Ein von mir entworfenes Board hat ein Rauschproblem, das durch ein integriertes GSM/GPRS-Modul (das Quectel M66 [1]) verursacht wird. Dieses Modul wird über ein 20 cm langes Koaxialkabel mit einer Siretta Delta 2C [2] Dipolantenne verbunden. Das folgende Bild zeigt das Layout um das GPRS-Modul herum:

Das GPRS-Modul selbst funktioniert einwandfrei: Die Signalstärke ist gut und das Senden/Empfangen von Daten ist kein Problem.

Das Problem

Wir haben ein paar 24-Bit-ADCs auf der Platine, die Rauschspitzen auffangen, wenn das GPRS-Modul eine Verbindung zum Netzwerk herstellt. Dieses Rauschen scheint von der Antenne und dem Koaxialkabel verursacht zu werden. Rauschspitzen durch GPRS-Modul (siehe Mitte des Diagramms).

Beobachtungen

• Das Problem besteht weiterhin, wenn das GPRS-Modul unabhängig vom Rest der Schaltung mit Strom versorgt wird.

• Das Rauschen scheint nur beim Verbinden und Trennen vom Netzwerk aufzutreten, nicht während der Nutzung der Verbindung (Senden von Daten).

• Das Hinzufügen eines ein Meter langen Koax-Verlängerungskabels unterdrückt das Rauschen, außer wenn es in einer geraden Linie positioniert wird. Dies ist sogar dann der Fall, wenn sich die Antenne in der gleichen Position wie zuvor befindet.

• Ferritperlen um das Koaxialkabel unterdrücken das Rauschen etwas, aber nicht vollständig. Vielleicht würden viele Ferritperlen oder eine andere Art von Perlen ausreichen. Leider sind diese Perlen ziemlich groß. Das Hinzufügen mehrerer davon passt nicht in das Produkt.

• Das Platzieren der Antenne direkt auf einer großen Aluminiumplatte funktioniert recht gut, aber nur, wenn die Platte in direktem (leitendem) Kontakt mit der Antenne steht. Vielleicht zwingt dies die Dipolantenne dazu, eine Monopol + GND-Ebene zu werden?

• Bearbeiten: Auch bei getrennter Antenne (nur die 20 cm Koaxialkabel) funktioniert das Modul wie vorgesehen, kein Rauschen an den ADCs. Auch wenn das Modul in dieser Konfiguration mehr Strom verbraucht.

Leider sind die oben genannten Problemumgehungen nicht sehr praktisch oder zuverlässig genug, um sie als echte Lösung zu verwenden.

Hypothese

Ich bin immer mehr davon überzeugt, dass das Problem mit dem Gleichtakt-HF-Strom im Koaxialkabel zusammenhängt. Dies scheint häufig aufzutreten, wenn nach dem Antrieb einer Dipolantenne mit einem Koaxialkabel gesucht wird.

Hilfe!

Ist diese Hypothese angesichts der Situation und der Beobachtungen sinnvoll? Gibt es andere wahrscheinliche Ursachen, die diese Beobachtungen erklären könnten? Und zum Schluss, was kann ich dagegen tun?

Edit: wegen der Stromversorgung

Das GPRS-Modul kann große Stromspitzen bis zu etwa 2A ziehen. Um diese Ströme von den ADCs fernzuhalten, puffert die neueste Board-Revision den größten Teil der Leistung mit einem großen Kondensator, wie im Schaltplan gezeigt:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die Hauptstromversorgung muss nur bis ca. 300-400mA liefern. Dies wird durch einen Strombegrenzungs-IC in Reihe mit der Stromversorgung erzwungen. Ein großer Elko puffert die Stromspitzen ab. Der letzte Schritt ist ein 4-V-LDO, um die Spannung am GPRS-Modul konstant auf 4,0 V zu halten. Insgesamt 80uF Keramikkondensatoren werden direkt auf den 4V-Stromeingang des GPRS-Moduls gelegt.

Wenn das Modul sendet, fällt der LDO-Ausgang um 60 mV ab. Die Quectel M66-Datenblätter empfehlen einen maximalen Spannungsabfall von 400 mV. Leider habe ich noch nicht genug Reputation um weitere Bilder hinzuzufügen

[1]http://www.quectel.com/product/prodetail.aspx?id=73

[2]http://www.farnell.com/datasheets/1877150.pdf