Schutz gegen EMI

Ich habe ein komplexes EMI-Problem.

Es gibt ein RPi-Rechenmodul zusammen mit einem LAN9512- und GSM-Modem (M66).

Die Layout-Richtlinien folgen strikt den Empfehlungen der Datenblätter, ich glaube nicht, dass es um sie herum etwas Besseres im Layout geben kann.

Jetzt sind RPi und LAN9512 über USB-Differentialpaare verbunden, aber wenn das GSM-Modem aktiv ist (dh eine Verbindung zum Netzwerk herstellt, Anrufe entgegennimmt usw.), trennt das LAN9512 die USB-Verbindung und kehrt erst nach einem vollständigen Neustart zurück.

Das ist das Hauptproblem, das ich hier lösen möchte.

Konsolenprotokoll des Problems:

kernel: [   10.172712] usb 1-1-port1: disabled by hub (EMI?), re-enabling...
kernel: [   10.172750] usb 1-1.1: USB disconnect, device number 4
kernel: [   10.173135] smsc95xx 1-1.1:1.0 eth0: unregister 'smsc95xx' usb-‎20980000.usb-1.1, smsc95xx USB 2.0 Ethernet
kernel: [   10.175308] hub 1-1:1.0: hub_ext_port_status failed (err = -71)
kernel: [   10.175332] usb 1-1-port1: connect-debounce failed
kernel: [   10.192773] usb 1-1: Failed to suspend device, error -71

Was auch helfen könnte:

Ich sehe, dass 3,3-V- und 1,8-V-Stromleitungen ein Rechtecksignal haben, das 400 mV höher ist, wenn das GSM kommuniziert (Quadratlänge beträgt 500-600 us, dV ist 300-400 mV):1,8 V Spannung bei aktivem GSM

Auf dem Board habe ich DC-Generatoren:

  • 5V - MP2359
  • 4,1 V - MP2359
  • 3,3 V & 1,8 V - PAM2306 (gemeinsam)
  • 2,5 V - AP7115

Sie sind so verkabelt:

18V input DC
 -----> 5V  -----> 3.3V ----> 2.5V 
            -----> 1.8V
 -----> 4.1V

Das GSM-Modem wird mit 4,1 V versorgt, sodass es tatsächlich von allem anderen getrennt ist.

Diese Spitzen (Quadrate) werden nur bei 3,3 V und 1,8 V angezeigt, die von demselben PAM2306 geregelt werden. Weder bei 2,5 V noch bei 5 V treten diese Spitzen auf. Auch die 4,1 V, die eigentlich für den GSM bestimmt sind, haben diese Spitzen ebenfalls NICHT. Auf der 4,1-V-Schiene befinden sich 100-uF-, 100-nF-, 33-pF- und 10-pF-Entkopplungskondensatoren.

Das Layout des PAM2306 (oben rechts befinden sich die 1,8 V auf der rechten Seite des Induktors): Bitte beachten Sie, dass dieses Layout das vom Datenblatt empfohlene ist. Ich weiß, dass diese Linien, die herumlaufen, seltsam aussehen. PAM2306

Ich habe auch versucht, der 3,3-V-Schiene eine 100-uF-Entkopplung hinzuzufügen, aber es hat nicht geholfen.

Eines sollte hier gut zu wissen sein: Können diese Spikes die USB-Verbindung trennen?

UPDATE1:

Ich habe das Leistungsmodul PAM2306 entfernt und durch 2 MP2359 für 3,3 V und 1,8 V ersetzt.

Jetzt scheinen die Boards stabiler zu sein, aber der USB wird nach dem Anschließen des GSM getrennt:

# pppd call gprs
... lot of pppd messages ...
pppd[2079]: primary DNS address a.b.c.d
pppd[2079]: secondary DNS address a.b.c.d
usb 1-1.1: USB disconnect, device number 3
smsc95xx 1-1.1:1.0 eth0: unregister 'smsc95xx' usb-20980000.usb-1.1, smsc95xx USB 2.0 Ethernet
smsc95xx 1-1.1:1.0 eth0: hardware isn't capable of remote wakeup

Wie Sie sehen können, meldet sich die ETH plötzlich ab, nachdem sie GPRS-IP-Adressen erhalten hat. Nach dem Austausch dieser Leistungsmodule verschwand die vorherige Meldung „Deaktiviert durch Hub“, sodass die Situation jetzt besser, aber nicht perfekt ist.

Was würden Sie empfehlen?

AKTUALISIEREN2

Nach einer Stunde ohne Versuch, GSM anzuwählen, wurde der USB vom PI getrennt. Also waren nicht die Stromschienen die Wurzel meiner Probleme.

Sie verwenden einen Bastlercomputer mit sehr hoher Frequenz für Spielzeuganwendungen und fragen sich dann, warum EMI ein Problem darstellt?
Ich würde auf die Stromverteilung schauen. Das GSM-Modem zieht beim Senden bis zu 2 Ampere Impulse. Wenn Ihr Netzteil für das GSM-Modem schwach ist, landen die Stromimpulse möglicherweise auf Ihren anderen Stromschienen. Schwer zu sagen anhand der gegebenen Informationen. Versuchen Sie, ein paar niedrige ESR-Kappen in der Nähe der Stromanschlüsse des GSM-Modems hinzuzufügen. 1000 uF oder so.
Was Sie hier haben, ist wirklich seltsam. Sie haben eine höhere Versorgungsspannung, wenn ein Modul mehr Strom zieht. (!?!) Es ist schwer vorstellbar, also muss es etwas anderes geben. Ist die Erdung gut genug? Wenn Sie die Gründe an verschiedenen Punkten untersuchen, sind sie gleich? Was Sie gezeigt haben, ähnelt einem I * R-Abfall für einen konstanten Strom (nur das Vorzeichen ist falsch!). Vielleicht ist die Erdung der Referenz eines der Regler nicht gut genug und der Strom des Moduls moduliert sie. Dies ist meine beste Vermutung, da dV auf dem Bild sehr hoch ist. Ich würde auch die Messung der Versorgungswellenform untersuchen.
An diesem Stromrichter gibt es nicht viel Bodennähte und es gibt einige dumm große Schleifen, darauf würde ich achten, besonders wenn der Rest des Boards auch so ist. Dann drosselt der Gleichtakt auf den USB-Busleitungen, aber ohne VIEL mehr Details ist es schwer zu sagen. Ich würde mir auch Ihre Oszilloskop-Sondentechnik ansehen, diese drei Zoll großen schwarzen „Masse“ -Leitungen sind überall weit über DC Antennen, und Sie sehen möglicherweise auch eine epische Menge an Massesprüngen, wenn die Masseverbindung irgendwo über eine winzige Spur geht ( Eine differenzielle Sondierung hilft festzustellen, ob dies ein Problem ist).
Wie misst du die Stromschienen? Ihre Sonde fungiert möglicherweise auch als Antenne und nimmt HF auf, wenn sie sich in der Nähe der hohen Felder des GSM-Modems befindet ...
Die GSM-Leistung ist mit 100 uF und 100 nF sowie 10 pF und 33 pF gekoppelt. Alle anderen Stromschienen werden ebenfalls gemäß den Datenblättern gekoppelt. Die Sonde kann ja als Antenne fungieren, aber wenn ich sie nicht mit einem Oszilloskop messe, ist das Rechtecksignal auch auf der LED zu sehen.

Antworten (1)

Dieses Problem hat nichts mit "EMI" im normalen elektrotechnischen Sinne zu tun. Das ist ein Problem mit Netzteilen.

Laut M66-GSM-Datenblatt benötigt das Modem während der Sendephase 1,6 A.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Allerdings beträgt die Ausgangsleistung laut MP2359-Datenblatt nicht mehr als 1,2 A pro Kanal. Ihre Stromversorgung ist also für den Anwendungsspitzenstrom um 50 % unterbewertet (während der Durchschnitt wahrscheinlich erreicht wird). Der interne Abfall von M66 führt wahrscheinlich dazu, dass es von USB getrennt wird und ein vollständiger Neustart des Modems erforderlich ist, um wieder zu funktionieren.

Um etwas Traktion zu erreichen, müssen Sie möglicherweise eine RIESIGE Kapazität verwenden, möglicherweise 10-20 100-uF-Keramikkappen parallel auf einer 4,1-V-Schiene, um das Problem hoher Spitzenströme zu verringern.

PS Ich frage mich, wann Poster anfangen würden, Links zu Datenblättern für die beteiligten Komponenten anzugeben und sie tatsächlich zu lesen, bevor sie Fragen stellen?

Vielen Dank und Entschuldigung, dass Sie die Blätter nicht verlinkt haben. Ich habe eine 100-uF-Keramikkappe auf den 4,1 V. Ich würde denken, dass MP2359 dieses Modem mit dieser Kappe handhaben kann. Auf dem Oszilloskop sehe ich während des gesamten GSM-Betriebs auf der 4,1-V-Schiene eine scharfe gerade Linie.
@Daniel, Ihr empfohlenes Netzteil (Abbildung 5) verwendet einen 470-uF-Kondensator. Was Sie sehen, ist wirklich seltsam, da sogar das Datenblatt (Abbildung 3) Vdrop explizit zeigt. Versuchen Sie, die Schiene aufzupeppen, indem Sie ein paar Kappen übereinander löten. wenn der Platz begrenzt ist.
Bei der Berechnung der RC-Zeitkonstante für die 100 uF würde es etwa 256 us dauern, bis sie leer sind, wenn die 4,1 V anhalten. Die Spitze, die Sie hier erwähnen, beträgt 577 us, aber da die 4,1 V nicht aufhören, würde es länger dauern, sie zu leeren. Ideal ist es natürlich trotzdem nicht. Was noch wichtiger ist: Die falsche Spitze liegt nicht auf der 4,1-V-, sondern auf der 3,3-V- und 1,8-V-Schiene. Auch das Modem funktioniert einwandfrei, es ist nicht über USB angeschlossen, sondern seriell. Nur der Ethernet-Controller ist über USB verbunden und dieser wird immer wieder getrennt.
@Daniel, dann musst du etwas mehr über dein Design erzählen. Paspberry Pi ist ein proprietäres Design. Betten Sie RPi mit M66 in ein anderes Board ein, oder was? Wie verbindest du es? Unebenheiten auf nicht verwandten Schienen können auf ein Problem mit dem Bodensprung in Ihrem Layout hinweisen.
@Daniel, mit einer Kappe von 100 uF und einem Laststrom von 1,6 A würde die Spannung in 62 us um 1 V abfallen. Ich = C * dV/dt. Ein Abfall unter 3,3 V würde laut Datenblatt die M66-Funktionalität beenden. Sie müssen Ihre Messtechnik überprüfen.
M66 funktioniert super. Nur der LAN9512 verhält sich manchmal merkwürdig. Und ich würde annehmen, dass es an den Unebenheiten auf seiner Stromschiene (3,3 V) liegt. Ich verwende das RPi Compute Module und es wird zusammen mit M66 und LAN9512 auf eine Platine gelegt.
@Daniel, wenn der interne Hub-Port vom Hub selbst deaktiviert wird, bedeutet dies wirklich, dass der Port "brabbelt", was auf eine unerwünschte Signalisierung zurückzuführen sein könnte. Wofür ist Ihre 1,8-V-Versorgung? Sind Sie sicher, dass Sie Abbildung 2-2 für das LAN9512-Power-Routing folgen?
Für das RPi werden 1,8V benötigt. Ja, LAN9512 ist genau wie in Abb. 2-2 verdrahtet. Ich werde versuchen, die Stromschienen 1,8 und 3,3 zu ändern.
Nach Änderung der Powerrails (3.3 und 1.8) verschwindet die 'emi'-Zeile aus dem Kernel-Log, jedoch wird der USB nach einiger Zeit immer noch getrennt. Ziemlich nervig!!
Schutz gegen EMI
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