Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 868 Mhz Funkmodul wird von VCC 5V gestört


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von Chris (chris372)


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Hallo,
ich bin gerade dabei mir eine „Smarthomezentrale“ zu bauen. Dafür hab 
ich mir ein Gehäuse fräsen und Platinen fertigen lassen. Wie man auf dem 
Foto Nr.3 sieht ist auf der Platine folgendes verbaut: ganz rechts ist 
ein Raspberry CM4 auf dem nur Node-RED läuft. In der Mitte ist ein 
weiterer Raspberry CM4 auf dem Raspberrymatic läuft, und ganz links ist 
das dazugehörige 868Mhz Funkmodul für den Pi mit Raspberrymatic.
Da alles in einem Gehäuse untergebracht werden soll hab ich versucht die 
RGB-Status Led des Funkmoduls und noch vier weitere Status Led´s der 
beiden Raspberry an externe Led‘s anzuschließen. Die Led´s werden über 
einen ULN2003 angesteuert der wiederum von den GPIO´s der Raspberrys 
angesteuert wird.
Die 5V Stromversorgung wird über ein Netzteil bereitgestellt das an das 
Funkmodul angesteckt wird. Über die GPIO Leisten wird die 
Versorgungsspannung an die Raspberrys und die Led´s weitergegeben.

Und jetzt zu meinem Problem, die 5V Leitung die zu den Led´s geht stört 
scheinbar so stark mein 868Mhz Funkmodul, so dass kein Funkverkehr mehr 
möglich ist. Die Antenne von dem Funkmodul befindet sich in der Nähe der 
Led´s. Auf Bild 4 sieht man rot eingekreist wo ich die Leiterbahn 
kurzerhand durchtrennt habe.
Und siehe da, Das Funkmodul funktioniert wieder einwandfrei. Die Led´s 
sind noch nicht einmal eingeschaltet da ich noch nicht alle Widerstände 
eingelötet hab.

Wie kann das sein? Erkennt da jemand einen Fehler auf der Platine oder 
kann mir weiterhelfen? Bin jetzt nicht so Erfahren mit der Materie.

von Sven B. (mainframeosx)


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Hast du ein Osziloscope? Ich würde zuerst mal die VCC Messen, wie sauber 
die sind. Funksender / Empfänger sind da etwas empfindlich.

von Helmut -. (dc3yc)


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Woher kommt die Stromversorgung der Raspberries? Welche Leistung kann 
diese?
Ganz schlecht ist, wenn man die 3A, die deine Raspis brauchen, von einer 
anderen Leiterplatte bereitstellen lässt. Kommen denn die 5V noch da an? 
Ich glaube eher, deine Spannungsversorgung ist zu schwach. Du kannst 
auch die Antenne mal dach oben biegen, vielleicht geht es dann?

von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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https://homematic-forum.de/forum/viewtopic.php?t=65065

> Da die Verwendung des Funkmoduls in unmittelbarer Nähe zum Rpi4 nur Probleme 
macht (immenser Funknebel vom Rpi4), weiß ich nicht, ob das sinnvoll ist.

Mach mal den Sticker vom Funkmodul ab damit man sehen kann was das genau 
ist 😜

von Chris (chris372)


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Im moment nicht. Hab mir aber vorhin eins bestellt. OWON HDS242S. Kann 
zwar nicht damit umgehen, aber vielleicht kann ich ja damit irgendwas 
auffälliges sehen. Kommt leider erst morgen oder übermorgen.

Das komische ist ja, sobald die Leiterbahn durchtrennt ist funktioniert 
alles einwandfrei.
Das Netzteil ist auch das originale vom Hersteller des Funkmoduls. Der 
Hersteller rät auch dazu nur dieses Netzteil zu verwenden.

von Chris (chris372)


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Im Originalzustand wird auch der Raspberry über das Funkmodul 
mitversorgt.

Meine Rapis brauchen keine 3A. Beim Start zieht er maximal 500mA. Wenn 
er läuft sind es nur noch 200-250mA. Also alles mal zwei.  Hab ich grad 
nochmal kontrolliert. Spannung ist auch an jedem Raspberry noch bei 
5,02V - 5,05V

Die Probleme mit dem Homematic Funkmodul und einem Raspberry Pi4 sind 
mir bekannt. Da machen aber am meisten Probleme der WLAN/Bluetooth Chip 
und die USB3 Schnittstelle. Das alles hat mein CM4 nicht.

von Keks F. (keksliebhaber)


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Ich erkenne nirgendwo Puffer- und Entstörkondensatoren. LEDs stören halt 
extrem, deshalb sind auch häufig neben den Vorwiderständen Kondensatoren 
montiert.

von Chris (chris372)


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Ok, wo soll ich die Kondensatoren denn platzieren? Vermutlich in der 
nähe der Led‘s oder?
Ich hab hier noch ein paar SMD Kerko rumliegen. 1uF und 10uF. Die könnte 
ich morgen mal dazwischen löten.

Die Led‘s sind aber noch nicht mal in betrieb da die Widerstände noch 
nicht eingelötet sind. Somit ist ja keine Masseverbindung vorhanden.

Die Störquelle ist ja nur die eine +5V Leiterbahn die zu den Led‘s 
führt.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Bei Funkmodulen ist es immer ratsam, alles bestens zu verdrosseln und 
Flanken zu verrunden. Je nach MC kannst du entweder ein I/O Speed 
Register auf langsam stellen oder mit LCL oder RC Filtern extern 
verrunden. Für die Speisung der Funkmodule bieten sich CLC (aka PI-) 
Filter an. Besonders der Empfang profitiert davon.
Ausserdem ist logischerweise eine räumliche Trennung von Empfangsantenne 
und Störgenerator sinnvoll.

Chris schrieb:
> Ich hab hier noch ein paar SMD Kerko rumliegen. 1uF und 10uF.

Die sind richtig, um die Betriebsspannung abzublocken, aber nicht für 
die LED. Da sind eher pF bis nF angesagt.

: Bearbeitet durch User
von Rainer W. (rawi)


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Chris schrieb:
> Die Led‘s sind aber noch nicht mal in betrieb da die Widerstände noch
> nicht eingelötet sind.

Der Funk wird wohl eher durch die Spannung und damit erzeugte Felder 
gestört. Die offenen Leiterbahnen können als Antenne wirken. Wie sieht 
das Signal für die LEDs aus?

von Jens M. (schuchkleisser)


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Keks F. schrieb:
> Ich erkenne nirgendwo Puffer- und Entstörkondensatoren. LEDs stören halt
> extrem, deshalb sind auch häufig neben den Vorwiderständen Kondensatoren
> montiert.

Das mit dem ersten Satz aufgebaute "Der weiß wovon er redet" wird mit 
dem zweiten diametral ersetzt.

Rainer W. schrieb:
> Der Funk wird wohl eher durch die Spannung und damit erzeugte Felder
> gestört.

Dieses.
Der Pi ist voller Schaltregler, die durchschnittliche Stromaufnahme von 
wenigen hundert mA ist eher "ein ganzer Sack voll Spikes und dazwischen 
nichts".
Die schön HF-mäßig rumschwabbelnde Leiterbahn wedelt entweder dem 
Empfänger fröhlich diese Spikes zu oder hat zufälligerweise eine 
passende Form, so das sie als Saugkreis die HF aus der Luft schnorchelt.
Stellt sich halt die Frage: können andere Empfänger diesen Sender nicht 
mehr sehen/verstehen, oder hat dieser Empfänger kaputte Ohren?

Mein Versuch wäre:
An die CMs und das Funkmodul schön kurz jeweils eine Armada aus 
verschiedenen Kerkos, mit durchaus hohen zweistelligen µF, aber auch nF 
(als Versuch 100n, 4µ7 und 47 oder gar 100µF parallel, 
Kapazitätsverringerung durch DC-Spannung beachten!).
Die LED-Leitung am Ende vielleicht auch mit 100n gegen Masse blocken.
Wenn es Störstrahlung ist, sollte die dann deutlich weniger werden. 
Evtl. brauchts noch ein paar Ferrite, das muss man dann sehen.

von Chris (chris372)


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Das Funkmodul kann nichts mehr Senden und auch nichts Empfangen.

Ich kann das Funkmodul Softwareseitig auslesen und und ein Diagramm 
erstellen. Das Modul hat einen Datenpunkt der sich "Carrier-Sense" 
nennt. Dieser Carrier-Sense zeigt eigentlich die Belegung der 868 Mhz 
Frequenz an. Aber er regiert scheinbar auch auf andere Frequenzen die 
das Funkmodul stören. Ist z.B. eine Fritz!Box zu nah dran, dann steigt 
der Carrier-Sense auch leicht an.
Ab einen Wert von 10% Funktioniert das ganze Funksystem nicht mehr so 
zuverlässig. Ab 20% 30% ist dann Schluss mit Funk.

Hab ein Screenshot von dem Diagramm angehängt.
Auf dem Bild sieht man das bis 15:33 Uhr alles gut war, dann hab ich die 
5V Leiterbahn zu den LED´s wieder verbunden. Sofort steigt der 
Carrier-Sense auf 40% an.

Ab 15:47 Uhr hab ich Testweise am Ende der Leiterbahn (also bei der 
letzten LED) einen 10uF Kerko angelötet (Hab leider keine größeren da). 
Der Carrier-Sense stieg dann sofort auf 80-90%.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Nuja, Carriersense ist ja "nur" die lokale Empfängerseite, und 
sicherlich strahlt da nix im 868MHz-Band aus den LEDs oder den CM.
Aber der Empfänger wird offensichtlich geblendet von was auch immer und 
sieht hohe aber falsche Pegel.
Wundert mich, das der Kerko an der LED-Leitung so einen schlimmen Effekt 
auf den Empfänger hat.

Oder: gerade weil du den am Ende der Leitung angedockt hast, hat sich 
jetzt eine tolle Schleife gebildet, weil alle Störungen aus den CMs 
jetzt über die LED-Strippe in den Kerko laufen, die ist jetzt endlich 
AC-mäßig richtig gut.
Mal getestet ob Kerkos am CM was verbessern? Mit/ohne LED-Kerko? Das 
wäre sonst der nächste Schritt.

von Chris (chris372)


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Ja da hast du wohl recht. Ich hab leider nur den Carrier-Sense als 
"Messgerät"🫣 wo ich sehen kann dass etwas nicht stimmt.
Dann bestell ich heute Abend mal ein paar Kondensatoren. Hab nur 1uF, 
4,7uF, 10uF und dann noch ab 470uF aufwärts daheim.

von Keks F. (keksliebhaber)


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Jens M. schrieb:
> Das mit dem ersten Satz aufgebaute "Der weiß wovon er redet" wird mit
> dem zweiten diametral ersetzt.

Das ist sehr schade, denn anstelle einer Korrektur und einer Lernhilfe, 
folgt ein ad hominem. Da man von anderen lernt, sind Leute wie du für 
meine vermeintliche Unfähigkeit verantwortlich. Du hast dich 
letztendlich damit selbst entblößt und beschimpft.

Versuche es doch nochmal, aber vernünftig.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Keks F. schrieb:
> Versuche es doch nochmal, aber vernünftig.

LEDs stören gar nix.
Ja, unter gewissen Umständen können Halbleiter HF beeinflussen, wegen 
der verbogenen Kennlinie. Sowas mit Absicht zu designen ist aber schon 
eine Kunst, das zufällig hinzubekommen wäre ein elfer im Lotto.

Aber normalerweise werden solche Anzeigen mit DC betrieben, dann stört 
nix. Wenn sie gedimmt werden, entsteht durch die PWM mit den scharfen 
Kanten u.U. etwas Störstrahlung. Die ist bei Anzeigen aber aufgrund der 
kleinen Leistung eigentlich nicht interessant, und normalerweise werden 
die LEDs ja auch nur mit wenigen hundert Hz oder vielleicht wenigen kHz 
gedimmt, so das das Spektrum selbst bei vollem Pegel schon im Hörbereich 
aufhört.
Kann einen Empfänger z.B. für DCF77 durchaus stören, weil der sehr 
breitbandig ist und gleichzeitig im passenden Freq.-Bereich.
Schon bei Rundfunk oder so passiert da nix mehr. Wenn im Selbstbauradio 
von PWM oder Multiplexing Störungen auftreten, ist das eigentlich immer 
über die Stromversorgung, z.B. weil das die PLL beeinflusst.
Und in diesem Fall sind die LEDs ja nicht mal angeschlossen, nur die 
Leiterbahn scheints zu machen.
Woher du die Aussage mit den Kondensatoren an LEDs hast weiß ich nicht, 
das hab ich noch nie gesehen. Aber natürlich ist bei kommerziellen 
Geräten (speziell welchen mit Funk) durchaus mal Zeug in der Bestückung, 
dessen Hintergrund sich nicht unbedingt sofort aufdrängt, weil die 
natürlich mit viel Geld nachmessen und die Störungen eliminieren können.
Also wenn du mal an irgendwelchen LEDs Kondensatoren gesehen hast, dann 
sind die dazu da Störpegel abzufangen die durch die Leiterbahnen raus- 
oder reinwandern, das hat aber nix mit den LEDs an sich zu tun.

Und der erste Satz war eben voll korrekt, ich bin mir sicher, das im 
Anwendungshandbuch zum CM steht, wie man korrekt am Anschluss 
entkoppelt, wie ein Netzteil angeschlossen zu werden hat und welche 
Längen und Querschnitte man nutzen sollte. Und hier sind lange dünne 
Leiterbahnen völlig ohne Kerkos, das ist nicht unbedingt die Ursache, 
aber gut ist es auch nicht.

Chris schrieb:
> Ich hab leider nur den Carrier-Sense als
> "Messgerät"🫣 wo ich sehen kann dass etwas nicht stimmt.

Tja, du bist schon zu highlevel.
An beiden Enden nach dem Empfangspegel und der Signalqualität zu sehen 
geht nicht?
Irgend ein anderer AM-Empfänger in dem Bereich, der mal als Ohr dienen 
kann?

von Rainer W. (rawi)


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Chris schrieb:
> Ab 15:47 Uhr hab ich Testweise am Ende der Leiterbahn (also bei der
> letzten LED) einen 10uF Kerko angelötet (Hab leider keine größeren da).
> Der Carrier-Sense stieg dann sofort auf 80-90%.

Da fließen dann richtig dicke Umladeströme, falls dass die Leitung war, 
wo dass PWM-Signal drauf liegt.
Dann strahlt das Ding wenigstens auch noch breitbandig magnetisch ab.

Jens M. schrieb:
> und normalerweise werden die LEDs ja auch nur mit wenigen hundert Hz
> oder vielleicht wenigen kHz gedimmt, so das das Spektrum selbst bei
> vollem Pegel schon im Hörbereich aufhört

Unsinn, die Breite des Spektrums wird im hier interessierenden Bereich 
durch die Flankensteilheit bestimmt. Rechne dir mal das Spektrum von 
Rechteckpulsen aus.

: Bearbeitet durch User
von Jens M. (schuchkleisser)


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Rainer W. schrieb:
> Unsinn, die Breite des Spektrums wird im hier interessierenden Bereich
> durch die Flankensteilheit bestimmt.

Hm.
Ist es denn die Energie des Spektrums, die von der Signalfrequenz 
abhängt?
Denn der EMV-Mann will immer, das alles so langsam wie möglich läuft, 
weil hohe Frequenzen gern mal für hohen Störpegel sorgen. Und er meint 
nicht die Flankensteilheit, sondern "kannste nicht einen anderen 
Spannungsregler nehemen? Muss das 2,2MHz haben?"
Was versteh ich da falsch?

von Chris (chris372)


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Jens M. schrieb:
> An beiden Enden nach dem Empfangspegel und der Signalqualität zu sehen
> geht nicht?
> Irgend ein anderer AM-Empfänger in dem Bereich, der mal als Ohr dienen
> kann?

Nein, geht leider nicht. Hab gar nix mit dem ich da nachschauen könnte.
Ich hab jetzt mal eine Hand voll Kondensatoren bestellt. Mal schauen ob 
die was bringen.

von Kay-Uwe R. (dfias)


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Hast du etwa dieses Bus-Board OHNE durchgängige GND-Plane designt? Über 
Vcc/Vdd kann man streiten, hätte hier auch eine durchgängige Plane 
gewählt. Multilayer mit 4-Lagen plus etliche verteilte 100 nF und ein 
paar größere Cs. Multilayer kosten heutzutage nicht viel mehr, ersparen 
einem aber jegliche Diskussionen ums Routing und HF-Eigenschaften 
(Schirmwirkung, Kopplungen etc.).

von Chris (chris372)


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Kay-Uwe R. schrieb:
> Hast du etwa dieses Bus-Board OHNE durchgängige GND-Plane designt? Über
> Vcc/Vdd kann man streiten, hätte hier auch eine durchgängige Plane
> gewählt. Multilayer mit 4-Lagen plus etliche verteilte 100 nF und ein
> paar größere Cs. Multilayer kosten heutzutage nicht viel mehr, ersparen
> einem aber jegliche Diskussionen ums Routing und HF-Eigenschaften
> (Schirmwirkung, Kopplungen etc.).

Mit GND-Plane meinst du die ganze freie Fläche auf der Platine als 
Massefläche? Nein, sowas hab ich nicht gemacht.

Zwischen dem Raspberry und meiner Platine ist noch ein Adapterboard von 
Waveshare. Laut Schaltplan sind da alle GND miteinander verbunden.
https://www.waveshare.com/wiki/CM4-NANO-B

von Kay-Uwe R. (dfias)


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Chris schrieb:
> Mit GND-Plane meinst du die ganze freie Fläche auf der Platine als
> Massefläche? Nein, sowas hab ich nicht gemacht.
Mehr als nur die Freifläche, einen kompletten Layer für GND meine ich. 
Wäre wie eine dünne Metallplatte.
Ich kenne die drei aufgesteckten Boards aber nicht und kann nicht 
beurteilen,  was du dir mit diesem Kabelbaum nun einhandelst.
Gruß

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