Augmentation inattendue de la tension de sortie du capteur

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J'utilise un capteur de particules Shinyei PPD-60PV dans un produit et j'ai remarqué quelque chose de très étrange lors des tests, et je ne sais pas comment l'expliquer. Il est connecté à une carte WildFire par le biais d'un câblage à une carte adaptateur d'interface. Le WildFire est alimenté en 5V via son port USB. Le PPD-60PV possède deux connexions 5V / GND établies via la carte adaptateur d'interface et une sortie analogique qui est câblée à l'entrée A7 ADC du WildFire via la carte adaptateur d'interface.

Mon produit prend en charge deux modes de fonctionnement fondamentaux: (1) Wi-Fi connecté et (2) Hors ligne. Ce que j'ai découvert, c'est qu'en mode Wi-Fi, la sortie analogique du capteur PPD-60PV semble augmenter d'environ un volt. Ce que j'ai découvert (et soigneusement réduit le symptôme à), c'est que cette augmentation de tension se produit quelque peu progressivement (sur plusieurs secondes), seulement après que l'ESP8266 se connecte à un réseau Wi-Fi. Il retrouve également une valeur de base normale progressivement (sur une période de temps similaire) lors de la réinitialisation de l'ESP8266 (et donc de sa déconnexion du réseau Wi-Fi).

D'autres expériences de diagnostic révèlent que cette augmentation de tension sur la sortie analogique du capteur se produit même si je déconnecte la sortie analogique du WildFire tout en laissant les connexions 5V / GND en place et la sonde avec un oscilloscope.

De plus, si j'ai deux assemblages branchés sur la même source d'alimentation, l'un d'entre eux en mode Wi-Fi et l'autre en mode hors ligne, l'unité en mode hors ligne présente le phénomène de montée en tension. L'augmentation est certainement là, et il convient également de noter que c'est dans une moindre mesure que lorsque l'appareil lui-même est en mode Wi-Fi, par exemple 600mV - 700mV.

Une unité hors ligne connectée à un isolé source d'alimentation (par exemple une batterie) ne subit pas l'augmentation de tension, par exemple malgré la proximité physique d'une unité connectée au Wi-Fi.

Je me suis demandé si c'était peut-être un problème de résistance du chemin de terre, mais tout est assez court ici, et j'ai mesuré la résistance des deux connexions de terre du capteur à la terre WildFire à 0,2 ohms chacune, et j'ai mesuré le courant total du système à environ 300mA (affiché sur l'écran LCD d'une alimentation 5V de table classique). Cela ne représente certainement pas une augmentation de 1V pour autant que mon raisonnement le fasse.

Ma compréhension était que la sortie analogique PPD-60PV est une sortie tamponnée à basse impédance, mais ce n'est pas tout à fait clair dans la fiche technique. Je suis un peu coincé / perplexe en ce moment, et je ne sais pas quoi faire ensuite.

Donc, pour ma question désespérée. Quelle pourrait être la cause profonde de ce que j'observe ici? Quels conseils avez-vous sur ce que je pourrais faire ensuite pour mettre ce problème au sol, pour ainsi dire?

voltage sensor analog

— vicatcu
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Peut-être que le capteur est sensible aux interférences électromagnétiques.

— Spehro Pefhany

EMI ou champs sont hors de suspect, à cause de ce que le PO mentionne au sujet de l'approvisionnement isolé là-bas. @SpehroPefhany Vicatcu, avez-vous observé l'alimentation 5V avec oscilloscope? Je soupçonne qu'il s'agit uniquement d'un circuit de référence de tension sur le capteur, directement lié à la tension d'alimentation, qui présente des pointes de chute de tension. Rappelons que l'alimentation USB a une plage linéaire étroite. La réaction lente peut être expliquée si le circuit de référence a un filtrage passif. Vous ne mentionnez rien sur le mode wifi de l'appareil alimenté par batterie, s'il rencontre le même trouble.

— Ayhan

Veuillez fournir plus d'informations sur votre configuration, comme une image schématique ou un dessin PCB. Si vous utilisez des composants standard, affichez un schéma de principe. En outre, quelle est la constante de temps de votre capteur (à quelle vitesse peut-il répondre aux changements) Merci

— Voltage Spike

@vicatcu - Salut - Belle description du problème. "Quels conseils donneriez-vous sur ce que je pourrais faire ensuite [...]" - Je vois des tests "manquants" (ou du moins non mentionnés), dont les résultats progresseraient pour trouver la cause première. Cependant, l'absence de réponse (positive ou négative) aux 2 commentaires précédents, suggère que vous pourriez ne pas avoir besoin d'aide supplémentaire ou peut-être même avoir résolu le problème? Donc, pour éviter de perdre du temps sur des suggestions qui ne sont plus nécessaires, pourriez-vous faire une mise à jour? Merci. (De plus, plus d'informations sur le nombre de sources d'alimentation disponibles et sur les portées et le nombre de canaux disponibles sur chacune d'entre elles m'aideraient.)

— SamGibson

Juste un mauvais timing avec le jour du souvenir et d'autres choses en cours, je vais y revenir

— vicatcu

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Si votre système utilise une photodiode pour la détection, elle est connectée à un amplificateur / intégrateur à gain relativement élevé, et des champs électromagnétiques puissants (wifi) peuvent entraîner des tensions CA induites qui sont rectifiées par la jonction de diode et apparaissent sur la sortie. Si c'est votre problème, vous pouvez le résoudre en augmentant la distance de votre émetteur wifi ou un blindage supplémentaire autour de la photodiode. Je parie que votre capteur a déjà un blindage autour de la photodiode.

— John Birckhead
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Pour une raison quelconque, le capteur de particules est susceptible de capter le bruit haute fréquence de la bande 2,4 GHz. Étant donné que vous n'avez aucun contrôle sur la disposition ou le circuit PCB du capteur de particules, les options dont vous disposez pour le contrôle EMI seront limitées. Il y a quelques choses que vous pouvez faire.

1) Informez le fabricant. Il y a une faible chance qu'ils vous aident à résoudre le problème

2) Protéger l'unité
Commencez par placer l'unité dans un boîtier métallique avec uniquement des trous pour les signaux analogiques et d'alimentation. Le meilleur boîtier métallique serait en cuivre, utilisez du ruban de cuivre pour fermer les trous inutiles. L'aluminium peut fonctionner mais n'est pas un bon matériau de protection. Les signaux 2,4 GHz peuvent affecter votre capteur de deux manières. L'une est les émissions conduites par le biais des fils d'alimentation et analogiques qui se connectent à la carte, l'autre est par l'air.

Si vous mettez un boîtier métallique (pas de trous sauf pour l'alimentation et le signal analogique), et vous obtenez toujours la montée du signal. Cela suggère que le signal passe à travers les fils. Si elle passe à travers les fils, augmentez l'inductance en ajoutant des ferrites et des condensateurs de filtre. Les ferrites augmentent l'inductance du fil et peuvent être ajoutés à l'extérieur du fil. Les signaux à haute fréquence empruntent toujours le chemin de l'inductance la plus faible, l'augmentation de l'inductance "modifiera le chemin du courant" du signal de la même manière que l'augmentation de la résistance diminue le courant dans la situation d'une charge résistive parallèle.

Si vous n'avez pas de problème avec les émissions conduites, tant mieux. Le capteur de particules ne pourra pas fonctionner sans accès à l'air. Ainsi, vous aurez besoin de plus d'expérimentation pour mettre des trous dans la boîte pour permettre un flux d'air suffisant tout en bloquant les signaux haute fréquence. La mise à la terre de la boîte peut aider, essayez de la mettre à la terre à différents points, certains seront meilleurs que d'autres. Comme je ne vois pas votre configuration, je ne peux pas commenter une bonne position pour le sol.

Les problèmes EMI nécessitent des tests et de la patience, bonne chance.

— Pic de tension
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S'il y avait un moyen facile et fiable de souder l'aluminium, cela ferait un excellent bouclier EMI ...

— Sam

Je pense que je vais accorder la prime à cette réponse car le temps est compté, mais je garderai la question ouverte en tout cas jusqu'à ce que j'arrive au fond des choses. Passer le câble vers le capteur à travers un noyau en ferrite est une idée intéressante que je n'avais pas pensé à essayer. Je ne sais pas où obtenir une telle chose sur étagère, mais je vais y jeter un œil.

— vicatcu

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Il semblerait que votre problème soit conduit par EMI (non rayonné) à partir du module WiFi. Essayez de bloquer les courants RF dans les fils d'alimentation et de signal avec des billes de ferrite. Mieux encore, construisez un filtre pi-network pour chaque fil en ajoutant également des condensateurs à la terre de chaque côté de la perle.

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Gardez tous les fils, en particulier du côté ESP8266, aussi courts et directs que possible.

— Dave Tweed
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L'ESP8266 n'est pas connecté (directement) au capteur en question. Le capteur et un microcontrôleur séparé (ATmega1284p) sont alimentés par 5V, l'ATmega1824p est connecté au capteur et à l'ESP8266, et l'ESP8266 est alimenté par 3,3V dérivé via un LDO du 5V ...

— vicatcu

Oui, je comprends ça. La case intitulée "Votre circuit" englobe tout cela. Le fait est que même un fil de terre ou une alimentation via un régulateur peut être porteur d'interférences RF parasites. Les filtres réseau pi le confinent uniquement à l'ESP8266.

— Dave Tweed

Ah, je vois ce que vous voulez dire ... malheureusement, cela nécessiterait que je rejoue WildFire que je ne peux pas gérer pour le moment. C'est certainement digne de considération pour la v4.1. Je n'ai jamais vu de billes de ferrite utilisées en série avec du sol non plus, c'est intéressant.

— vicatcu

Cela équivaut à ce qui se passe lorsque vous placez un anneau de ferrite autour d'un câble entier.

— Dave Tweed

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Le capteur peut être affecté par le rayonnement RF. J'ai vu cet effet au travail sur un produit de production de masse en usine.

Une façon de tester est

a) connecter l'alimentation au capteur

b) surveiller la sortie par un multi-testeur fonctionnant sur batterie

c) utilisez une batterie USB LiPo distincte pour alimenter l'ESP8266 et mettez-le en mode connecté Wifi. Puisqu'il n'y a pas de connexion de fil physique entre l'ESP8266 et le capteur / alimentation du capteur / multi-testeur, tout effet ne peut être que par rayonnement RF

d) faire varier la distance entre l'ESP8266 et le capteur, dit de 3 mètres à quelques centimètres

e) observer si une augmentation de tension se produit lorsque la distance est petite

La sensibilité EMC est un problème connu. Il est courant que les produits électroniques fabriqués en série passent par les tests de sensibilité EMC dans le cadre du processus de certification. voir wikipedia "Les tests de sensibilité aux champs rayonnés impliquent généralement une source d'énergie d'impulsion RF ou EM de forte puissance et une antenne rayonnante pour diriger l'énergie vers la victime potentielle ou l'appareil sous test (DUT)."

L'émetteur de test crée une intensité de champ à xxx V / mètre et balaye une large gamme de fréquences. Par exemple, EN61000-6-3 est de 30 MHz - 230 MHz, 30 dBuV / m et 230 MHz - 1 GHz, 37 dBuV / m.

— EEd
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