Das Debuggen, wenn das Oszilloskop geerdet ist, behebt das Problem

Kurzgesagt :

  1. Meine Schaltung verhält sich unregelmäßig
  2. Ich schließe den Bereich an, um herauszufinden, warum
  3. Das Problem verschwindet

Dies betrifft insbesondere die Schaltung in meiner letzten Frage, obwohl dies nicht das erste Mal ist, dass es mir passiert ist, und ich würde gerne wissen, wie ich die Ursache dieses allgemeinen Problems richtig finden kann. In der Software würden wir diese Heisenbugs nennen, aber ich weiß nicht, ob dasselbe Wortspiel für EE-Probleme verwendet wird.

In diesem speziellen Fall habe ich ein Testprogramm auf dem PIC ausgeführt, das am PWM-Ausgang in 8 Schritten von 0 % auf 100 % Arbeitszyklus geht und bei jedem Schritt 10 Sekunden pausiert. Dann geht es wieder runter von 100% auf 0%. Das Problem ist, dass es gut nach oben geht, aber beim Herunterfahren hängen bleibt - dh der Lüfter fällt nicht so schnell ab, wie er sollte.

Durch einfaches Anschließen der Masse der Sonde an meine Schaltungsmasse wird das Problem behoben, auch wenn das Oszilloskop nicht eingeschaltet ist. Wenn das Oszilloskop angeschlossen ist und läuft, sehen alle abgetasteten Signale sauber und aufgeräumt aus und alles funktioniert einwandfrei.

Ich vermute, dass ich Störungen durch Netzbrummen oder von der Stromversorgung aufnehme, aber ohne es beobachten zu können, wenn es sich schlecht verhält, weiß ich nicht, was ich beheben sollte.

Was tue ich als nächstes?

Schema:

schematisch

Planke:

Planke

Der 2x5-Header unten dient nur dazu, alle meine unbenutzten PIC-Pins freizulegen, falls ich dies in Zukunft erweitern möchte (es ist ein Hobbyprojekt). Der Lüfteranschluss befindet sich oben.

Scheint, als würde das Verbinden von GND mit der Netzerde das Problem beheben. Wenn Sie es nur lösen wollen und das eine Option ist, tun Sie es einfach. Wenn Sie die Gründe wissen wollen, müssen wir viel mehr über Ihr Setup wissen, je nachdem, was das Problem ist, sind die Schaltpläne ausreichend oder es wird eher das tatsächliche Leiterplattenlayout benötigt. Vergessen Sie auch nicht, genau anzugeben, was wo und wie mit Ihrer Platine verbunden ist.
Die Masse Ihres Oszilloskops ist mit der Netzerde verbunden. Bei den meisten Laborversorgungen sind die Versorgungen in Bezug auf die Netzerdung erdfrei, aber die meisten haben einen Erdungsanschluss auf der Vorderseite. Könnten Sie versuchen, was passiert, wenn Sie diese Masse an Ihre Versorgung anschließen (normalerweise die Minusseite)?
@PlasmaHH Danke, ich würde wirklich gerne wissen, wie ich das Problem finden kann, dh was die nächsten Debugging-Schritte sind. Der Schaltplan ist in meinem verlinkten Beitrag, aber ich habe ihn hier eingefügt, um Klicks zu sparen, und auch das Platinenlayout (automatisch geroutet, also erwarten wir einige Kommentare!). Siehe Änderungen.
@RogerRowland: Was unabhängig von der Analyse der Schaltung getan werden kann, ist das Ausprobieren anderer Mittel zur Stromversorgung, z. B. eines anderen Netzteils oder einer Batterie. Oder legen Sie Dinge in eine Metalldose, wenn Sie vermuten, dass sie etwas aufnimmt. Wenn Sie es debuggen möchten, ohne es zu erden, könnte dies einer der Fälle sein, in denen Sie Ihr Oszilloskop mit einem Trenntransformator betreiben könnten, wenn Sie wissen, was Sie tun.
@IC_designer_Rimpelbekkie Ja, mein Netzteil hat einen separaten grünen Erdungsanschluss, und wenn ich diesen mit dem negativen Ausgang verbinde, wird das Problem auch behoben. Was bedeutet das?
Sind Ihre externen Signale mit GND verbunden (oder nicht vollständig von ihnen isoliert?) Ich schaue auf FANGND auf der sch ...
@BrianDrummond Nichts mit FANGND verbunden, aber zufällig war das der Punkt, an dem ich meine Sondenerde angeschlossen habe, als die Dinge funktionierten. Ich hätte vielleicht die andere Seite von Q2 wählen sollen? BEARBEITEN - gerade ausprobiert, es behebt das Problem immer noch.
Angesichts des Kommentarthreads habe ich meine Antwort bearbeitet. Ich denke, Ihre Stromanschlüsse können gut falsch sein.

Antworten (3)

Bei allem Respekt, unabhängig davon, was der Zielfernrohrboden tut, Ihr Layout ist abscheulich.

Insbesondere beim PWMing MÜSSEN Sie eine bessere Erdungsführung beibehalten. So wie es aussieht, fließt Strom von den Quellen Ihrer FETs auf dünnen kleinen Spuren durch die PIC-Masse, dann zur Reglermasse und schließlich zu Ihrem Eingangsstift und zur Entkopplung. Ich vermute, Sie bekommen wie verrückt Bodengeräusche. Warum das Scope Lead das behebt, habe ich keine Ahnung.

Ich würde vorschlagen, JP2 direkt über Ihrem FET zu platzieren, mit einer mindestens 0,1 breiten Spur vom Erdungsstift zu den Quellen von Q1 und Q2 sowie C3. Dann eine separate Spur, mindestens 0,05 breit zu Ihrem PIC, Regler, C1 und C2.

Führen Sie zunächst einen kurzen Jumper, sagen wir 20 ga, zwischen JP2 GND und Q2 Pin 3 und einen 24 ga Jumper von JP2 GND zur Q1-Quelle (Pin 1, glaube ich) aus.

Führen Sie in Zukunft immer zuerst Strom und Masse (insbesondere Masse) durch. Verwende breite Spuren und laufe so direkt wie möglich. Erst dann können Sie Routing-Probleme und -Strategien für die anderen Traces in Betracht ziehen.

Ich wusste, dass Eagles automatisches Routing eine schlechte Idee war, also erwartete ich diese Art von Feedback. Ich habe nur sehr wenige Tutorials zum manuellen Routing gefunden, daher bin ich davon ausgegangen, dass die Software einen besseren Job machen würde als ich. Ich glaube, ich habe das falsch verstanden :-( Wenigstens mit Ihrem Rat kann ich mich verbessern ... also danke für die Antwort und machen Sie sich keine Sorgen, dass Sie respektlos sind, ich bin jetzt zu alt, um mir über solche Dinge Gedanken zu machen :- )
Ist ein Kupferguss mit Masse verbunden? Ich sehe ein Top-Layer-Polygon.
Solange Sie über Signale sprechen, kann Autorouting in Ordnung sein. Es ist nur so, dass Kraft und Boden (insbesondere Boden) genauere Aufmerksamkeit erfordern und nach unterschiedlichen Regeln gespielt werden müssen. Bei geschalteten Hochstromrückleitungen ist es wichtig, sie so weit wie möglich von anderen Signalrückleitungen getrennt zu halten. Stellen Sie sich Strom als Wasser vor, das auf der Spur fließt, und halten Sie die Überspannungen von anderen Punkten wie PIC-Geländen fern. Getrennte Spuren sind eine gute Idee, und dick schadet auch nicht. Dies kann auch bei Analogsignalen mit sehr niedrigem Pegel ein Problem sein, insbesondere bei Strommesswiderständen. Außerdem springen 24 ga GND zu PIC GND.
@ScottSeidman Ich habe oben und unten Massegüsse, die beide mit dem GND-Netz verbunden sind.
@WhatRoughBeast Ok, verstanden, aber das schaltet keine hohen Ströme (oder doch?). Der 4-Pin-PWM-Lüfter hat seine eigenen 12 V und GND und eine separate PWM-Steuerleitung, die etwa 5 mA liefert. Welche Spurbreite würden Sie für Strom und Masse verwenden, wenn Sie nicht mehr als 250 mA bei 12 V annehmen?
@RogerRowland - Außerdem bin ich mir nicht sicher, ob die Ablaufverfolgung direkt unter Q2 ausgeführt wird. Sie fragen nach einem versehentlichen Kurzschluss oder einer möglichen kapazitiven Kopplung.
@WhatRoughBeast Ich denke, das Beste ist, zu versuchen, dieses Board von Hand neu zu routen, und dann um Feedback zu bitten, bevor es fabriziert wird. Ich kann sehen, dass es nicht einfach ist, es zu beflügeln, selbst mit einer vermeintlich einfachen Schaltung. Lebe und lerne.
@RogerRowland - Nein, fügen Sie zuerst die 3 Jumper hinzu, die ich vorgeschlagen habe, und sehen Sie, ob das hilft. Es sollte nicht länger als 10 Minuten dauern, und wenn das nicht funktioniert, müssen Sie etwas anderes versuchen. Was die Leiterbahngrößen betrifft, war mir nicht klar, dass Sie mit so niedrigem Strom zu tun haben. Ist Ihnen klar, dass Sie mit 250 mA wahrscheinlich mit einem 2N7000 davonkommen? Das Datenblatt schlägt vor, dass Sie nur etwa 0,5 Volt abfallen lassen und die Einschaltverluste dann 1/8 Watt betragen. 50-mil-Spuren für den Boden sollten ausreichen.
@WhatRoughBeast Fortschritt! Ich habe bisher nur einen Jumper (große Finger, zitternde Hände, müde Augen) zwischen JP2 GND und PIC GND hinzugefügt, und alle funktionieren jetzt nach einer Reihe von Läufen und Einschaltzyklen einwandfrei. Muss ich die anderen beiden hinzufügen oder bestätigt das Ihren Verdacht?
@RogerRowland Woo hoo! Nun, es sieht so aus, als wäre das für mich das Problem. Wenn Sie dazu bereit sind, können Sie den Q2-Jumper hinzufügen, aber Sie benötigen kein 20 ga, da Sie nur 250 mA verwenden. Im Vergleich zu diesen Leiterbahnen reicht fast alles aus. Wenn Sie sich bei Dingen gut fühlen, müssen Sie sich wahrscheinlich nicht extra anstrengen.
@WhatRoughBeast Ja, ich fühle mich gut und werde vorläufig aufhören und Zeit lassen, damit diese Lektionen einsinken. +1 bereits, aber ich wünschte, ich könnte es noch einmal tun. Vielen Dank für Ihren Rat.
@RogerRowland Husten Husten (Antwort auswählen) Husten;)
Hoppla! Wie vergesslich von mir....

Es gibt drei Hauptmöglichkeiten –

  1. Es gibt ein externes System, mit dem Sie eine Verbindung herstellen, und Sie haben keine Referenzspannung zwischen Ihrem Schaltkreis und diesem System geleitet. Wenn das externe System geerdet ist und Sie die Erdung Ihres Oszilloskopkabels an Ihren Stromkreis anschließen, übergeben Sie jetzt eine Referenz und beheben das Problem. (meine erste Wette, wenn ich ein Wettmann wäre).
  2. Irgendetwas will etwas mehr Kapazität und die Oszilloskopsonde stellt sie bereit
  3. Einige Störströme suchen nach einem besseren Weg zur Erde, und die Erdung stellt sie bereit.

Die erste Option ist wahrscheinlich durch Erweiterung debuggbar, die zweite durch Hinzufügen von Kappen, wie andere beschrieben haben. Der dritte kann durch Ströme verursacht werden, die mit Spannungsspitzen verbunden sind, die mit der PWM-Steuerung eines Motors verbunden sind, und dem Fehlen der Diode, die Sie benötigen, um damit umzugehen. Sie könnten in Betracht ziehen, den Lüfter einfach durch ein paar Widerstände (dh eine nicht induktive Last) parallel zu ersetzen (ausreichende Anzahl, um mit der erzeugten Leistung fertig zu werden) und sehen, ob die Probleme verschwinden.

Ein weiteres Problem: Möglicherweise haben Sie Ihre Stromversorgung einfach falsch angeschlossen. Wenn GND in Ihrem Stromkreis Chassismasse ist (dh die "Ground"-Buchse an Ihrem Netzteil) und es keine interne Verbindung zwischen V- und Masse an der Versorgung gibt, müssen Sie eine Verbindung zwischen Chassismasse und V- oder herstellen Es gibt keinen Bezug zu V+, oder Sie verwenden V- für GND in Ihrem Stromkreis, anstatt Ihre Schaltungsmasse mit der Gehäusemasse zu verbinden.

Danke Scott. Ich werde versuchen, Ihre Punkte abzudecken: 1) Es gibt kein externes System, nur dieses; 2) Die Erdung des Oszilloskops reicht aus, um das Problem zu beheben, die Sonde kann nicht angeschlossen werden; 3) klingt vielversprechend. Wenn ich mein Netzteil V- an GND binde, wird das Problem auf die gleiche Weise behoben, aber ich laufe von einer doppelt isolierten Wandwarze, die keine "echte" Masse hat und auch das gleiche Problem wie die Bankversorgung zeigt ( beim Schweben). Ich kann den Lüfter nicht wirklich durch Widerstände ersetzen, weil a) ich das Problem nur so sehe und b) der Pull-up des Lüfters sowieso erforderlich ist.
Mit der Wandwarze werden Sie diese Probleme nicht haben.
Ich habe dieses Problem mit der Wandwarze. Tatsächlich war das meine ursprüngliche Konfiguration.
@RogerRowland Können Sie Ihre Stromanschlüsse wirklich genau angeben?
Tut mir leid, Scott, ich dachte, ich hätte mich klar ausgedrückt. Mein ursprüngliches Problem trat auf, als es mit einer 12-V-Schaltwand versorgt wurde. Ich habe es dann mit einer linearen Tischversorgung versucht, dasselbe Problem. Dem Vorschlag von Rimplelbekkie folgend, habe ich V- und Erde an die Bankversorgung gebunden, und das behebt das Problem. Bei beiden Netzteilen behebt das Anschließen der Oszilloskopmasse an die Schaltungsmasse ebenfalls das Problem. Hilft das?
Wie haben Sie die Bankversorgung angeschlossen, bevor Sie V- und Chassis-Masse angeschlossen haben? Welche genauen Anschlüsse hast du verwendet?
Ich habe Bananen-Überbrückungskabel von linearen Versorgungsanschlüssen zu Buchsen auf dem Steckbrett ausprobiert, dann DuPont-Jumper vom Steckbrett zu 12 V und GND oben links auf der Platine. Breadboard hatte nichts anderes drauf. Ich habe auch versucht, die Duponts direkt an die Schraubklemmen der Bankversorgung anzuschließen, also nur 4 Zoll. In beiden Fällen keine Änderung des Problems.
@RogerRowland - Ich habe die Verbindungen auf Ihrem Board. Wie sind die genauen Anschlüsse am Netzteil. Welche Versorgungsklemmen? V+ und V- oder V+ und GND??
V+ und V- am Netzteil. Wenn ich jedoch auch V- (am Netzteil) mit dem Masseanschluss des Netzteils verbinde (ein separater grüner Anschluss direkt neben dem schwarzen und roten), funktioniert es einwandfrei.

  1. Unwahrscheinlich, aber am einfachsten: Probieren Sie einen 10-µF-Kondensator über dem Eingang Ihres 78L05 aus. Es besteht die Möglichkeit, dass Ihre Versorgung (5 V) instabil wird, was dazu führt, dass der Mikrocontroller ... ähm ... auf Heisenberg geht?

  2. Sehr (!) wahrscheinlich: Auch ein etwas größerer Kondensator über Ihrer 12-V-Versorgung parallel zu einem niederohmigen Kondensator (z. B. 100 µF Elektrolyt, 100 nF Keramik) über Ihrem 12-V-Eingang ist eine gute Idee. Ihr Lüftermotor sieht aus wie eine Induktivität, und die beim Ausschalten von Q2 erzeugten Spitzen könnten Ihren 5-V-Regler und / oder Ihren Mikrocontroller stören. Schließen Sie sie idealerweise so an, dass die Schleife vom positiven Ende der Kappe zum Ausgang des Lüfters und von Q2.source zum negativen Ende der Kappe so klein wie möglich wird.

  3. Sehr wahrscheinlich und wirklich eine Sache, die Sie auch ausprobieren sollten: Legen Sie eine (schnelle! / Schottky!) Diode von Q2.Drain auf +12V, wobei die Anode mit dem Drain und die Kathode mit +12V verbunden ist, genau dort, wo Ihre Kondensatoren sind. Diese Diode fängt die Spitzen auf und klemmt sie auf die Kondensatoren, die Sie gerade hinzugefügt haben (2). Sie können tatsächlich von Q2.drain auf Masse prüfen und prüfen, ob die Drain-Spitzen weit über 12 V oder vielleicht sogar über dem Maximum von Q2 liegen. zulässige Drain-Spannung.

Das ist nützlich, danke - jetzt muss ich irgendwohin gehen und einige Dinge ausprobieren. Wenn die Probleme mit der Erdung verschwinden, glauben Sie, dass es eher ein Rauschproblem als ein Problem mit der Stromversorgung ist?
Hmmm ... Wahrscheinlich ein Problem mit Rauschen in der Versorgung, verursacht durch die Eigenschaften Ihrer Last (eine geschaltete Induktivität). Was darauf hindeutet, ist, dass Ihre Schaltung gut startet und durchdreht, kurz nachdem sie bereits gut gelaufen ist. Lassen Sie uns wissen, ob 1, 2 und/oder 3 es geschafft haben ;-)
Ok, ich bleibe dabei und werde später aktualisieren. Vielen Dank für den Rat.
Hinweis ... Meine Antwort wurde unter der Annahme geschrieben, dass Q2 der Ausgang zum Lüfter und Q1 unbenutzt ist (ich bin mir nicht sicher, was Sie tatsächlich mit dem kleinen FET machen) ...
Ahhhh. Tatsächlich ist Q1 die PWM und Q2 wird nur verwendet, um die Stromversorgung des Lüfters vollständig zu unterbrechen, da er eine Mindestdrehzahl unterhalb eines bestimmten Arbeitszyklus hat. In diesem 4-Pin-Lüfter gibt es eine separate PWM-Steuerleitung, die ich über Q1 steuere.
... sooooo: Q2 ist grundsätzlich immer an, wenn dein Lüfter läuft? Ihr Lüfter hat einen internen Schaltkreis, der Ihre PWM liest, filtert / in eine Spannung umwandelt, und einen Motortreiber, der die Geschwindigkeit proportional zur PWM steuert? Wenn der Ausgang von Q1 nur ein Steuer- / Logikeingang für den Lüfter ist, könnte meine Antwort immer noch bestehen, wenn Sie Q2.drain durch X1.2 ersetzen (mit Ausnahme von "3", das dann hoffentlich bereits in der Elektronik des Lüfters installiert wäre), da irgendwelche Spitzen auftreten die von der internen Leistungsstufe des Lüfters erzeugt werden, möglicherweise immer noch an X1.2 (was ich dann als 12-V-Versorgung des Lüfters lese).
Ja, Q2 ist bei Arbeitszyklen über ~15 % immer eingeschaltet. Der Lüfter hat einige unbekannte Schaltkreise, die - aus Tests - einen Pull-up auf 12 V auf seiner PWM-Leitung haben. Also benutze ich Q1, um es entsprechend dem PWM-Ausgang meines PIC herunterzuziehen. Ich werde Ihre Vorschläge umarbeiten und Sie wissen lassen ...
Das Debuggen, wenn das Oszilloskop geerdet ist, behebt das Problem
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