Moin Moin,
ich glaube, ich habe hier ein "kleines" Layout-Problem mit einem ESP8266
und einem STM32 auf der selben Platine.
Ich will euch kurz meine Leidensgeschichte erläutern.
Das System besteht aus zwei Platinen: Einmal der mit dem STM32, ESP8266
und USB-UART Wandler und einer zweiten Platine mit mehrere Opamps, die
eine Spannung im unteren mV Bereich um etwa 13fach verstärken.
Der STM32 ließt die verstärkten Spannungen und gibt sie per Uart-USB an
den PC weiter.
Das Problem, mit dem ich mich jetzt bereits knappe zwei Wochen rumärgere
ist, dass der interne ADC des STM32, wie wild um mehrere 100mV schwankt
- und dass obwohl ich die entsprechenden Eingäge des OpAmps auf Masse
gelegt habe.
Mein Oszi zeigte, dass ich starke Spannungsschwankungen auf den
Versorungsleitungen und Masseflächen! habe (Masse vom Oszi an Masse an
einer Ecke der Platine geklemmt und die Prüfspitze irgendwo anders auf
der Platine an Masse gehalten).
Erste Vermutung war, dass ich beim Layout des Step-Down Wandlers, mit
dem ich das System Versorge, Mist gebaut habe und der mir irgendwie die
Masse hochzieht. Also mehrere Kondensatoren auflöten. Als das nichts
gebracht hat, wurde der Wandler halt einfach mal gegen einen
Linearreagler getauscht. Ergebnis: Auch nichts...
Zweiter Schritt: Mal den PC und das Netzteil an die selbe Steckdose
hängen, könnte ja sein, das irgendeine Art Ausgleichsströme fließen.
Ergebnis: Schwankungen auf der Masse sind verschwunden, aber
Versorgungsspannung und Ausgänge der OpAmps rauschen noch stark.
Also noch mehr Kondensatoren und die Opamp zusätzlich von der normalen
Spannungsversorgung abgeklemmt und eine extra stabilisierte und
gefilterte Spannung erzeugt. Hat nix gebracht...
Dann halt einen Tiefpass ins Ausgangsignal. Ergebnis: Immer noch nicht
besser.
Nächster Gedanke war, dass die Platine sich irgendwelche Frequenzen über
die externen Kabel einfängt. Also alle Kabel eingekürzt: Ergebnis:
Nichts...
Einziges nicht kürzbares Kabel was das am USB-Anschluss. Aus lauter
Verzweifelung habe ich das gegen eines, was mal bei so einem 3€
Billig-Gerät aus China dabei war, getauscht. Und siehe da, laut Oszi nur
noch Schwankungen von 6mV auf den OpAmp Ausgängen. Ebenso auf der
Spannungsversorgung.
Der ADC springt dennoch über 100mV hin und her.
Heute mein letzte verwzeifelt Versuch: Alles abschalten, was nicht
gebraucht wird. Das Wifi-Modul zu erst.
Und kaum ist das Ding aus, ist der ADC wunderbar stabil und genau.
Ich habe gerade richtig Lust, die Platine an die Wand zu schmeißen!!
Aber immerhin habe ich eine Menge über OpAmps, Filter und USB-Kabeln
gelernt :) Auch, wenn ich die Platinen jetzt wegschmeißen und neu machen
kann, so verbastelt wie die nun sind...
Was ich allerdings noch nicht verstanden habe, ist wie es der ESP8266
schafft, den ADC zu stören. Sämtliche Spannungen sehen auf dem Oszi
absolut stabil aus.
Sitzt der zu dicht am STM32 und streut da Funkwellen rein?
Hat vielleicht jemand einen Tipp für mich, was ich am Layout ändern
könnte, um das zu beheben?
Wenn ich das richtig sehe läuft Deine Spannungsversorgung unter der
Antenne des ESPs Längs, und das Massefeld ebenfalls als Masse-Insel
D.H. du hast da zwei Antennen unter die Antenne des ESPs gebaut.
Cyclon schrieb:> Was ich allerdings noch nicht verstanden habe, ist wie es der ESP8266> schafft, den ADC zu stören.
Einen Sender (8266) neben einen empfindlichen ADC zu bauen ist ein
Problem. Und der Sender ist direkt im Chip, der koppelt zusätzlich zur
Antenne über jeden Pin nach draußen. Da gibts nur Abstand und
Abschirmen.
MfG Klaus
Danke für die Links, werde versuchen das alles in der nächsten
Layout-Version zu berücksichtigen.
> Wieviele Lagen hat das Layout? Mit 4 Lagen oder mehr werden die> HF-Eigenschaften deutlich besser.
Die Platine hat hat zwei Lagen. Die eine habe ich nur ausgeblendet, da
sie keine Bauteile enthält sondern nur Verbindungsleitungen und große
Masseflächen und daher die Sicht auf die wichtigen Dinge versperren
würde.
>Wenn ich das richtig sehe läuft Deine Spannungsversorgung unter der Antenne des
ESPs Längs, und das Massefeld ebenfalls als Masse-Insel
>D.H. du hast da zwei Antennen unter die Antenne des ESPs gebaut.
Das habe ich auch schon befürchtet, allerdings liegt zwischen Antenne
und meinen Leiterbahnen ja noch die Platine des ESP, und die hat von
unten auch eine durchgehende Massefläche. Daher hatte ich
gedacht/gehofft, dass die genug abschirmt.
>Gerade der ESP zieht gern hohe Spitzenströme von ein paar hundert mA, das muss
das Layout hergeben.
Stimmt, am ESP habe ich Kondensatoren vergessen.
Bei dem Layout kein Wunder, denn effektiv hast du keine Massefläche.
Mach eine der Lagen als kompakte Massefläche, die andere nur Bauteile
und Signalleitungen.
Die kompakte Massefläche darf nicht zerschnitten sein. Wenn dürfen nur
sehr kleine Löcher rein. Tillsitter, kein Emmentaler - wenn du in die
Massefläche reinmusst, müssen die Wege um das Loch so kurz wie möglich
sein. Der Sinn ist, einen niederimpedanten GND auf der gesamten Platine
zur Verfügung zu haben.
Die Masseflutungen von Leerrämuen kannst du dir schenken, das bringt
nichts. Das tut man nur, wenn der Hersteller der Leiterplatte das
benötigt.
Besser ist 4 Lagig, die Innenlagen machst du als VCC <> GND Flächen
(unzerschnitten).
Bei der Antenne des ESP wirst du die Massefläche freistellen müssen.
Dazu bitte das Datenblatt des ESP betrachten. Sinnvoll dürfte sein, den
ESP an den Rand zu setzen.
Beim Schaltregler gibt es besondere Anforderungen an das Layout, bitte
auch das beachten.
Und ja, zweilagig ist möglich, ich habe Platinen mit Schaltregler und
16-Bit-ADC auf 2 Lagen umgesetzt, ohne viel Sauereien in den Rohwerten.
Es ist aber schwieriger als auf 4 Lagen.
Kannst du eventuell die WLAN Schnittstelle während der ADC Messung
pausieren? So weit ich mich erinnere, hat der ESP8266 dafür extra eine
Funktion. Die ist zwar eher dafür gedacht, den interen ADC des ESP8266
nutzbar zu machen, aber ich ich schätze, dass sie auch in deinem Fall
helfen könnte.
Hallo,
Der ESP8266-03, den er wohl benutzt, hat keine Abschirmung. Der läßt
sich auch von extern sehr gut stören, mit einer Zuleitung zwischen
elektronischem Halogen-"Trafo" und Lampe in 15cm Abstand bekommt er z.B.
keinen WLAN-connect mehr obwohl das Programm selbst läuft. Ich denke,
man kann auch den Umkehrschluß ziehen: er saut auf allen möglichen
Frequenzen direkt vom Chip nach draußen.
Ein geschirmtes ESP-Modul ließ sich im obigen Fall nicht stören, auch
mit der Leitung in 3cm Abstand nicht.
Unabhängig davon halte ich auch die GND-Fläche unter der Keramikantenne
für die Reichweite nicht so sinnvoll.
Gruß aus Berlin
Michael
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