Forum: HF, Funk und Felder RFM95PW spinnt


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von Peter K. (pkap)


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Hat von euch schon mal jemand Erfahrungen mit dem RFM95PW Loramodul von 
HopeRF gesammelt?

Wir stehen momentan vor einem eigenartigen Problem, dass sich das 
Funkmodul teilweise beim Senden mit eingen Antennen aufhängt heiß wird, 
aber keine Daten mehr sendet.

Wir haben daraufhin den Ausgang mit dem HackRF untersucht und 
festgestellt, dass in diesem Fall, das Modul ständig ein Signal mit 
korrekter Leistung und korrekter Bandbreit aussendet, allerdings kann 
der Empfänder das Signal nicht dekodieren und das Modul hört auch nicht 
mehr auf zu senden.

Das RFM95PW steuern wir in dieser Schaltung mit einem LPC11U24 an, da in 
so einem Fall der Debugger keine Verbindung zum Prozessor mehr hat wäre 
es naheliegend, dass dieser Unsinn macht, allerdings müsste dieser um 
das Funkmodul zum senden zu bringen, das richtige SPI Protokoll 
weiterhin verwenden um den Fifo des Funkmoduls zu füllen.

Laut VNA haben die problematischen Antennen ein VSWR von 2.2 Die 
Anbindung zur Antenne erfolgt über eine Grounded Coplanar Waveguide mit 
50 Ohm über 3cm zu einem SMA Connector und dann über ein 5cm SMA Kabel 
zur Antenne.

Wir verwenden eine identische Schaltung mit einem RFM95 ohne die oben 
genannten Probleme.

Hat irgendwer von euch eine Ahnung bzw Idee was es hier auf sich haben 
könnte?

Ps in den Errata Sheets des SX1278 und LPC11U24 ist nichts über ein 
derartiges Verhalten zu finden.

von Beo Bachta (Gast)


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Peter K. schrieb:
> Hat irgendwer von euch eine Ahnung bzw Idee was es hier auf sich haben
> könnte?

Erst mal Schaltung und Aufbau zeigen.

Aus Erfahrung aus vielen Problem-Nennungen sage ich dass die
Funkmodule an einer schlechten Versorgung und/oder schlechter
Versorgungs-Pufferung leiden, damit auch mal den Mikrocontroller
mit in den Abgrund ziehen.

von Beo Bachta (Gast)


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Beo Bachta schrieb:
> an einer schlechten Versorgung und/oder schlechter
> Versorgungs-Pufferung leiden,

Bei einer Stromaufnahme von 650mA beim Senden darf man da
schon mal ein bisschen "aufpassen" bei Schaltungsdesign
und Dimensionierung der Versorgung.

von Peter K. (pkap)


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In der derzeitigen Variante verwenden wir den externen Spannungsregler 
von den 5V auf die 3.3V des Controllers.

Jeder VCC Pin am LPC ist mit 10nF und 100nF gepuffert die 10nF direkt am 
Pin und die 100nF direkt dahinter, dann das Via.

Die 3.3V und GND sind jeweils auf einer eigenen Plane im 2 und 3ten 
Layer. Die freien Fläche auf Layer 1 und 4 sind mit GND gefüllt und 
soweit wie möglich mit Stiching Vias auf die GND Plane durchkontaktiert.

Die 3.3V Plane wird von 8 Vias nach dem Spannungsregler gespeist und ist 
nur im Bereich der LPC Schaltung durchgezogen. In anderen Regionen 
werden auch Signale auf diesem Layer geführt. GND ist komplett 
durchgezogen.

Den Pi Filter vor den 5V zum Lora haben wir auch mal überbrückt mit dem 
selben Ergebnis.
Die Kondensatoren am Lora sind SMD Tantal Polymerkondensatoren.

Das gesamte Layout kann ich leider derzeit nicht senden.

: Bearbeitet durch User
von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

ich kann nur vermuten, daß zu viel reflektierte Leistung das Modul in 
einen nicht vorgesehenen Zustand bringt und wie bereits genannnt trotz 
vorhandener Abblockkondensatoren die Wirkung der Abblockung nicht 
ausreichend ist. Im ungünstigen Fall kann ein Schaltungsteil die 
Ausdehnung eines Bruchteils der Wellenlänge haben, so daß sich dort eine 
unerwünschte Spannung einstellt.

MfG

von Beo Bachta (Gast)


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Peter K. schrieb:
> In der derzeitigen Variante verwenden wir den externen Spannungsregler
> von den 5V auf die 3.3V des Controllers.

Womit sagst du dem Modul dass es seine interne 3.3V-Stabilisierung
ausschalten soll damit es von aussen versorgt werden kann?

(ich sehe da den 3V3 Regler der auf 3V3_Out führt .... also
wirkt hier ein Ausgang auf einen Ausgang ...)

Woher kommen denn die 0.7 Ampere für das Modul?

Ich sehe auf der Versorgungsseite zu wenig Pufferung. Für
0.7 Ampere Spitzenlast braucht es vermutlich 220uF bis 470uF
(vor dem Spannungsregler).

von Peter K. (pkap)


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Beo Bachta schrieb:
> Womit sagst du dem Modul dass es seine interne 3.3V-Stabilisierung
> ausschalten soll damit es von aussen versorgt werden kann?


Zwischen den 3.3V des Moduls und dem externen Spannungsregler ist ein 
Widerstand als Drahtbrücke geschalten. Mit dem Wert dnp.
Dieser ist natürlich nicht bestückt und nur für die Option, dass man den 
µC von den internen 3.3 des HopeRF versorgen möchte.

Beo Bachta schrieb:
> Woher kommen denn die 0.7 Ampere für das Modul?

Die 0.7A fürs Modul kommen von einem DC/DC Wandler der direkt auf einem 
Lipo hängt.

Warum sollte die Pufferung vor den Spannungsregler? Der Spannungsregler 
ist doch direkt auf den 5V das HopeRF wird über einen Pi Filter mit den 
5V Verbunden, wenn dann müssten doch da die Kondensatoren hin oder?
Der Pi Filter ist übrigens als Notchfilter bei 433MHz ausgelegt und soll 
eine Wellenausbreitung aus dem Modul heraus auf die 5V Schiene 
unterdrücken.

Bei deratigen Kapazitäten wird eventuell die Boardfläche klein, ich 
kanns aber versuchen dort unter zu bringen.

Was vielleicht noch zu erwähnen ist, das Event, dass das Funkmodul 
beginnt irgendwas zu machen ist nicht immer von Beginn an da sondern 
tritt erst nach einigen Minuten Betrieb irgendwann auf.
Außerdem tritt das Problem nur mit Antennen mit einer VSWR von größer 
2.2 -2.6 auf. Bei sehr guten Antennen mit einem VSWR von 1.4 haben wir 
das Verhalten nicht beobachtet, daher würde ich hier eher an ein HF 
Problem denken, kann natürlich auch eine Kombi aus schwacher Pufferung 
und HF Problematik sein.

Christian S. schrieb:
> ich kann nur vermuten, daß zu viel reflektierte Leistung das Modul in
> einen nicht vorgesehenen Zustand bringt und wie bereits genannnt trotz
> vorhandener Abblockkondensatoren die Wirkung der Abblockung nicht
> ausreichend ist.

An das haben wir auch schon gedacht, aber darum haben wir den 
Notchfilter mit 433MHz zwischen den 5V und dem Funkmodul gegeben, damit 
die Leistung eben nicht an unsere µC zurück reflektiert wird.
Es kann natürlich sein, dass der SX1278 in einen undefinierten Zustand 
gerät leider haben wir auf die Schaltung im Modul keinen Einfluss und 
Fehlende Abblockung bei diesem Chip wär natürlich ein Problem beim 
Layout des Moduls.

Fällt dir vielleicht eine Möglichkeit ein wie wir verhindern können, 
dass die reflektierte Leistung ins Funkmodul geht?
Problem ist eben, dass die Bedingungen für die Antenne alles andere als 
Optimal sind und diese ist gerade so auf Resonanz getrimmt mit einem 
VSWR von 1.3 im Einbauzustand. Da die Fertigungstechniker bei uns aber 
gerne mal die nahe Umgebung um die Antenne verändern und sich diese 
Umgebung auch im Betrieb verändern kann wärs eben gut wenn das Funkmodul 
auch mit einer nicht so gut abgestimmten Antenne noch normal 
weiterläuft.
Die Reichweite wird natürlich sinken, das lässt sich nicht verhindern, 
aber das Modul sollte eben nicht vollkommen aufhören nützliche 
Informationen zu senden.

von Johannes S. (jojos)


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Peter K. schrieb:
> Das RFM95PW steuern wir in dieser Schaltung mit einem LPC11U24 an, da in
> so einem Fall der Debugger keine Verbindung zum Prozessor mehr hat

Wird der in einen Deep Power down geschickt? Bei LPC812 + RFM69 hatte 
ich das Problem das dann die SPI Pins offen waren und das Modul dann 
auch mehr Strom zog als es sollte. In dem Fall ist auch SWD offline.

von Peter K. (pkap)


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Nein der sollte eigentlich die ganze Zeit im Run Mode sein. Aber 
interessant, dass das Modul bei offenen SPI Ports mehr Strom zieht als 
es sollte.

Hat es bei euch auch plötzlich begonnen unkontrolliert zu senden?

von Johannes S. (jojos)


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Das hat es bei mir wahrscheinlich nicht, der Strom ging auf ca. 3 mA 
hoch, das Modul wurde aber auch vorher in idle gesetzt.
Kann das nicht trotzdem Software sein? Das der Debugger weg ist, das ist 
doch schon  merkwürdig.
SPI loggen um zu sehen was da als letzte Kommandos ankamen?

: Bearbeitet durch User
von Peter K. (pkap)


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Es kann möglicherweise der Controller selbst sein ja.

Ich werds mal mit dem Logikanalyzer testen, was am SPI Bus wirklich 
passiert. Den Verlust der Debugverbindung hab ich mir immer durch die 
Stöhrungen erklärt. Wenn man da in der Nähe mit dem Oszi was messen will 
sieht man am Bildschirm nicht mehr wirklich viel, wegen der 
abgestrahlten Leistung.

Da fällt mir gerade noch ein wir haben auch versucht den Fall mit 
Widerständen direkt am Antennenausgang zu provozieren was aber nicht 
gelungen ist, es muss also die Impedanz richtig sein. Bei einem offenen 
Antennenport funktioniert das Modul Problemlos. Sonst hätten wirs schon 
mal ohne Antenne in diesen Zustand gebracht und dann in Ruhe gemessen 
was da passiert.

von Johannes S. (jojos)


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HF ist nicht meine Welt, kann der Pi Filter die HF als Antenne 
einfangen?

von Peter K. (pkap)


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Das glaube ich nicht.

Die Schaltung zeigt aber auch mit und ohne dem Filter das selbe 
Verhalten.

von Wolfgang (Gast)


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Peter K. schrieb:
> Fällt dir vielleicht eine Möglichkeit ein wie wir verhindern können,
> dass die reflektierte Leistung ins Funkmodul geht?

Das verhindert man am besten, indem man Reflektionen von vornherein 
ausschließt.

Üblicherweise macht man das über die Antennenanpassung

von Funkie (Gast)


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Peter K. schrieb:

> Wir stehen momentan vor einem eigenartigen Problem, dass sich das
> Funkmodul teilweise beim Senden mit eingen Antennen aufhängt heiß wird,
> aber keine Daten mehr sendet.

Funktionierts 100%ig mit dummyloads über den gesamten erlaubten 
Spannungsbereich?

von Peter K. (pkap)


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Wolfgang schrieb:
> Üblicherweise macht man das über die Antennenanpassung

Die Antenne haben wir natürlich im Grundzustand angepasst mit einem VSWR 
von 1.2

Es handelt sich um eine Monopolantenne mit 8cm Bauhöhe und einer viel zu 
kleinen Groundplane mit etwa 7cm Durchmesser. Die Antenne haben wir in 
dieser Konfiguration über Induktives und Kapazitives Loading angepasst.

Unter dieser Groundplane befindet sich die Elektronik und um diese 
Elektronik ist ein Aluminiumblech gebogen welches oben Leitfähig mit der 
Groundplane verbunden ist. Direkt am SMA Kabel zum Antennenanschluss ist 
ein Klappferrit um Mantelwellen zu Unterdrücken.

Ich hab mal eine grobe Skizze angehängt. Als Information das Aluminium 
um die Elektronik brauchen wir, weil es ohne diesem mit bestimmten 
Antennen zu einem Reset des Maincontrollers kommt. Das Problem mit dem 
Reset äußert sich allerdings komplett anders und wir habens auf 
Einstrahlungen durch die Antenne zurückgeführt.

Jede kleine Änderung der Strukturen um die Antenne kann aber das VSWR 
auf 2.5 oder schlechter verändern und es ist nicht ausgeschlossen, dass 
sich diese Parameter während dem Betrieb verändern können.
Daher würden wir neben der Antennenanpassung auch gerne das Funkmodul 
robuster machen, sodass es vielleicht nicht mehr mit voller Reichweite 
sendet, aber immer noch valide Daten sendet.

Funkie schrieb:
> Funktionierts 100%ig mit dummyloads über den gesamten erlaubten
> Spannungsbereich?

Mit einer 50 Ohm Dummyload gehts über den gesamten Bereich der 
Lipoversorgungsspannung Problemlos.

Es funktioniert sogar mit einer 75 Ohm Dummyload. Einem 200 Ohm 
Widerstand und bei komplett offenen Ausgang.

von RG58-SDI (Gast)


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Mit wie viel dBm treibst du den Sendetransistor an?
Im Datenblatt seh ich da keine Empfehlung :-(

Der TRX-Switch schaltet 'irgendwie' automatisch oder hängt er an den 
DIOs des sx1278?

von Peter K. (pkap)


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Der SX1278 gibt laut Konfiguration +17dBm aus. Wir vermuten 10dB 
Verstärkung im Sendeverstärker womit +27dBm hinten raus kommen müssen. 
Leider haben wir noch nicht direkt die Sendeleistung gemessen.

Bei einem Vergleich mit einem RFM98W und +17dBm einstellung messen wir 
aber etwa +10dB Verstärkung für den Ausgangsverstärker im Modul.

Der TRX-Switch sollte automatisch schalten. Ich nehme mal an, dass der 
Switch direkt an den RXTX Ausgang des SX1278 gehängt ist.

Bzw handelt es sich nicht um einen wirklichen SX1278 im Modul sondern um 
den namensgebenden HopeRF RFM98 Chip, welcher aber eine Lizenzierte 
Kopie des SX1278 sein sollte.

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