Aumento inesperado da tensão de saída do sensor

Estou usando um sensor de partículas Shinyei PPD-60PV ​​em um produto e notei algo muito estranho nos testes, e não sei como explicar. É conectado a uma placa WildFire por meio de cabeamento a uma placa adaptadora de interface. O WildFire é alimentado por 5V através de sua porta USB. O PPD-60PV ​​possui duas conexões 5V / GND feitas através da placa adaptadora de interface e uma saída analógica conectada à entrada A7 ADC do WildFire por meio da placa adaptadora de interface.

Meu produto suporta dois modos fundamentais de operação: (1) Wi-Fi conectado e (2) offline. O que descobri é que, no modo Wi-Fi, a saída analógica do sensor PPD-60PV ​​parece aumentar cerca de um volt. O que eu descobri (e reduzi meticulosamente o sintoma) foi que esse aumento de tensão ocorre um pouco gradualmente (por vários segundos), somente após o ESP8266 se conectar a uma rede Wi-Fi. Ele também se recupera gradualmente para um valor normal da linha de base (durante um período semelhante) ao redefinir o ESP8266 (e, portanto, desconectá-lo da rede Wi-Fi).

Experimentos de diagnóstico adicionais revelam que esse aumento de tensão na saída analógica do sensor ocorre mesmo se eu desconectar a saída analógica do WildFire, deixando completamente as conexões 5V / GND no lugar e testando-a com um osciloscópio.

Além disso, se eu tiver dois conjuntos conectados à mesma fonte de alimentação, com um deles no modo Wi-Fi e outro no modo offline, a unidade do modo offline exibirá o fenômeno de aumento de tensão. O aumento está certamente aí, e também é digno de nota que é em menor grau do que quando a própria unidade está no modo Wi-Fi, por exemplo, 600mV - 700mV.

Uma unidade offline conectada a uma fonte de energia isolada (por exemplo, uma bateria) não sofre aumento de tensão, por exemplo, apesar da proximidade física de uma unidade conectada por Wi-Fi.

Eu me perguntei se talvez fosse um problema de resistência do caminho de aterramento, mas tudo é muito curto aqui, e medi a resistência de ambas as conexões de aterramento do sensor de volta ao terra do WildFire a 0,2 ohms cada e medi a corrente total do sistema em cerca de 300mA (exibido no LCD de uma fonte de alimentação convencional de 5V de bancada). Isso certamente não explica um aumento de 1V no que diz respeito ao meu raciocínio.

Meu entendimento era que a saída analógica PPD-60PV ​​é uma saída em buffer de baixa impedância, mas isso não está totalmente claro na folha de dados. Estou meio que perplexo / perplexo no momento e não tenho certeza do que fazer a seguir.

Então, para a minha pergunta perdida. Qual poderia ser a causa raiz do que estou observando aqui? Que conselho você tem do que eu poderia fazer a seguir para levar esse problema à tona, por assim dizer?

Se o seu sistema usa um fotodiodo para detecção, ele é conectado a um amplificador / integrador de ganho relativamente alto, e fortes campos eletromagnéticos (wifi) podem resultar em tensões CA induzidas que são retificadas pela junção do diodo e aparecem na saída. Se este for o seu problema, você pode resolvê-lo aumentando a distância do seu transmissor wifi ou blindagem adicional ao redor do fotodiodo. Aposto que seu sensor já tem alguma proteção ao redor do fotodiodo.

Por alguma razão, o sensor de partículas é propenso a captar ruídos de alta frequência da banda de 2,4 Ghz. Como você não tem controle sobre o layout da placa de circuito impresso ou o circuito do sensor de partículas, as opções que você tem para o controle EMI serão restritas. Há algumas coisas que você pode fazer.

1) Informe o fabricante. Há uma chance remota de que eles possam ajudá-lo com o problema

2) Bloqueie a unidade
Primeiro, coloque a unidade em um gabinete de metal apenas com orifícios para os sinais analógicos e de energia. O melhor gabinete de metal seria feito de cobre, use fita de cobre para fechar todos os furos desnecessários. O alumínio pode funcionar, mas não é um bom material de blindagem. Existem duas maneiras pelas quais os sinais de 2,4 Ghz podem afetar seu sensor. Uma é conduzida pelas emissões através dos fios de potência e analógicos que se conectam à placa, a outra maneira é através do ar.

Se você colocar um gabinete de metal (sem orifícios, exceto a energia e o sinal analógico), e ainda assim o sinal aumentará. Isso sugere que o sinal está passando pelos fios. Se estiver passando pelos fios, aumente a indutância adicionando ferrites e capacitores de filtro. Ferrites aumentam a indutância do fio e podem ser adicionados à parte externa do fio. Sinais de alta frequência sempre seguem o caminho de menor indutância, aumentando a indutância "alterará o caminho da corrente" do sinal semelhante à maneira como o aumento da resistência diminui a corrente na situação de uma carga resistiva paralela.

Se você não tem problemas com emissões conduzidas, ótimo. O sensor de partículas não poderá operar sem acesso ao ar. Então, você precisará de mais experiências com a colocação de orifícios na caixa para permitir fluxo de ar suficiente enquanto bloqueia os sinais de alta frequência. Aterrar a caixa pode ajudar, experimente aterrá-la em pontos diferentes, alguns serão melhores que outros. Como não consigo ver sua configuração, não posso comentar uma boa posição para o chão.

Problemas de EMI exigem testes e paciência, boa sorte.

Parece que seu problema é conduzido EMI (não irradiado) a partir do módulo WiFi. Tente bloquear as correntes de RF nos fios de potência e sinal com esferas de ferrite. Melhor ainda, construa um filtro de rede pi para cada derivação adicionando capacitores ao terra nos dois lados do cordão.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Mantenha todos os leads, especialmente no lado do ESP8266, o mais curto e direto possível.

O sensor pode ser afetado pela radiação de RF. Eu já vi esse efeito trabalhando no produto de produção em massa da fábrica.

Uma maneira de testar é

a) conecte a energia ao sensor

b) monitorar a saída do multiteste operado por bateria

c) use uma bateria USB LiPo separada para alimentar o ESP8266 e colocá-lo no modo Wifi conectado. Como não há conexão física entre o ESP8266 e o ​​sensor / sensor de alimentação / multiteste, qualquer efeito só pode ser causado por radiação de RF

d) variar a distância entre o ESP8266 e o ​​sensor, diz, de 3 metros a alguns centímetros

e) observe se o aumento de tensão ocorre quando a distância é pequena

O EMC Susceptibility é um problema conhecido. É comum que produtos eletrônicos produzidos em massa passem pelos testes de Suscetibilidade EMC como parte do processo de certificação. consulte wikipedia "O teste de sensibilidade ao campo irradiado normalmente envolve uma fonte de alta potência de energia de pulso de RF ou EM e uma antena radiante para direcionar a energia para a potencial vítima ou dispositivo em teste (DUT)".

O transmissor de teste cria força de campo a xxx V / metro e varre uma ampla faixa de frequência. Por exemplo, EN61000-6-3 é de 30 MHz a 230 MHz, 30 dBuV / me 230 MHz a 1 GHz, 37 dBuV / m.