Nieoczekiwany wzrost napięcia wyjściowego czujnika

Korzystam z czujnika cząstek stałych Shinyei PPD-60PV ​​w produkcie i zauważyłem coś bardzo dziwnego w testach i nie wiem, jak to wyjaśnić. Jest podłączony do karty WildFire za pomocą okablowania do karty adaptera interfejsu. WildFire jest zasilany napięciem 5 V przez port USB. PPD-60PV ​​ma dwa połączenia 5V / GND wykonane za pomocą karty adaptera interfejsu oraz wyjście analogowe podłączone do wejścia A7 ADC WildFire za pomocą karty adaptera interfejsu.

Mój produkt obsługuje dwa podstawowe tryby działania: (1) połączenie Wi-Fi i (2) offline. Odkryłem, że w trybie Wi-Fi wyjście analogowe czujnika PPD-60PV ​​wydaje się rosnąć o około wolt. Odkryłem (i skrupulatnie zawęziłem objaw) do tego, że wzrost napięcia następuje nieco stopniowo (przez kilka sekund), dopiero po tym, jak ESP8266 połączy się z siecią Wi-Fi. Powraca również do normalnej wartości wyjściowej stopniowo (w podobnym okresie) po zresetowaniu ESP8266 (a tym samym odłączeniu go od sieci Wi-Fi).

Dalsze eksperymenty diagnostyczne ujawniają, że wzrost napięcia na wyjściu analogowym czujnika występuje nawet wtedy, gdy całkowicie odłączę wyjście analogowe od WildFire, pozostawiając na miejscu połączenia 5 V / GND i sonduję je za pomocą oscyloskopu.

Również jeśli mam dwa zespoły podłączone do tego samego źródła zasilania, z jednym z nich w trybie Wi-Fi, a jednym z nich w trybie offline, jednostka trybu offline wykazuje zjawisko wzrostu napięcia. Wzrost jest na pewno obecny, a także godne uwagi, że jest w mniejszym stopniu niż wtedy, gdy samo urządzenie jest w trybie Wi-Fi, np. 600mV - 700mV.

Jednostka offline podłączona do izolowanego źródła zasilania (np. Akumulatora) nie odczuwa wzrostu napięcia, np. Pomimo fizycznej bliskości jednostki podłączonej do Wi-Fi.

Zastanawiałem się, czy może to był problem z rezystancją ścieżki uziemienia, ale tutaj wszystko ma dość krótkie długości i zmierzyłem rezystancję obu połączeń uziemienia czujnika z powrotem do uziemienia WildFire przy 0,2 omie każdy i zmierzyłem całkowity prąd systemu na około 300mA (wyświetlane na ekranie LCD konwencjonalnego zasilacza stołowego 5V). Z mojego punktu widzenia to z pewnością nie stanowi wzrostu o 1 V.

Rozumiałem, że wyjście analogowe PPD-60PV ​​jest wyjściem buforowanym o niskiej impedancji, ale nie jest to całkowicie jasne z arkusza danych. W tej chwili jestem trochę zakłopotany / zakłopotany i nie jestem pewien, co robić dalej.

Przejdźmy więc do mojego opuszczonego pytania. Co może być podstawową przyczyną tego, co tutaj obserwuję? Jakie masz porady na temat tego, co mógłbym zrobić, aby doprowadzić ten problem do sedna?

Jeśli twój system wykorzystuje fotodiodę do detekcji, jest podłączony do wzmacniacza / integratora o stosunkowo wysokim wzmocnieniu, a silne pola elektromagnetyczne (wifi) mogą powodować indukowane napięcia prądu przemiennego, które są korygowane przez złącze diody i pojawiają się na wyjściu. Jeśli to jest twój problem, możesz go rozwiązać, zwiększając odległość od nadajnika Wi-Fi lub dodatkowe ekranowanie wokół fotodiody. Założę się, że twój czujnik ma już ekranowanie wokół fotodiody.

Z jakiegoś powodu czujnik cząstek ma tendencję do wychwytywania szumu o wysokiej częstotliwości z pasma 2,4 Ghz. Ponieważ nie masz żadnej kontroli nad układem PCB lub obwodem czujnika cząstek stałych, opcje, które masz do sterowania EMI, będą ograniczone. Jest kilka rzeczy, które możesz zrobić.

1) Poinformuj producenta. Istnieje niewielka szansa, że ​​mogą ci pomóc w rozwiązaniu problemu

2) Osłoń urządzenie
Najpierw umieść urządzenie w metalowej obudowie z tylko otworami na sygnały analogowe i zasilania. Najlepsza metalowa obudowa byłaby wykonana z miedzi, użyj taśmy miedzianej, aby zamknąć niepotrzebne otwory. Aluminium może działać, ale nie jest tak dobrym materiałem ekranującym. Istnieją dwa sposoby, w jakie sygnały 2,4 Ghz mogą wpływać na czujnik. Jednym z nich jest emisja przez przewody zasilające i analogowe, które łączą się z płytką, a druga przez powietrze.

Jeśli umieścisz metalową obudowę (bez otworów oprócz zasilania i sygnału analogowego), a sygnał nadal będzie wzrastał. Sugerowałoby to, że sygnał przechodzi przez przewody. Jeśli przechodzi przez przewody, zwiększ indukcyjność, dodając ferryty i kondensatory filtrujące. Ferryty zwiększają indukcyjność drutu i można je dodawać na zewnątrz drutu. Sygnały o wysokiej częstotliwości zawsze przyjmują ścieżkę najniższej indukcyjności, zwiększenie indukcyjności „zmieni ścieżkę prądową” sygnału podobnie do sposobu, w jaki wzrost rezystancji zmniejsza prąd w sytuacji równoległego obciążenia rezystancyjnego.

Jeśli nie masz problemu z przeprowadzonymi emisjami, świetnie. Czujnik cząstek stałych nie będzie mógł działać bez dostępu do powietrza. Będziesz zatem potrzebował więcej eksperymentów z umieszczaniem otworów w pudełku, aby umożliwić wystarczający przepływ powietrza podczas blokowania sygnałów o wysokiej częstotliwości. Uziemienie skrzynki może pomóc, eksperymentuj z uziemieniem w różnych punktach, niektóre będą lepsze niż inne. Ponieważ nie widzę twojego ustawienia, nie mogę skomentować dobrej pozycji na ziemi.

Problemy z EMI wymagają testowania i cierpliwości, powodzenia.

Wygląda na to, że twój problem jest prowadzony przez EMI (nie wypromieniowany) z modułu WiFi. Spróbuj zablokować wszelkie prądy RF w przewodach zasilania i sygnałowych za pomocą perełek ferrytowych. Co więcej, skonstruuj filtr sieci pi dla każdego odprowadzenia, dodając również kondensatory do uziemienia po obu stronach stopki.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Wszystkie przewody, zwłaszcza po stronie ESP8266, powinny być możliwie krótkie i bezpośrednie.

Na czujnik może mieć wpływ promieniowanie RF. Widziałem ten efekt w pracy nad masowym produktem fabrycznym.

Jednym ze sposobów sprawdzenia jest

a) podłącz zasilanie do czujnika

b) monitorować wyjście za pomocą testera wielofunkcyjnego zasilanego bateryjnie

c) użyj osobnego akumulatora USB LiPo, aby zasilić ESP8266 i ustawić go w trybie połączenia Wi-Fi. Ponieważ nie ma fizycznego połączenia przewodowego między ESP8266 a czujnikiem / czujnikiem zasilającym / testerem wielozadaniowym, każdy efekt może być wywołany tylko przez promieniowanie RF

d) zmienia odległość między ESP8266 a czujnikiem, mówi, od 3 metrów do kilku centymetrów

e) obserwować, czy wzrost napięcia występuje, gdy odległość jest niewielka

Wrażliwość na EMC jest znanym problemem. W przypadku masowej produkcji urządzeń elektronicznych testy odporności na zakłócenia elektromagnetyczne są częścią procesu certyfikacji. patrz wikipedia „Testy podatności na promieniowanie pola zwykle obejmują źródło prądu o wysokiej mocy RF lub EM oraz antenę promieniującą do kierowania energii na potencjalną ofiarę lub testowane urządzenie”.

Przetwornik testowy wytwarza natężenie pola przy xxx V / metr i omiatanie w szerokim zakresie częstotliwości. Na przykład EN61000-6-3 wynosi 30 MHz - 230 MHz, 30 dBuV / m oraz 230 MHz - 1 GHz, 37 dBuV / m.