Aumento imprevisto della tensione di uscita del sensore

Sto usando un sensore di particelle Shinyei PPD-60PV ​​in un prodotto e ho notato qualcosa di molto strano nei test, e non so come spiegarlo. È collegato a una scheda WildFire mediante cablaggio a una scheda adattatore di interfaccia. WildFire è alimentato a 5V attraverso la sua porta USB. Il PPD-60PV ​​ha due connessioni 5V / GND effettuate attraverso la scheda dell'adattatore di interfaccia e un'uscita analogica che è cablata all'ingresso A7 ADC del WildFire tramite la scheda dell'adattatore di interfaccia.

Il mio prodotto supporta due modalità operative fondamentali: (1) Wi-Fi connesso e (2) Offline. Quello che ho scoperto è che in modalità Wi-Fi, l'uscita analogica del sensore PPD-60PV ​​sembra aumentare di circa un volt. Ciò che ho scoperto (e ridotto scrupolosamente il sintomo a) è stato che questo aumento di tensione si verifica in modo graduale (per diversi secondi), solo dopo che ESP8266 si collega a una rete Wi-Fi. Inoltre, ripristina gradualmente un normale valore di base (per un periodo di tempo simile) dopo aver ripristinato ESP8266 (e quindi disconnettendolo dalla rete Wi-Fi).

Ulteriori esperimenti diagnostici rivelano che questo aumento di tensione sull'uscita analogica del sensore si verifica anche se scollego completamente l' uscita analogica da WildFire lasciando in posizione le connessioni 5V / GND e la sondaggio con un oscilloscopio.

Inoltre, se ho due assiemi collegati alla stessa fonte di alimentazione, di cui uno in modalità Wi-Fi e uno in modalità offline, l'unità in modalità offline mostra il fenomeno dell'aumento di tensione. L'aumento è certamente lì, e anche degno di nota che è in misura minore rispetto a quando l'unità stessa è in modalità Wi-Fi, ad esempio 600mV - 700mV.

Un'unità offline collegata a una fonte di alimentazione isolata (ad es. Un pacco batteria) non subisce l'aumento di tensione, ad es. Nonostante la vicinanza fisica a un'unità connessa Wi-Fi.

Mi chiedevo se forse si trattava di un problema di resistenza del percorso di terra, ma qui tutto ha una lunghezza piuttosto breve e ho misurato la resistenza da entrambe le connessioni di terra del sensore alla terra WildFire a 0,2 ohm ciascuna e ho misurato la corrente totale del sistema a circa 300 mA (visualizzato sul display LCD di un alimentatore convenzionale da banco 5 V). Ciò certamente non rappresenta un aumento di 1 V per quanto riguarda il mio ragionamento.

La mia comprensione era che l'uscita analogica PPD-60PV ​​è un'uscita buffer a bassa impedenza, ma ciò non è del tutto chiaro dal foglio dati. Sono un po 'bloccato / perplesso al momento, e non sono sicuro di cosa fare dopo.

Quindi, alla mia domanda abbandonata. Quale potrebbe essere la causa principale di ciò che sto osservando qui? Che consiglio hai su cosa potrei fare dopo per portare a terra questo problema, per così dire?

Se il sistema utilizza un fotodiodo per il rilevamento, è collegato a un amplificatore / integratore a guadagno relativamente elevato e campi elettromagnetici forti (wifi) possono causare tensioni CA indotte che vengono rettificate dalla giunzione del diodo e visualizzate sull'uscita. Se questo è il tuo problema, puoi risolverlo aumentando la distanza dal tuo trasmettitore wifi o schermando ulteriormente il fotodiodo. Scommetto che il tuo sensore ha già qualche schermatura attorno al fotodiodo.

Per qualche ragione, il sensore di particelle è incline a captare il rumore ad alta frequenza dalla banda di 2,4 Ghz. Dal momento che non si ha alcun controllo sul layout PCB o sul circuito del sensore del particolato, le opzioni disponibili per il controllo EMI saranno limitate. Ci sono alcune cose che puoi fare.

1) Informare il produttore. C'è una remota possibilità che possano aiutarti con il problema

2) Schermare l'unità
Innanzitutto, collocare l'unità in un contenitore metallico con solo fori per i segnali analogici e di potenza. La migliore custodia in metallo sarebbe realizzata in rame, utilizzare un nastro di rame per chiudere eventuali fori non necessari. L'alluminio può funzionare ma non è un buon materiale di protezione. Esistono due modi in cui i segnali a 2,4 Ghz potrebbero influenzare il sensore. Uno è condotto emissioni attraverso i cavi di alimentazione e analogici che si collegano alla scheda, l'altro è attraverso l'aria.

Se si inserisce un involucro di metallo (nessun foro ad eccezione dell'alimentazione e del segnale analogico) e si ottiene comunque l'innalzamento del segnale. Ciò suggerisce che il segnale sta attraversando i fili. Se passa attraverso i fili, aumenta l'induttanza aggiungendo ferriti e condensatori di filtro. I ferriti aumentano l'induttanza del filo e possono essere aggiunti all'esterno del filo. I segnali ad alta frequenza prendono sempre il percorso dell'induttanza più bassa, aumentando l'induttanza "altererà il percorso corrente" del segnale in modo simile al modo in cui l'aumento della resistenza diminuisce la corrente nella situazione di un carico resistivo parallelo.

Se non hai problemi con le emissioni condotte, ottimo. Il sensore del particolato non sarà in grado di funzionare senza accesso all'aria. Quindi avrai bisogno di più sperimentazione nel mettere buchi nella scatola per consentire un flusso d'aria sufficiente bloccando i segnali ad alta frequenza. La messa a terra della scatola può aiutare, provare a metterla a terra in punti diversi, alcuni saranno meglio di altri. Dal momento che non riesco a vedere la tua configurazione, non posso commentare una buona posizione per il terreno.

I problemi EMI richiedono test e pazienza, buona fortuna.

Sembrerebbe che il tuo problema sia condotto EMI (non irradiato) dal modulo WiFi. Prova a bloccare eventuali correnti RF nei cavi di alimentazione e di segnale con sfere di ferrite. Meglio ancora, costruisci un filtro pi-network per ogni cavo aggiungendo anche condensatori a terra su entrambi i lati del tallone.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Mantenere tutti i cavi, soprattutto sul lato ESP8266, il più corti e diretti possibile.

Il sensore potrebbe essere influenzato dalle radiazioni RF. Ho visto questo effetto al lavoro sul prodotto di produzione di massa in fabbrica.

Un modo per testare è

a) collegare l'alimentazione al sensore

b) monitorare l'uscita mediante un multi-tester a batteria

c) utilizzare un pacco batteria LiPo USB separato per alimentare l'ESP8266 e metterlo in modalità WiFi. Poiché non è presente alcun collegamento fisico tra ESP8266 e il sensore / sensore di alimentazione / multi-tester, qualsiasi effetto può essere solo attraverso la radiazione RF

d) variare la distanza tra ESP8266 e il sensore, dice, da 3 metri a qualche centimetro

e) osservare se si verifica un aumento di tensione quando la distanza è ridotta

La suscettibilità EMC è un problema noto. È comune che i prodotti elettronici prodotti in serie siano sottoposti ai test di sensibilità EMC nell'ambito del processo di certificazione. vedi wikipedia "I test di suscettibilità ai campi irradiati in genere coinvolgono una fonte ad alta potenza di energia a impulsi RF o EM e un'antenna radiante per dirigere l'energia verso la potenziale vittima o dispositivo sotto test (DUT)."

Il trasmettitore di test crea un'intensità di campo a xxx V / metro e passa su un'ampia gamma di frequenze. Ad esempio, EN61000-6-3 è 30 MHz— 230 MHz, 30 dBuV / me 230 MHz— 1 GHz, 37 dBuV / m.