Analiza awarii: moduł Wi-Fi / UART

Objawy i kody błędów

• Niestałe połączenie (rozłączenia po 30–120 s), wysokie PER, gwałtowne spadki przepustowości OTA.
• Resety modułu przy aktywacji grzałki/pompy lub podczas burstów UART (frame errors, overrun).
• Problemy z asocjacją na kanałach 1/6/11 w środowisku „gęstym”; wysoki CCA busy > 60%.
• Kody: E:WF-12 (assoc_drop), E:UART-24 (framing_overrun), W:RF-09 (cochannel_interf), W:PSU-04 (ripple_high), W:ANT-07 (return_loss_poor).

Stanowisko i metodyka

Analizator widma 2,4/5 GHz, sniffer 802.11 (radiotap), iperf3 AP↔DUT, miernik CCA busy, generator zakłóceń przewodzonych 150 kHz–30 MHz, oscyloskop 500 MHz, analizator logiczny 200 MHz (UART), VNA 1–3 GHz (S₁₁), komora 20/55 °C. Testy: OTA 512 kB, upload/downlink TCP, burst UART 1 MB/s, praca z mikrofalą 2,45 GHz i falownikiem BLDC (18–22 kHz), pomiar ripple i transientów 3,3 V.

Wyniki i obserwacje

1. Interferencje współkanałowe: przy kanale 6 i BW 40 MHz CCA busy osiągał 62–78%; PER 9–15%, przejścia na MCS0–MCS2; W:RF-09, następnie E:WF-12 w czasie OTA.
2. Antena i obudowa: antena ceramiczna za ekranem metalowym miała S₁₁=−6…−7 dB; RSSI pogarszał się o 8–12 dB w porównaniu z referencją. Po przeniesieniu anteny i dodaniu clearance 8 mm oraz dopasowaniu π (1–2 pF/1–3 nH) uzyskano S₁₁=−12 dB.
3. Ripple i brązowienia: przetwornica buck 400 kHz generowała ripple 95–140 mVpp i transjenty 280–420 mV przy TX burstach → moduł obniżał moc, sporadyczne resety; W:PSU-04.
4. UART FE/ORE: brak RTS/CTS i brak detekcji idle w DMA; przy paczkach > 2 kB i równoległym ruchu Wi-Fi pojawiały się FE/ORE 10–18/1000 ramek → E:UART-24.
5. Zakłócenia z napędu i mikrofali: praca falownika (18–22 kHz) oraz kuchenki mikrofalowej 2,45 GHz zwiększały PER o +4…+9 pp; widoczne „dziury” beaconów i skok RTT.

LOG START [WIFI-UART-25-384]
t[s]  RSSI[dBm] SNR[dB] PER[%]  MCS  CCA[%]  UART_err/1k  Ripple[mVpp] Flags
0     -52       18      0.9     7    14      0            22            OK
36    -74       6       9.8     1    62      3            104           W:RF-09
58    -77       5       11.6    0    71      12           118           E:UART-24
81    -69       9       3.1     3    33      0            48            RECOVER
126   -86       4       13.7    0    78      0            44            E:WF-12
LOG END

Hipotezy przyczynowe (ranking)

1. WSPÓŁKANAŁOWE RF/CCA: gęste środowisko 2,4 GHz (AP sąsiadów, mikrofala) → PER↑, spadek MCS (priorytet: wysoki).
2. ANTENA/UMIEJSCOWIENIE: ekranowanie i niedostrojenie → RSSI↓, S₁₁ słabe (wysoki).
3. RIPPLE ZASILANIA: nadmierne V_pp i transienty przy TX → restarty/derating (średni/wysoki).
4. UART/DMA: brak flow/idle detect → FE/ORE podczas burstów (średni).
5. EMI Z NAPĘDU: sprzęganie impulsów 18–22 kHz do linii UART i zasilania (średni).

Wycinek procedury serwisowej

1. RF: wymuś 20 MHz i kanał o najniższym CCA (1/6/11), włącz auto-rate limit (MCS≤5) przy SNR<8 dB; rozważ lock kanału poza mikrofalą (1/11).
2. Anteny: zapewnij clearance ≥ 8 mm od metalu; dostrój π (1–2 pF/1–3 nH); S₁₁ docelowo ≤ −10 dB @2,44 GHz; przewidź „okno RF” w obudowie.
3. Zasilanie: dodaj 100 nF + 4,7–10 µF (low-ESR) przy pinach modułu, LC 10 µH/47–100 µF na gałęzi 3,3 V; ripple < 50 mVpp; minimalizuj pętlę GND.
4. UART: włącz RTS/CTS, ustaw timeout znaku 2–4 bajty i detekcję linii bezczynnej w DMA; opcjonalnie obniż do 57600 podczas OTA.
5. EMI/ESD: rezystory 33–68 Ω szeregowo w liniach UART, TVS ESD do GND, ferryt 600 Ω@100 MHz w zasilaniu; skręć wiązki, prowadź masę gwiazdą.
6. Test końcowy: OTA 512 kB bez E:WF-12, PER ≤ 1,5%, RSSI ≥ −75 dBm, UART_err ≤ 1/1000, ripple ≤ 50 mVpp, S₁₁ ≤ −10 dB.