Aumento inesperado de la tensión de salida del sensor

Question

Estoy utilizando un sensor de partículas Shinyei PPD-60PV en un producto y he notado algo muy impar en las pruebas, y no sé cómo explicarlo. Está conectado a un WildFire mediante el cableado a una placa adaptadora de interfaz. La WildFire se alimenta de 5V a través de su puerto USB. El PPD-60PV tiene dos conexiones de 5V/GND realizadas a través de la placa adaptadora de interfaz, y una salida analógica que está conectada a la entrada A7 ADC de la WildFire a través de la placa adaptadora de interfaz.

Mi producto admite dos modos fundamentales de funcionamiento: (1) Conectado por Wi-Fi, y (2) Sin conexión. Lo que he descubierto es que en el modo Wi-Fi, la salida analógica del sensor PPD-60PV parece aumentar alrededor de un voltio. Lo que descubrí (y reduje minuciosamente el síntoma) fue que este aumento de voltaje ocurre de forma algo gradual (durante varios segundos), sólo después de que el ESP8266 se conecta a una red Wi-Fi. También se recupera a un valor de referencia normal gradualmente (durante un período de tiempo similar) al reiniciar el ESP8266 (y por lo tanto desconectarlo de la red Wi-Fi).

Otros experimentos de diagnóstico revelan que esta subida de tensión en la salida analógica del sensor se produce incluso si desconecto la salida analógica de la WildFire por completo dejando las conexiones de 5V / GND en su lugar y sondear con un osciloscopio.

Además, si tengo dos conjuntos enchufados a la misma fuente de alimentación, con uno de ellos en modo Wi-Fi y otro en modo offline, la unidad en modo offline presenta el fenómeno de subida de tensión. La subida está ciertamente ahí, y también cabe destacar que es en menor grado que cuando la unidad está en modo Wi-Fi, por ejemplo, 600mV - 700mV.

Una unidad fuera de línea conectada a un aislado fuente de alimentación (por ejemplo, un paquete de baterías) no experimenta la subida de tensión, por ejemplo, a pesar de la proximidad física a una unidad conectada a Wi-Fi.

Me pregunté si tal vez se trataba de un problema de resistencia de la conexión a tierra, pero aquí todo es bastante corto, y medí la resistencia de ambas conexiones de tierra del sensor a la tierra de WildFire en 0,2 ohmios cada una, y medí la corriente total del sistema en unos 300mA (mostrada en la pantalla LCD de una fuente de alimentación convencional de 5V de mesa). Esto ciertamente no explica el aumento de 1V, según mi razonamiento.

Tenía entendido que la salida analógica del PPD-60PV es una salida con buffer de baja impedancia, pero eso no está del todo claro en la hoja de datos. Estoy un poco atascado / perplejo en este momento, y no estoy seguro de qué hacer a continuación.

Así que, a mi pregunta desamparada. ¿Cuál podría ser la causa principal de lo que estoy observando aquí? ¿Qué consejo tiene usted en cuanto a lo que podría hacer a continuación para llevar este asunto a tierra, por así decirlo?

Answer 1

Si su sistema utiliza un fotodiodo para la detección, está unido a un amplificador/integrador de ganancia relativamente alta, y los campos electromagnéticos fuertes (wifi) pueden dar lugar a tensiones de CA inducidas que son rectificadas por la unión de diodos y aparecen en la salida. Si este es tu problema, puedes solucionarlo aumentando la distancia de tu transmisor wifi o con un blindaje adicional alrededor del fotodiodo. Apuesto a que tu sensor ya tiene algún apantallamiento alrededor del fotodiodo.

Answer 2

Por alguna razón, el sensor de partículas es propenso a captar el ruido de alta frecuencia de la banda de 2,4Ghz. Como no tienes ningún control sobre el diseño de la placa de circuito impreso o el circuito del sensor de partículas, las opciones que tienes para el control de la EMI serán restringidas. Hay algunas cosas que puede hacer.

1) Avisa al fabricante. Existe una remota posibilidad de que te ayuden con el problema

2) Blindar la unidad
Primero ponga la unidad en un caja metálica con sólo agujeros para las señales analógicas y de potencia. La mejor caja metálica sería la de cobre, utilizando cinta de cobre para cerrar los agujeros innecesarios. El aluminio puede funcionar pero no es tan buen material de blindaje. Hay dos formas en que las señales de 2,4Ghz podrían estar afectando a su sensor. Una son las emisiones conducidas a través de los cables de alimentación y analógicos que se conectan a la placa, la otra forma es a través del aire.

Si pones una caja metálica (sin agujeros excepto para la alimentación y la señal analógica), y sigues obteniendo la subida de la señal. Esto sugeriría que la señal está llegando a través de los cables. Si la señal está atravesando los cables, entonces aumenta la inductancia añadiendo ferritas y condensadores de filtro. Las ferritas aumentan la inductancia del cable, y se pueden añadir al exterior del cable. Las señales de alta frecuencia siempre toman el camino de menor inductancia, el aumento de la inductancia "alterará el camino de la corriente" de la señal de manera similar a la forma en que el aumento de la resistencia disminuye la corriente en la situación de una carga resistiva en paralelo.

Si no tienes problemas con las emisiones conducidas, genial. El sensor de partículas no podrá funcionar sin acceso al aire. Así que tendrá que experimentar más con la colocación de agujeros en la caja para permitir el flujo de aire suficiente, mientras que el bloqueo de las señales de alta frecuencia. La conexión a tierra de la caja puede ayudar, experimente con la conexión a tierra en diferentes puntos, algunos serán mejores que otros. Como no puedo ver tu configuración, no puedo comentar una buena posición para la tierra.

Los problemas de IEM requieren pruebas y paciencia, buena suerte.

Answer 3

Parece que su problema es realizado EMI (no radiada) del módulo WiFi. Intenta bloquear las corrientes de RF en los cables de alimentación y de señal con bolas de ferrita. Mejor aún, construye un filtro de red pi para cada cable añadiendo también condensadores a tierra a cada lado del cordón.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Mantenga todos los cables, especialmente en el lado del ESP8266, tan cortos y directos como sea posible.

Answer 4

EMI o campos están fuera de sospecha, por lo que el OP menciona sobre el suministro aislado allí. @SpehroPefhany Vicatcu, ¿observaste la alimentación de 5V con el osciloscopio? Sospecho que se trata de un circuito de referencia de tensión en el sensor, directamente relacionado con la tensión de alimentación, que tiene picos de caída de tensión. Recordemos que la alimentación USB tiene un rango lineal estrecho. La reacción lenta puede explicarse si el circuito de referencia tiene algún filtrado pasivo.

No mencionas nada sobre el modo wifi del dispositivo con batería, si es que experimenta el mismo trastorno.

Answer 5

El sensor puede verse afectado por la radiación de radiofrecuencia. He visto este efecto en el trabajo en el producto de producción en masa de la fábrica.

Una forma de comprobarlo es

a) conectar la alimentación al sensor

b) controlar la salida mediante un multiprobador a pilas

c) utilizar un paquete de baterías LiPo USB separado para alimentar el ESP8266 y ponerlo en modo conectado a Wifi. Dado que no hay conexión de cable físico entre el ESP8266 y el sensor / fuente de alimentación del sensor / multiprobador, cualquier efecto sólo puede ser a través de la radiación de RF

d) variar la distancia entre el ESP8266 y el sensor, por ejemplo, de 3 metros a unos pocos centímetros

e) observar si se produce un aumento de tensión cuando la distancia es pequeña

La susceptibilidad a la EMC es un problema conocido. Es habitual que los productos electrónicos fabricados en serie se sometan a pruebas de susceptibilidad CEM como parte del proceso de certificación. ver wikipedia "Las pruebas de susceptibilidad de campo radiado suelen implicar una fuente de alta potencia de energía de pulsos de RF o EM y una antena radiante para dirigir la energía a la posible víctima o dispositivo bajo prueba (DUT)."

El transmisor de prueba crea una intensidad de campo de xxx V/metro y barre en una amplia gama de frecuencias. Por ejemplo, la norma EN61000-6-3 es de 30 MHz a 230 MHz, 30 dBuV/m y de 230 MHz a 1 GHz, 37 dBuV/m.