подключение GND к заземлению сети решит проблему. Если вы просто хотите решить это, и это вариант, просто сделайте это. Если вы хотите узнать причины, нам нужно знать гораздо больше о вашей настройке, в зависимости от того, в чем проблема, достаточно схемы или больше похоже на фактическую компоновку печатной платы. Также не забудьте точно указать, что куда и как подключено к вашей плате.
Земля вашего осциллографа подключена к заземлению сети. В большинстве лабораторных расходных материалов они плавают относительно заземления сети, но большинство из них имеют заземление на передней панели. Не могли бы вы попробовать, что происходит, когда вы подключаете эту землю к источнику питания (обычно минусовая сторона)?
@PlasmaHH Спасибо, мне бы очень хотелось узнать, как найти проблему, то есть каковы следующие шаги по отладке. Схема находится в моем связанном посте, но я включил сюда, чтобы сэкономить клики, а также макет платы (автоматически проложенный, поэтому ожидаю комментариев!). См. правки.
@RogerRowland: Что можно сделать независимо от анализа схемы, так это попробовать другие способы ее питания, такие как другой источник питания или батарея. Или кладите вещи в металлическую банку, если вы подозреваете, что она что-то собирает. Если вы хотите отладить его, не заземляя, это может быть одним из случаев, когда вы можете запустить свой прицел с изолирующим трансформатором, если вы знаете, что делаете.
@IC_designer_Rimpelbekkie Да, у моего блока питания есть отдельная клемма зеленого заземления, и если я привяжу ее к отрицательному выходу, это также решит проблему. Что это значит?
Подключен ли какой-либо из ваших внешних сигналов к GND (или не полностью изолирован от них?) Я смотрю на FANGND на ш...
@BrianDrummond Ничего не связано с FANGND, но, как оказалось, именно в этот момент я прикрепил заземление зонда, когда все заработало. Возможно, мне следовало выбрать другую сторону Q2? РЕДАКТИРОВАТЬ - только что попробовал, это все еще решает проблему.
Учитывая ветку комментариев, я отредактировал свой ответ. Я думаю, что ваши соединения питания могут быть неправильными.

Ответы (3)

При всем уважении, независимо от того, что делает поле прицела, ваша компоновка отвратительна.

В частности, при ШИМ вы ДОЛЖНЫ поддерживать лучшую маршрутизацию земли. В нынешнем виде ток от источников ваших полевых транзисторов проходит по тонким дорожкам через землю PIC, затем к земле регулятора и, наконец, к вашему входному контакту и развязке. Я подозреваю, что вы получаете шум земли, как сумасшедший. Почему руководство области исправляет это, я понятия не имею.

Я бы предложил разместить JP2 чуть выше вашего полевого транзистора, с дорожкой шириной не менее 0,1 от контакта заземления к истокам Q1, Q2 и C3. Затем отдельная трасса шириной не менее 0,05 до вашего PIC, регулятора, C1 и C2.

А пока установите короткую перемычку, скажем, 20ga, между JP2 GND и контактом 3 Q2, и перемычку 24ga между JP2 GND и истоком Q1 (я думаю, контакт 1).

В будущем всегда сначала подключайте питание и землю (особенно землю). Используйте широкие следы и бегите как можно более прямо. Только после этого можно рассматривать проблемы маршрутизации и стратегии для других трасс.

Я знал, что авто-маршрутизация Eagle была плохой идеей, поэтому я ожидал такого рода отзывов. Я нашел очень мало руководств по ручной маршрутизации, поэтому я предположил, что программное обеспечение справится с этой задачей лучше, чем я. Думаю, я ошибся :-( По крайней мере, с вашим советом я могу стать лучше ... так что спасибо за ответ и не беспокойтесь о неуважении, я слишком стар, чтобы беспокоиться о таких вещах сейчас :- )
Есть ли медная заливка, привязанная к земле? Я вижу многоугольник верхнего слоя.
Пока вы говорите о сигналах, автомаршрутизация может быть в порядке. Просто сила и земля (особенно земля) требуют более пристального внимания и игры по другим правилам. Для коммутируемых сильноточных возвратов важно, чтобы они были максимально отделены от других сигнальных возвратов. Думайте о токе как о воде, текущей по трассе, и держите скачки напряжения вдали от других точек, таких как заземление PIC. Отдельные следы — хорошая идея, и толстые тоже не помешают. Это также может быть проблемой с аналоговыми сигналами очень низкого уровня, особенно с токоизмерительными резисторами. Кроме того, 24-й переход GND на PIC GND.
@ScottSeidman У меня земля заливает сверху и снизу, оба подключены к сети GND.
@WhatRoughBeast Хорошо, понял, но это не переключение больших токов (или нет?). 4-контактный PWM-вентилятор имеет собственные 12 В и GND, а также отдельную линию управления PWM, которая выдает около 5 мА. Какую ширину дорожки вы бы использовали для питания и заземления, при условии, что ток не превышает 250 мА при 12 В?
@RogerRowland - Кроме того, я сомневаюсь, что трассировка выполняется непосредственно под Q2. Вы просите о случайном коротком замыкании или возможной емкостной связи с ним.
@WhatRoughBeast Итак, я думаю, что лучше всего попытаться перенаправить эту доску вручную, а затем попросить отзывы, прежде чем ее изготовят. Я вижу, что это непросто, даже с якобы простой схемой. Живи и учись.
@RogerRowland - Нет, сначала добавьте 3 перемычки, которые я предложил, и посмотрите, поможет ли это. Это не должно занимать более 10 минут, и если это не сработает, вам нужно попробовать что-то еще. Что касается размеров трасс, я не знал, что вы имеете дело с таким низким током. Вы понимаете, что с 250 мА вы, вероятно, сможете обойтись без 2N7000? В техническом описании указано, что вы упадете всего на 0,5 вольта, а рассеивание при включении составит 1/8 ватта. 50 мил дорожек для земли должно быть достаточно.
@WhatRoughBeast Прогресс! Я только что добавил одну перемычку (большие пальцы, трясущиеся руки, усталые глаза) между JP2 GND и PIC GND, и теперь все работает нормально после нескольких запусков и циклов питания. Мне нужно добавить два других или это подтверждает ваши подозрения?
@RogerRowland Ух ты! Ну, похоже, это проблема для меня. Если вы готовы, вы можете добавить перемычку Q2, но вам не нужен 20 ga, так как вы делаете только 250 мА. Почти все подойдет по сравнению с этими печатными платами. Если вы хорошо себя чувствуете в вещах, которые вам, вероятно, не нужны, приложите дополнительные усилия.
@WhatRoughBeast Да, чувствую себя хорошо и уйду, пока впереди, и оставлю время для того, чтобы эти уроки усвоились. +1 уже, но я хотел бы сделать это снова. Большое спасибо за ваш совет.
@RogerRowland Кашель, кашель (выберите ответ), кашель;)
Упс! Как забывчивый обо мне....

Есть три основных возможности -

  1. есть какая-то внешняя система, к которой вы подключаетесь, и вы не передали опорное напряжение между вашей схемой и этой системой. Если внешняя система подключена к заземлению, когда вы подключаете заземление кабеля осциллографа к своей цепи, вы теперь передаете ссылку и устраняете проблему. (моя первая ставка, если бы я был игроком).
  2. Кому-то нужно немного больше емкости, и датчик прицела это обеспечивает.
  3. Некоторые ложные токи ищут лучший путь к земле, и земля обеспечивает его.

Первый вариант, вероятно, можно отладить по расширению, второй - путем добавления заглавных букв, как описано другими. Третье может быть вызвано токами, связанными со скачками напряжения, связанными с ШИМ-управлением двигателем, и отсутствием диода, необходимого для решения этой проблемы. Вы можете подумать о том, чтобы просто заменить вентилятор несколькими резисторами (т. е. неиндуктивной нагрузкой) параллельно (достаточное количество, чтобы справиться с генерируемой мощностью) и посмотреть, исчезнут ли проблемы.

Еще одна проблема: возможно, вы просто неправильно подключили питание. Если GND в вашей цепи является заземлением корпуса (т. е. разъем «Земля» на вашем источнике питания), и нет внутреннего соединения между V- и землей на источнике питания, вам необходимо выполнить соединение между заземлением шасси и V- или нет ссылки на V +, или вместо того, чтобы подключать заземление вашей цепи к земле шасси, вы используете V- для GND в своей цепи.

Спасибо, Скотт. Постараюсь осветить ваши моменты: 1) внешней системы нет, только эта; 2) заземления области достаточно, чтобы устранить проблему, зонд можно не подключать; 3) звучит многообещающе. Привязка моего блока питания V- к его заземлению устраняет проблему таким же образом, но я буду работать от настенной бородавки с двойной изоляцией, которая не имеет «истинного» заземления, а также показывает ту же проблему, что и настольный блок питания ( при плавании). Я не могу заменить вентилятор резисторами, потому что а) это единственный способ, которым я вижу проблему, и б) в любом случае требуется подтяжка вентилятора.
У вас не будет этой проблемы со стенной бородавкой.
У меня проблема с бородавкой на стене. На самом деле это была моя первоначальная конфигурация.
@RogerRowland Можете ли вы рассказать о своих силовых соединениях ??
Прости, Скотт, я думал, что ясно выразился. У меня изначально проблема возникла при питании от 12В коммутационной настенной бородавки. Затем я попробовал с линейным питанием стенда, та же проблема. Следуя предложению Римпельбекки, я связал V- и Землю на верстаке, и это решило проблему. При любом питании подключение заземления прицела к заземлению цепи также решает проблему. Это помогает?
Как вы подключили питание стенда до того, как подключили V- и заземление шасси? Какие именно соединения вы использовали?
Я попробовал перемычки типа «банан» от линейных клемм питания к разъемам на макетной плате, затем перемычки DuPont от макетной платы к 12 В и заземлению в левом верхнем углу платы. На макетной плате больше ничего не было. Я также пытался подключить дюпоны непосредственно к винтовым клеммам питания стенда, так что всего 4 дюйма. Ни в том, ни в другом случае проблема не изменится.
@RogerRowland - у меня есть связи на вашей доске. Каковы точные соединения на блоке питания. Какие клеммы питания? V+ и V- или V+ и GND??
V+ и V- на блоке питания. Однако, если я также подключу V- (на источнике питания) к клемме заземления источника питания (отдельная зеленая клемма рядом с черной и красной), то все работает нормально.
  1. Маловероятно, но проще всего: попробуйте конденсатор 10 мкФ на входе вашего 78L05. Есть вероятность, что ваше питание (5 В) станет нестабильным, что приведет к тому, что микроконтроллер... гм... пойдет по Гейзенбергу?

  2. Весьма (!) вероятно: Кроме того, несколько больший конденсатор на вашем 12-вольтовом источнике питания параллельно с конденсатором с низким импедансом (например, 100 мкФ электролитический, 100 нФ керамический) на вашем 12-вольтовом входе - действительно хорошая идея. Ваш двигатель вентилятора очень похож на индуктивность, и пики, возникающие при выключении Q2, могут нарушить работу вашего 5-вольтового регулятора и/или вашего микроконтроллера. В идеале соединить их так, чтобы петля от положительного конца цоколя до выхода вентилятора и от Q2.source до отрицательного конца цоколя стала как можно меньше.

  3. Очень вероятно и действительно то, что вы тоже должны попробовать: поставить (быстро!/Шоттки!) Диод от Q2.Drain к +12В, с анодом, подключенным к стоку, и катодом к +12В, прямо там, где ваши конденсаторы. Этот диод улавливает пики и фиксирует их на конденсаторах, которые вы только что добавили в (2). На самом деле вы можете провести зонд от Q2.drain к земле и проверить, не превышают ли пики стока 12 В или, может быть, даже выше максимального значения Q2. допустимое напряжение стока.

Это полезно, спасибо - теперь мне есть куда пойти и кое-что попробовать. Поскольку проблемы с заземлением исчезают, не думаете ли вы, что это скорее проблема шума, чем проблема с питанием?
Хммм... Скорее всего проблема с шумами в питании, вызванная свойствами вашей нагрузки (переключаемая индуктивность). Что намекает на это, так это то, что ваша схема запускается нормально и приходит в бешенство сразу после того, как она уже хорошо работает. Дайте нам знать, если 1, 2 и/или 3 помогли ;-)
Хорошо, я застряну в этом и обновлю позже. Большое спасибо за совет.
Примечание... Мой ответ был написан, предполагая, что Q2 является выходом для вентилятора, а Q1 не используется (я не уверен, что вы на самом деле делаете с маленьким полевым транзистором)...
Аааа. На самом деле Q1 — это ШИМ, а Q2 используется только для того, чтобы полностью отключить питание вентилятора, потому что его минимальная скорость ниже определенного рабочего цикла. В этом 4-контактном вентиляторе есть отдельная линия управления ШИМ, которой я управляю через Q1.
... оооооо: Q2 практически всегда включен, когда работает ваш вентилятор? У вашего вентилятора есть внутренняя схема, которая считывает ваш ШИМ, фильтрует/преобразует его в напряжение и драйвер двигателя, который регулирует скорость, пропорциональную ШИМ? Если выход Q1 является просто управляющим/логическим входом для вентилятора, мой ответ все еще может быть, если вы замените Q2.drain на X1.2 (за исключением «3», который, надеюсь, уже установлен внутри электроники вентилятора), потому что любые шипы создаваемый внутренним силовым каскадом вентилятора, может по-прежнему появляться на X1.2 (что я тогда прочитал как питание 12 В для вентилятора).
Да, Q2 всегда включен при рабочих циклах выше ~15%. У вентилятора есть какая-то неизвестная схема, которая - после тестирования - имеет подтяжку до 12 В на линии ШИМ. Поэтому я использую Q1, чтобы уменьшить его в соответствии с выходом ШИМ моего PIC. Я поработаю над вашими предложениями и дам вам знать ....