意外的传感器输出电压上升

电器工程 电压 传感器 模拟
2022-01-21 11:38:17

我在产品中使用了 Shinyei PPD-60PV 颗粒物传感器,在测试中我注意到一些非常奇怪的东西,我不知道如何解释。它通过连接到接口适配器板的电缆连接到WildFire板。WildFire 通过其 USB 端口由 5V 供电。PPD-60PV 有两个通过接口适配器板建立的 5V/GND 连接,以及一个通过接口适配器板连接到 WildFire 的 A7 ADC 输入的模拟输出。

我的产品支持两种基本操作模式:(1) Wi-Fi 连接,和 (2) 离线。我发现在 Wi-Fi 模式下,PPD-60PV 传感器的模拟输出似乎上升了大约一伏。我发现(并煞费苦心地将症状缩小到)是这种电压上升是逐渐发生的(在几秒钟内),只有在 ESP8266 连接到 Wi-Fi 网络之后。在重置 ESP8266(并因此将其与 Wi-Fi 网络断开)后,它也会逐渐(在类似的时间段内)恢复到正常的基线值。

进一步的诊断实验表明,即使我完全断开模拟输出与 WildFire的连接,使 5V / GND 连接到位并用示波器探测它,传感器模拟输出上的电压也会升高。

另外,如果我将两个组件插入同一个电源,其中一个处于 Wi-Fi 模式,一个处于离线模式,则离线模式单元会出现电压上升现象。上升肯定是存在的,而且值得注意的是,它比设备本身处于 Wi-Fi 模式时的程度要小,例如 600mV - 700mV。

连接到隔离电源(例如电池组)的离线单元不会经历电压升高,例如,尽管物理上接近连接 Wi-Fi 的单元。

我想知道这是否可能是接地路径电阻问题,但这里的一切都很短,我测量了两个传感器接地连接到野火接地的电阻,每个电阻为 0.2 欧姆,我测量了系统的总电流约 300mA(在传统台式 5V 电源的 LCD 上显示)。就我的推理而言,这当然不能解释 1V 的上升。

我的理解是,PPD-60PV 模拟输出是一种低阻抗缓冲输出,但从数据表中并不完全清楚。我现在有点卡住/困惑,我不确定下一步该怎么做。

所以,关于我孤单的问题。我在这里观察到的根本原因可能是什么?对于我接下来可能采取什么措施来解决这个问题,你有什么建议?

4个回答

如果您的系统使用光电二极管进行检测,则它连接到增益相对较高的放大器/积分器,强电磁场 (wifi) 会导致感应交流电压被二极管结整流并出现在输出上。如果这是您的问题,您可以通过增加与 wifi 发射器的距离或光电二极管周围的额外屏蔽来解决它。我打赌你的传感器已经在光电二极管周围有一些屏蔽。

出于某种原因,粒子传感器容易从 2.4Ghz 频段拾取高频噪声。由于您无法控制颗粒传感器的 PCB 布局或电路,因此您拥有的 EMI 控制选项将受到限制。您可以做几件事。

1) 让制造商知道。他们极有可能帮助您解决问题

2) 屏蔽设备
首先将设备放在金属外壳中,金属外壳只有模拟和电源信号的孔。最好的金属外壳由铜制成,使用铜带封闭任何不必要的孔。铝可以工作,但不是很好的屏蔽材料。2.4Ghz 信号可能会以两种方式影响您的传感器。一种是通过连接到电路板的电源线和模拟线进行传导发射,另一种是通过空气。

如果你放一个金属外壳(除了电源和模拟信号没有孔),你仍然会得到信号上升。这表明信号正在通过电线。如果它穿过电线,则通过添加铁氧体和滤波电容器来增加电感。铁氧体增加了导线的电感,可以加在导线的外面。高频信号总是走电感最低的路径,增加电感会“改变信号的电流路径”,类似于在并联电阻负载的情况下增加电阻减少电流的方式。

如果您对传导发射没有问题,那就太好了。如果没有空气,颗粒传感器将无法运行。因此,您将需要更多的实验,在盒子上打孔以允许足够的气流同时阻挡高频信号。将盒子接地可能会有所帮助,尝试在不同点接地,有些会比其他点更好。由于我看不到您的设置,因此我无法评论地面的好位置。

EMI 问题需要测试和耐心,祝你好运。

看来您的问题是来自 WiFi 模块的传导EMI(非辐射)。尝试用铁氧体磁珠阻断电源和信号线中的任何射频电流。更好的是,为每条引线构建一个 pi 网络滤波器,同时在磁珠的任一侧添加接地电容器。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

保持所有引线,特别是在 ESP8266 一侧,尽可能短且直接。

传感器可能会受到射频辐射的影响。我在工厂量产产品上看到了这种效果。

一种测试方法是

a) 将电源连接到传感器

b) 由电池供电的多功能测试仪监控输出

c) 使用单独的 USB LiPo 电池组为 ESP8266 供电并将其置于 Wifi 连接模式。由于 ESP8266 和传感器/传感器电源/多功能测试仪之间没有物理线连接,任何影响只能通过射频辐射

d) 改变 ESP8266 和传感器之间的距离,例如,从 3 米到几厘米

e) 观察距离较近时是否出现电压上升

EMC 敏感性是一个已知问题。作为认证过程的一部分,大批量生产的电子产品通常会通过 EMC 敏感性测试。参见维基百科“辐射场敏感性测试通常涉及射频或电磁脉冲能量的大功率源和辐射天线,以将能量引导到潜在的受害者或被测设备 (DUT)。”

测试发射器产生 xxx V/米的场强并在很宽的频率范围内扫描。例如,EN61000-6-3 为 30 MHz—230 MHz、30 dBuV/m 和 230 MHz—1 GHz、37 dBuV/m。