ต้องการความช่วยเหลือในการขจัดเสียงรบกวนที่สร้างจาก LED

ฉันใหม่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, ไปยัง electronics.SE.com และนี่เป็นโครงการแรกของฉันดังนั้นโปรดอดทนกับฉันหากคำถามของฉันขาดข้อมูลสำคัญบางอย่าง (ในกรณีเช่นนี้เพียงแสดงความคิดเห็นและฉันจะพยายามเพิ่มสิ่งที่ขาดหายไป บิต)

ฉันได้สร้างอุปกรณ์ที่ควบคุม LED ประมาณ 500 LED มากกว่า 106 ช่องสัญญาณที่แตกต่างกัน การออกแบบอย่างมีนัยสำคัญคือ:

• 1 สลับแหล่งจ่ายไฟ 24V 3A
• 1 ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่ส่งสัญญาณออก 5V
• 1 บอร์ดควบคุมที่ใช้ AVR ATmega168 (เชื่อมต่อกับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า)
• 106 LED สตริง (เชื่อมต่อกับรางไฟ 24V)
• 7 TLC5940 (16 ช่องสัญญาณแต่ละอัน) จมไดรเวอร์สำหรับสายไฟ LED (สิ่งเหล่านี้จะเก็บส่วนที่เหลือของ 24V จาก LED ของ แต่ตรรกะของพวกเขามาจากตัวควบคุม 5V)

ทุกอย่างทำงาน ish แต่ฉันกำลังประสบปัญหาหนักกับเสียงที่บางครั้งเรียกการตั้งค่าที่ไม่คาดคิดของอุปกรณ์ของฉัน

ขอบคุณเพื่อนที่มี DSO ฉันสามารถตรวจสอบเรื่องนี้ได้และสิ่งเหล่านี้เป็นข้อค้นพบของฉัน ...

เสียงดังอยู่บนรางไฟ 5Vและค่อนข้างใหญ่โดยรวมแล้วการสวิงโดยรวมอยู่ที่ 2.55V ช่อง SPI นั้นไม่ได้รับผลกระทบเลย:

เสียงรบกวนเกิดขึ้นจากไฟ LEDไม่ใช่โดย SPI ที่ส่งข้อมูล (ไม่มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างช่อง SPI ใด ๆ กับเสียงรบกวน) ในวิดีโอนี้(ขออภัยไม่สามารถหาวิธีฝังได้ที่นี่) คุณจะเห็นว่าจำนวนของ LED ที่มีผลต่อความกว้างของเสียงในขณะที่ความเข้มของพวกเขา (ควบคุมผ่าน PWM) มีผลต่อความยาวของเสียง " burst "[รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับคำอธิบายวิดีโอใน youtube]

ความถี่ของสัญญาณรบกวนคือ ~ 8MHzซึ่งเป็นความถี่ที่ฉันไม่ได้ใช้ (อย่างน้อยก็ไม่ชัดเจน) เนื่องจากบอร์ดคอนโทรลเลอร์ของฉันทำงานที่ 16MHz และ SPI ของฉันที่ 250KHz

ในขณะที่ทำการทดลองของฉันฉันรู้ว่า DSO หยิบเสียงดังขึ้นแม้ว่าจะเชื่อมต่อกับกราวด์เทอร์มินัลของโพรบเท่านั้น ผมเข้าใจว่านี่เป็นสัญญาณว่าเสียงไม่ได้เกิดจากความไม่แน่นอนของฟีด 5V ๆ แต่กับผู้ที่มีศักยภาพการสั่นของระดับพื้นดิน ฉันถูกไหม?

เป็นเรื่องใหม่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และขาดความรู้ที่เป็นทางการในสาขานี้ฉันได้ลองใช้วิธีแก้ปัญหา "จากอินเทอร์เน็ต" เป็นที่ยอมรับโดยไม่เป็น 100% พวกเขาเข้าใจในสถานการณ์ทั้งหมด ในบรรดาคนอื่น ๆ ที่ฉันพยายาม:

• เพื่อสร้างฟิลเตอร์ low-pass โดยใช้ตัวต้านทาน 1Kohm และตัวเก็บประจุ 100nF และวางไว้บนรางไฟ 5V แต่เสียงไม่ได้เปลี่ยนไปมากนัก
• เพื่อแยกรางไฟ 5V ที่มีตัวเก็บประจุที่แตกต่างหลากหลายรวมถึงตัวแทนทาลัมบางตัว [เรทติ้งหลากหลาย] (ไม่มีเอฟเฟกต์ที่มองเห็นได้)
• เพื่อแยกสายดิน (ทำให้ DSO ไปกล้วย)
• กับกราวด์ LED, บอร์ด TLC และ DSO ไปยังส่วนต่าง ๆ ของวงจรของฉันรวมถึงเป็น "ไกล" ที่สุด (เช่นการเชื่อมต่อพวกเขาด้วยสายแยกไปยังพอร์ตกราวด์ของ 24V PSU เพื่อหลีกเลี่ยงการวนลูปกราว) ... แต่ ในกรณีนี้ฉันไม่มีโชค

อาจเป็นไปได้ว่าฉันทำตามวิธีข้างต้นผิด (เช่นวิธีแก้ปัญหาเป็นข้อใดข้อหนึ่งข้างต้น แต่ฉันนำไปใช้ผิด)ดังนั้น - ถ้าคุณรู้สึกว่าวิธีการแก้ปัญหาเป็นข้อใดข้อหนึ่งข้างต้นอย่าลังเลที่จะบอก มันอาจให้ทิศทางแก่ฉันเกี่ยวกับวิธีการใช้ "ถูกต้อง"

หมายเหตุสุดท้าย: เนื่องจากขนาดทางกายภาพของโครงการของฉันฉันทำการทดสอบทั้งหมดโดยใช้หนึ่งในบอร์ด TLC ของฉันเท่านั้นที่ฉันลบออกจากแท่นขุดอย่างระมัดระวังและใช้ LED ทดสอบของแต่ละคนขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายไฟ 5V อย่างไรก็ตามการทดสอบที่แม่นยำน้อยกว่าบนแท่นขุดน้ำมันเต็มแสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมใน "ของจริง" สอดคล้องกับการอ่านการทดสอบ

ขอบคุณล่วงหน้าสำหรับเวลาและการสนับสนุนของคุณ!

ผู้ร้ายไม่ใช่ไฟ LED เองมันไม่เป็นอันตราย แต่ TLC5940s ซึ่งเปลี่ยนความถี่สูงเพื่อควบคุมความสว่าง LED ผ่าน PWM คุณไม่สามารถกรองเอาต์พุต PWM (คุณสามารถทำได้ แต่จากนั้นการควบคุมความสว่างจะไม่ทำงานอย่างถูกต้องอีกต่อไป) ดังนั้นจึงออก แต่คุณสามารถลองทำบางอย่างเกี่ยวกับการแยกจ่ายไฟ ไม่รับประกันว่าจะใช้งานได้ความจริงที่ว่าโพรบของขอบเขตรับสัญญาณที่ไม่เชื่อมต่อบ่งชี้ว่าอาจมีการแผ่รังสี แต่ก็คุ้มค่าที่จะลอง
แยก TLC5940s ออกอย่างถูกต้อง พวกเขาต้องให้พลังงานจำนวนมากดังนั้นนั่นหมายถึง 100 F, 1 F และ 100nF ขนานทั้งหมดบนแหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์แต่ละตัวค่าที่เล็กที่สุดใกล้กับหมุด แยกการจ่ายไฟ 5V ของคุณไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์อย่างถูกต้อง: $\mu$$\mu$

คุณใช้แหล่งจ่ายไฟ 24 V จริง ๆ กับ TLC5940 หรือไม่เมื่อหน้าแรกของแผ่นข้อมูล TLC5940ระบุอย่างชัดเจนว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดสัมบูรณ์บนหมุดเอาต์พุตอยู่ในระดับ +18 V หรือไม่

2.55 Vpp noise บนรางไฟ 5 V ของคุณ? มันแย่มากที่ทำให้ฉันสงสัยว่าบางทีมันอาจจะไม่ใช่ของจริง - บางทีรางไฟ 5 V ของคุณก็โอเค แต่มีบางอย่างที่ทำให้สนามแม่เหล็กแรงจนลวดจากขอบเขตของ 'โพรบขอบเขตของคุณ' ทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศ กำลังรับ 2.55 Vpp ของเสียง

ถ้าฉันเป็นคุณขั้นตอนต่อไปของฉันจะเป็น:

1. ใช้แหล่งจ่ายไฟน้อยกว่า "17 V MAX Vo" ที่กล่าวถึงในหน้า 3 ของแผ่นข้อมูล TLC5940 - แหล่งจ่ายไฟ 12 VDC และ 15 VDC ค่อนข้างธรรมดา
2. ลองลดเสียงรบกวนแม่เหล็กโดยจัดเรียงสายไฟใหม่
3. เพิ่มตัวกรองเพิ่มเติมไปยังตัวควบคุม 5V
4. อ่านอย่างละเอียดและลองใช้เคล็ดลับหลีกเลี่ยงเสียงรบกวน

เสียงแม่เหล็ก

วนหมุนเวียนสูงของคุณเริ่มต้นจากแหล่งจ่ายไฟ +12 VDC ไปจนถึงปลายด้านหนึ่งของโซ่ไฟ LED, ผ่านสายโซ่ LED ไปยังหมุดอินพุต TLC, หมุดพินดิน TLC, กลับไปยังขั้วต่อ GND ของแหล่งจ่ายไฟและ ออกขั้วต่อ +12 VDC อีกครั้ง สนามแม่เหล็กที่เกิดจากลูปนี้คือพื้นที่ของลูปนี้ (ซึ่งคุณสามารถควบคุมได้โดยการจัดเรียงสายไฟต่างกัน) คูณด้วยกระแสของลูปนี้ (ซึ่งคุณสามารถควบคุมได้เล็กน้อย)

พยายามลดพื้นที่ของวงนี้ พิจารณาแบ่งลูปนี้เป็น 2 ส่วน:

Low frequency loop: คู่ตัวนำในสายเคเบิลที่วิ่งจากแหล่งจ่ายไฟไปยังตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ใกล้กับชิป TLC มากขึ้นหรือน้อยลงเชื่อมต่อตัวเก็บประจุนั้นโดยตรงกับขั้วต่อ +12 VDC และ GND บนแหล่งจ่ายไฟ GND ของชิป TLC เชื่อมต่อกับปลายด้านหนึ่งของตัวเก็บประจุด้วย (อาจเป็นหมวกขนาดใหญ่ 470 ยูเอฟพร้อมกับฝาเซรามิก 10 ยูเอฟ)

High frequency loop: สายตัวนำคู่บิดในสายเคเบิลที่วิ่งจากชิป TLC ไปยังสายโซ่ LED เชื่อมต่อเอาท์พุทชิป TLC กับตัวต้านทานขนาดเล็ก (อาจจะ 10 โอห์ม?) และเชื่อมต่อปลายอีกด้านของตัวต้านทานนั้นเข้ากับตัวนำตัวนำของคู่บิด เชื่อมต่อตัวนำอื่น ๆ ของคู่ด้าน +12 VDC ของตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ใกล้กับชิป TLC

ดังที่ศัลยแพทย์ศัลยแพทย์ชี้ให้เห็นตัวกรองความถี่ต่ำอาจช่วย:

• RC low-pass filter: ตัวเก็บประจุขนาดเล็กมากจากสายเคเบิลของตัวต้านทานขนาดเล็กไปยัง GND อาจช่วยได้ แต่ตัวเก็บประจุที่ใหญ่เกินไปจะทำให้การมอดูเลต PWM ไม่เป็นระเบียบ
• ferrite low-pass filter: ferrite choke รอบสายเคเบิลทั้งหมดหรือ 2 ferrite beads หนึ่งรอบแต่ละตัวนำของคู่บิดเบี้ยวหรือทั้งสองอย่างอาจช่วยได้

เนื่องจากอาจดูเหมือนว่า TLC ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับ +12 VDC มันเป็นเรื่องง่ายที่จะวางสายในลักษณะที่ก่อให้เกิดการวนซ้ำที่แย่ที่สุดที่เป็นไปได้: ลวด "+12 VDC" แยกต่างหากจากแหล่งจ่ายไฟ 12 VDC ไปที่ด้านบนของห่วงโซ่ไฟ LED ที่มีพื้นที่เพียงพอสำหรับผู้ชายที่จะยืนระหว่างลวดนั้นและเส้นทางกลับ (เส้นทางกลับผ่านโซ่ LED จากนั้นด้านล่างของห่วงโซ่ไฟ LED ไปยัง TLC และจากพื้นดินของ TLC ปักหมุดกลับไปที่แหล่งจ่ายไฟ) โดยมีพื้นที่วนเป็นตารางเมตรทำให้เกิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กจำนวนมาก

(อาจเป็นไดอะแกรมที่นี่จะทำให้ชัดเจน ... )

กรองควบคุม

แหล่งจ่ายไฟมีความสามารถในการจัดการกระแสที่มากนี้หรือไม่? อาจเป็นสายเคเบิลที่ยาวระหว่างแหล่งจ่ายไฟและส่วนที่เหลือของระบบที่ไม่สามารถรองรับพัลส์ไฟกระชากที่รวดเร็วหรือไม่?

อาจจะมีการแกว่งใหญ่ในสาย +12 VDC อาจจะถูกรวมเข้ากับเครื่องปรับความดัน 5V เพราะมี CMRR ไม่เพียงพอหรืออาจจะถึงแม้จะมีสาย +12 VDC ที่ถูกดึงต่ำจนเครื่องควบคุม 5V "ตก" ต่ำพอที่จะรีเซ็ตอุปกรณ์อื่น ๆ ?

ฉันจะไปทดสอบอย่างรวดเร็วก่อน: ขับ + ตัวควบคุม 5V ของคุณจากแหล่งจ่ายไฟที่สอง (พูด, +10 V แหล่งจ่ายไฟ) เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จากแหล่งจ่ายไฟ +12 V ขับไฟ LED ของคุณยกเว้น GND ที่เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ .

หากแหล่งจ่ายไฟตัวที่สองดูเหมือนว่าจะแก้ไขปัญหาอาจกรองตัวควบคุมเพิ่มเติมจะช่วยให้ระบบที่จะออกจากแหล่งจ่ายไฟเดียว: บางทีคุณอาจจะต้องเพิ่มตัวต้านทานขนาดเล็กและไดโอดในเส้นทางจาก +12 VDC ไปยังขา Vin ของหน่วยควบคุม . อาจเพิ่มตัวเก็บประจุเพิ่มเติมหรือใหญ่กว่าจาก Vin pin ของเครื่องควบคุมไปยัง GND

หมวกแยกชิ้นที่ดีที่สุด

ถ้าคุณรู้ว่าความถี่เสียงนั้นคืออะไรแคปตัวแยกสัญญาณที่ดีที่สุดที่จะปราบปรามนั่นคือแคปที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำสุดที่ความถี่เหล่านั้น ( ความต้านทานที่แท้จริงของตัวเก็บประจุทางกายภาพที่ความถี่เหล่านั้นไม่ใช่ความต้านทานทางทฤษฎีที่คำนวณโดย 1 / jwC) คุณใช้ "แผนภูมิความต้านทาน vs ความถี่" ที่มีลักษณะดังนี้:

(จาก Tamara Schmitz และ Mike Wong "การเลือกและการใช้ตัวเก็บประจุบายพาส" )

แผนภูมิดังกล่าวแสดงให้เห็นเสมอว่าที่ความถี่ต่ำมากค่าความจุขนาดใหญ่จะดีที่สุด ที่ความถี่สูงมากแพ็คเกจขนาดเล็กที่ดีที่สุด

จริงแผนภูมิสมรรถภาพ-VS-ความถี่อยู่ในหน้า 61 ของแคตตาล็อก Murata ชิปเสาหินตัวเก็บประจุแบบเซรามิก

เสียงของคุณไม่สุ่มและดูเหมือนว่าจะดัง

• ได้อย่างมีประสิทธิภาพวงจรเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นความถี่สูงที่มีการเพิ่มขึ้น / ลดลงอย่างรวดเร็วไปยังสายเคเบิลอุปนัยที่มีความจุของไฟ LED ปิดในตอนท้าย

• สายเคเบิลมีการเหนี่ยวนำในช่วง nanohenry, microhenry

• ค่าความจุประมาณ pF ต่อ LED

ดังนั้นข้อเสนอแนะคำตอบสามารถเพิ่มตัวกรอง Low-Pass ระหว่างเอาต์พุต PWM และโหลด