Aumento inesperado del voltaje de salida del sensor

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

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

Otros experimentos de diagnóstico revelan que este aumento de voltaje en la salida analógica del sensor ocurre incluso si desconecto la salida analógica del WildFire dejando las conexiones de 5V / GND en su lugar y sondeo con un osciloscopio.

Además, si tengo dos conjuntos conectados a la misma fuente de alimentación, uno de ellos en modo Wi-Fi y uno de ellos en modo fuera de línea, la unidad en modo fuera de línea exhibe el fenómeno de aumento de voltaje. El aumento ciertamente está ahí, y también es digno de mención que es en menor grado que cuando la unidad en sí está en modo Wi-Fi, por ejemplo, 600mV - 700mV.

Una unidad fuera de línea conectada a una fuente de alimentación aislada (por ejemplo, una batería) no experimenta el aumento de voltaje, por ejemplo, a pesar de la proximidad física a una unidad conectada por Wi-Fi.

Me preguntaba si tal vez se trataba de un problema de resistencia de la ruta a tierra, pero aquí todo es bastante corto, y medí la resistencia de ambas conexiones a tierra del sensor de regreso a la tierra WildFire a 0.2 ohmios cada una, y medí la corriente total del sistema a aproximadamente 300 mA (se muestra en la pantalla LCD de una fuente de alimentación de 5 V de sobremesa convencional). Eso ciertamente no explica un aumento de 1V en lo que respecta a mi razonamiento.

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

Entonces, a mi triste pregunta. ¿Cuál podría ser la causa raíz de lo que estoy observando aquí? ¿Qué consejo tiene sobre lo que podría hacer a continuación para llevar este problema a la tierra, por así decirlo?

Si su sistema utiliza un fotodiodo para la detección, está conectado a un amplificador / integrador de ganancia relativamente alta, y los campos electromagnéticos fuertes (wifi) pueden provocar voltajes de CA inducidos que son rectificados por la unión del diodo y aparecen en la salida. Si este es su problema, puede resolverlo aumentando la distancia desde su transmisor wifi o blindaje adicional alrededor del fotodiodo. Apuesto a que su sensor ya tiene algo de protección alrededor del fotodiodo.

Por alguna razón, el sensor de partículas es propenso a captar ruido de alta frecuencia de la banda de 2.4Ghz. Dado que no tiene ningún control sobre el diseño de PCB o el circuito del sensor de partículas, las opciones que tiene para el control EMI estarán restringidas. Hay algunas cosas que puedes hacer.

1) Hágale saber al fabricante. Existe una remota posibilidad de que puedan ayudarlo con el problema

2) Proteja la unidad
Primero coloque la unidad en una caja metálica con solo orificios para las señales analógicas y de alimentación. El mejor recinto de metal estaría hecho de cobre, use cinta de cobre para cerrar cualquier agujero innecesario. El aluminio puede funcionar pero no es tan buen material de protección. Hay dos formas en que las señales de 2.4Ghz podrían estar afectando su sensor. Una de ellas son las emisiones conducidas a través de los cables de alimentación y analógicos que se conectan a la placa, la otra es a través del aire.

Si coloca una caja de metal (sin agujeros, excepto la alimentación y la señal analógica), y aún así la señal aumenta. Esto sugeriría que la señal pasa a través de los cables. Si atraviesa los cables, aumente la inductancia agregando ferritas y condensadores de filtro. Las ferritas aumentan la inductancia del cable y se pueden agregar al exterior del cable. Las señales de alta frecuencia siempre toman la ruta de inductancia más baja, al aumentar la inductancia "se alterará la ruta de corriente" de la señal de forma similar a la forma en que la resistencia creciente disminuye la corriente en la situación de una carga resistiva paralela.

Si no tiene problemas con las emisiones conducidas, excelente. El sensor de partículas no podrá funcionar sin acceso al aire. Entonces, necesitará más experimentación para poner agujeros en la caja para permitir un flujo de aire suficiente mientras bloquea las señales de alta frecuencia. La conexión a tierra de la caja puede ayudar, experimentar 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 el suelo.

Los problemas EMI requieren pruebas y paciencia, buena suerte.

Parece que su problema se realiza EMI (no irradiado) desde el módulo WiFi. Intente bloquear cualquier corriente de RF en los cables de alimentación y señal con perlas de ferrita. Mejor aún, construya un filtro de red pi para cada cable agregando también condensadores a tierra a cada lado del cordón.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Mantenga todos los cables, especialmente en el lado ESP8266, lo más cortos y directos posible.

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

Una forma de probar es

a) conectar la alimentación al sensor

b) salida de monitor mediante multímetro de batería

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

d) varía la distancia entre el ESP8266 y el sensor, dice, de 3 metros a unos pocos centímetros

e) observe si ocurre un aumento de voltaje cuando la distancia es pequeña

La susceptibilidad de EMC es un problema conocido. Es común que los productos electrónicos producidos en masa pasen por las pruebas de sensibilidad de EMC como parte del proceso de certificación. ver wikipedia "Las pruebas de susceptibilidad de campo irradiado generalmente implican una fuente de alta potencia de energía de pulso de RF o EM y una antena radiante para dirigir la energía hacia la posible víctima o dispositivo bajo prueba (DUT)".

El transmisor de prueba crea una intensidad de campo a xxx V / metro y barre en un amplio rango de frecuencia. Por ejemplo, EN61000-6-3 es 30 MHz— 230 MHz, 30 dBuV / my 230 MHz— 1 GHz, 37 dBuV / m.