Защита RS-485 от радиоизлучение + экранировка, Проблема с зависанием устройства с интерфейсом RS-485 Опции

[drum1987]

Доброго времени суток!

Разрабатываем радиостанцию 30-108 Мгц, 10 Вт.
Столкнулись с проблемой: зависает пульт управления, подключенный через витую пару(в которой так же идет питание 12 В) длиной 0,5 м при длине антенны 0,8 м.
немного подробностей:
Пульт - тупое устройство выводящее на дисплей видеобуфер и отправляющее в радиостанцию код нажатой клавиши.
Пульт виснет только в момент передачи.
В протоколе передачи из контроля ошибок только CRC.
Интерфейс: RS-485.
Драйвер: MAX3485 (напряжение 3,3 В).
Скорость: 230 Кбит/с.
Плата двухсторонняя...чую при трассировке на счет ЭМС не замарачивались.
Корпус: алюминиевый с прямоугольным вырезом под дисплей диагональю 65 мм. электрически ни с чем не соединен.

Схема разрабатывалась сторонней организацией которая похоже не очень напрягалась по этому поводу:

питание никак не фильтруется, а идет прямиком на LDO 5->3,3 В.
Ни растяжки, ни фильтров....

Что пробовали делать и наблюдения:
1) Похоже что виснет из-за интерфейса, потому как при укорочении провода до 3 см виснуть перестает(при этом пульт физически находится у основания антенны, поэтому эксперимент не корректен.
2) При касании земли пульта незаземленным осциллографом - виснуть перестает.
3) По эпюрам напряжений - ничего страшного нет (если надо перемерю и выложу).
4) Пробовали ставить RC фильтры на A и B на 10 МГц - не помогло
5) Пробовали ставить на кабель ферритовые кольца с больними потерями на ВЧ как совместно с пунктом 4, так и без него - не помогло.
6) фильтровали питание - не помогло.
7) Пока писал - понял, что растяжку не пробовали...

Теперь настало время отказываться от услуг подрядчиков и делать все самим(не правда ли глупо сначала вбухать кучу денег чтоб родить урода, а потом самим опять переделывать...но это уже политика)
Посмотрел в интернете, поспрашивал коллег, и родилось несколько схем:
1 вариант:

Синфазный фильтр расчитан на подавление синфазной помехи на 40 дБ на частоте 30 МГц (как в реале будет не знаю).
Драйвер заменен на MAX3441 с питанием 5 В (Как я понял из даташита в нем внутри есть супрессоры). Питание повышено до 12 В, фильтруется через отдельный дроссель. 12->5 В конвертируется с помощью понижающего преобразователя.

Стоит ли замарачиваться с корпусом в качестве экрана(если стоит то как лучше его подключить) если плата теперь 4х слойная и Top и Bottom почти целиком - земляные полигоны, плата "прошита" переходными отверстиями:



2 вариант:

Теже яйца, только есть дроссель синфазный с сигнальными, и пропускающий через себя землю.

До настоящего момента подобные проблемы не решал, следовательно опыта нет совсем, так что сильно не пинайте.
Что можете посоветовать? Какое решение луче и что в нем нужно изменить/добавить? Как поступить с корпусом(экранированием)?

Пойду делать растяжку, о результатах отпишу.
Заранее благодарен за ответ, извините за многобукв...

[drum1987]

Отписываю по проделанной работе:

1) растяжка не помогла
2) осциллографом посмотрел - шумы на линиях данных не превышают 10% от общего уровня.(скрин к сожалению не снял)
3) экранирование самого пульта(засунул его в жестяной ящик с дыркой для провода) не помогло...продолжает виснуть
Примечательно то, что посылки от радиостанции в пульт перестают идти, хотя товарищи писавшие протокол(опять же из сторонней организации) говорять что согласно их программной реализации радиостанция тупо шлет посылки не ждя ответа и прочих подтвержданий...

попробуйте
1. экранированный кабель
2. разъемы с металлическим корпусом. экран кабеля на корпус (соединение как можно короче)

Сейчас все именно так и сделано...

Прежде чем бросаться что-то пере разводить хорошо бы понять что ломается?.

Отсюда у меня вопрос: Каким образом плохо сделанный РС485 может вешать вашу схему?

поэтому копать надо в другую сторону.
1. Может у вас стоит кроме ЦРЦ еще контроль четности передачи, но не стоит обработка и отбраковка плохих байтов, с помехами приходят не верные байты и система виснет
2. Может у вас входной провод рс 485 в аппаратуре идет рядом с чем либо, и является просто антеной передавая помехи которые что-то вешают.
3. Может у вас микросхема с детектором ошибок на линии, тогда надо определить что ей не нравиться, какое состоянии линии может ее вырубать. Но опять же в этом случае не может виснуть ваша схема, может прекращаться обмен, но не более того.

Из ошибок приведенной первой схемы рс485 я вижу отсутствие сигнального заземления. Несмотря на диференциальность РС485, симфазная помеха на линии ограничена, потому хорошо бы
уровень земли приемника и передатчика сровнять, для этого прокладывают линию сигнального заземления с резисторами между приемником и передатчиком.

Для устранения ошибок, кабель заворачивают в экран, и через конденсаторы вешают на корпуса приборов, в 1 точке землят на прямую.

Честно говоря, я не могу сказать повисло устройство или нет...ПО для пульта писал не я, и возможности мониторить состояние МК там не предусмотрено. Из видимого просто замирает картинка на дисплее(но так как этот видеобуфер целиком получен из RS-485 и тупо выведен) но это не дает оснований считать что МК повис...он может и работает, а вот данные не идут.

Интересна мысль про микросхему с детектором ошибок на линии...как узнать у меня с детектором или нет(в даташите это как называется)?

По первой схеме забыл добавить, что InGND (входная земля) и GND (земля пульта) соединяются друг с другом в месте крепления к корпусу винтом (в 3 см от места впайки разъема).

Про экранирование читал здесь http://www.bookasutp.ru/Chapter3_5.aspx#ShieldingMethods . Написано что через конденсатор и в одной точке заземляют когда частоты помех до 1 МГц, а для более ВЧ помех. заземление делается напрямую во многих точках. Может там и не правильно?

Здравствуйте.

Несколько раз сталкивался с подобными эффектами.

1. В CB-радиостанции MejaJet MJ-555. Пульт управления вынесен в тангенту, и достаточно часто в момент передачи происходило зависание станции. Да и сама по себе, при прослушивании эфира периодический подвисала. На тот момент разбираться особо не стал, и просто заменили радейку на другую модель. Но беглое изучение ситуации показало, что провод от рации до тангенты используется совсем не экранированный. Питание на контроллер идет прямиком из провода, без стабилизаторов и фильтров.

2. Делали небольшое устройство, которое получало питание 12В по кабелю длиной метров 10, и там-же была витая пара для RS-485. Внутри корпуса датчик с обвязкой, контроллер и схемка питания на КРЕНке. Контроллер оцифровывал сигнал с дачика и передавал данные для верхнего уровня по 485ому интерфейсу.
Так вот, при испытаниях на реальном объекте столкнулись с тем, что сигнал с датчика сильно искажался при использовании служебной радиостанции обслуживающим персоналом.
Т.Е. в моменты передачи носимой радиостанции диапазона 160МГц, возникали ложные показания с прибора.

При разбирательстве на столе в лаборатории выяснили, что при использованнии носимой радейки P=5Вт-10Вт, в непосредственной близости от различных устройств возникают всякие интересные эффекты ))) В момент передачи происходи зависание и перезагрузка некоторых моделей УСБ-модемов, зависают и сбиваются конвертеры интерфейсов типа Moxa U-Port 1150 и т.п. Дают ложное срабатывание разные охранные датчики (объемники, разбития стекла).

Как оказалось в нашем устройстве, достаточно сильно "шумела" КРЕНка - пульсации были достаточно большими, а в моменты работы передачика станции возникала просадка на выходе. Так-же не совсем правильно был посчитан фильтр на ОУ - сигнал помехи на входе, давал достаточно сильное искажение выходного сигнала (т.к. Ку > 1000).
После устранения этих недочетов, влияние радиостанции на работу схемы снизилось до приемлемого уровня.

Ах да, с зависаниями контроллера сталкваться не приходилось. Питание изначально качественно разводми, используем бусинки типа BLMххх, защищаемся различных воздействий супрессорами и т.п.

У нас очень похожая ситуация...сегодня более детально изучу вопрос питания. А какую КРЕНку использовали до и после?

[Ruslan1]

если это не проблема питания (скажем, просад питания и незапланированный сброс устройства в неинициализированное состояние), то это проблемы софта: при любой ошибке в канале связи устройство работает некорректно.
То есть Вы не с той стороны борьбу начали.
1. Выясните у разработчиков программного обеспечения пульта, что происходит если принята непонятная команда (и контролируют ли они это вообще)
2. Выясните у разрабоччиков ПО центрального мозга: что происходит если от пульта получены непонятные данные или не получено подтверждение после передачи.

Я видел достаточно много разработчиков софта, которые:
1. Вообще не думают о существовании ошибок в линии связи. То есть не контролируют валидность информации вообще. Даже если сторонняя викросхема передает это поле в пакете, то ничего не проверяется.
2. Производят неполную разборку кода команды, а действуют по принципу "если ждем два кода, и это не первый, то значит это второй", не допуская возможности, что вместо "первого" может передаваться не "второй", а мусор.
3. Просто не думают и не планируют поведение устройства в случае возникновения нештатной ситуации (возникают бесконечные циклы ожидания потерянного байта, например).

Про мусор и оптимизацию усилий: как-то разрабатывал в прибор плату, на которой линии связи шины SPI нагребали очень много помех, настолько много, что присоединенные АЦП воспринимали это иногда как команду на инициализацию (У Аналог девайса есть фича- ресетнуться если много клоков висит 1 на приемной ноге). Переходу на многослойку и усложненную схемотехнику с применением другого корпуса предпочли программный контроль валидности всех управляющих регистров АЦП перед каждым преобразованием и после него. Работает безупречно, а сколько финансовых ресурсов было сэкономлено- приятно вспомнить (кой-что в виде премии досталось