ทำความเข้าใจกับการเดินสาย AVCC pin บน ArduinoLeonardo (ตัวกรอง low-pass?)

Arduino Leonardo มีความแตกต่างที่น่าสนใจกับบอร์ดก่อนหน้านี้: ขา AVCC ของ ATMEGA32U4 เชื่อมต่อกับ + 5V ผ่านลูกปัดเฟอร์ไรต์ MH2029-300Yและ GND ผ่านตัวเก็บประจุ 1uF

ใน ArduinoUno และ ArduinoMega2560 พินนี้เชื่อมต่อกับ VCC ตามแผ่นข้อมูล atmel พินนี้ควรเชื่อมต่อกับตัวกรอง Low-Pass เมื่อมีการใช้การแปลง ADC

Arduino Leonardo schema

นี่เป็นตัวกรองความถี่ต่ำหรือไม่ ถ้าใช่มันทำงานอย่างไร คุณจะเรียกวงจรประเภทนี้ว่าอย่างไร? คุณเป็นนายแบบมันได้อย่างไร?

ตัวเหนี่ยวนำบวกตัวเก็บประจุเป็นตัวแบ่งแรงดันขึ้นอยู่กับความถี่

$\dfrac{V_{OUT}}{V_{IN}} = \dfrac{Z_C}{Z_C + Z_L}$

$Z_L$$Z_C$$Z_L$$Z_C$

อย่างไรก็ตามตัวเหนี่ยวนำที่ใช้นั้นไม่ใช่ตัวเหนี่ยวนำที่ดี เป็นตัวยับยั้ง EMI ความถี่สูงโดยมีเป้าหมายที่ความถี่นับสิบ MHz (ประเภทที่ใช้มีความต้านทาน 30 Ωที่ 100 MHz)

เส้นโค้งความต้านทานแสดงความชัน 0.5 Ω / MHz ดังนั้นที่ 100 Hz ส่วนความเหนี่ยวนำของปฏิกิริยาเหนี่ยวนำจะเล็กน้อย

สิ่งที่จำเป็นจริง ๆ ก็คือการปราบปรามเสียงความถี่ต่ำเช่น 100 Hz ระลอกจากแหล่งจ่ายไฟ จากนั้นตัวเหนี่ยวนำนี้ก็ไร้ประโยชน์และมันก็เหมือนแค่มีตัวเก็บประจุ

สำหรับตัวเหนี่ยวนำความถี่ต่ำอาจมีขนาดใหญ่เกินจริงจากนั้นตัวต้านทานแทนตัวเหนี่ยวนำจะเป็นทางเลือกที่ดีกว่า แผ่นข้อมูลกล่าวว่า AVCC ไม่ควรต่ำกว่า VCC - 0.3 V แต่ฉันไม่สามารถหาจำนวน AVCC ที่ใช้ในปัจจุบัน นั่นจะไม่มากพูด 10 µA สูงสุด ความถี่ตัดของตัวกรอง RC คือ

$f_C = \dfrac{1}{2 \pi RC}$

ดังนั้นถ้าเราใช้ตัวต้านทาน 15.9 kΩกับตัวเก็บประจุ 1 µF เราจะมีความถี่คัตออฟความถี่ 10 Hz และการตอบสนองความถี่จะเป็นดังนี้:

ค่า 10µA ถึง 15.9 kΩลดลง 159 mV ดังนั้นมันจึงอยู่ในสเป็ค ระลอกคลื่น 100 เฮิร์ตจะถูกลดทอนลง 20 เดซิเบลนั่นคือ 1:10 ซึ่งไม่มากนัก แต่ VCC น่าจะถูกแยกออกอย่างเหมาะสมแล้วดังนั้น 20 เดซิเบลจึงเป็นพิเศษ สัญญาณรบกวนที่สูงกว่า 1 kHz จะลดลงอย่างน้อย 40 dB ซึ่งเป็นปัจจัย 1: 100

คำตอบที่ดีจริงๆ ฉันใช้คือเป้าหมายของตัวกรอง LC ไม่ได้กรองระลอกคลื่นของแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งทำได้ดีที่สุดกับฝาปิดแบบแข็ง (ESR ต่ำ) บนสายไฟ / เครื่องบินและเลือกส่วนควบคุมที่เหมาะสมเพื่อเริ่มต้นด้วย นอกจากนี้หากคุณจ่ายพลังงาน Arduino ของคุณจากพอร์ต USB เสียงที่เกิดจากคลื่นความถี่ต่ำจะไม่ได้รับผลกระทบ cheapo wall wart เป็นตัวสลับในช่วงสิบถึงหลายร้อย KHz และจะมีเสียงรบกวนทางไฟฟ้า รางไฟดิจิตอลควรช่วยได้

สิ่งที่ตัวกรอง LC L / P กำลังทำคือการลบขอบคมของสัญญาณดิจิตอลซึ่งหาทางไปสู่สายไฟฟ้าดิจิตอลและหากเชื่อมต่อโดยตรงกับพิน AVCC จะหาทางเข้าไปในวงจรการแปลง A / D

เหตุผลที่บอร์ดไม่สามารถบู๊ตได้ด้วยตัวต้านทานที่มีขนาดใหญ่กว่า (ในวงจร RC) คือ PLL ในส่วน ATMega เป็นวงจรแอนะล็อกและใช้หมุด AVCC เดียวกับตัวแปลง A / D และไม่ได้รับพลังงานเพียงพอ . บางทีมันอาจไม่ได้ใช้พินทั้งสองแบบในส่วนเดียวกัน แต่ไม่มีความแตกต่างในแผ่นข้อมูล (ทั้งคู่เรียกว่า AVCC) เลย์เอาต์ที่ชาญฉลาดมันเป็นความเจ็บปวดที่มีหมุด 24 และ 44 เป็นตัวที่ไปที่ AVCC เนื่องจากอยู่ด้านตรงข้ามของชิปและใครจะรำคาญที่จะอุทิศแผนพลังงานทั้งหมดให้กับพวกเขา? คุณจบเส้นทางสัญญาณในส่วนที่อาจมีจุดแวะทั้งสองด้าน ฯลฯ เจ็บปวด แผ่นข้อมูลกล่าวถึงความเป็นจริงที่น่าเกลียดนี้แทบจะไม่เหมือนว่าขาพิเศษเป็นความคิดที่สองของ ATMEL

อย่างไรก็ตามสัญญาณรบกวนเหล่านี้ออกมาจากตัวประมวลผลเองเมื่อสวิตช์ภายในและพวกเขาไม่ได้ทำร้ายตรรกะดิจิตอล แต่พยายามที่จะได้รับความแม่นยำแบบอนาล็อก 10 บิตใช้ความพยายามด้านพลังงานมากขึ้น ขอบของเสียงรบกวนดิจิตอลนั้นอาจอยู่ในกรอบเวลานับสิบ nS (100 Mhz-ish) ดังนั้นตัวกรองที่มีคุณสมบัตินี้จะทำงานได้ค่อนข้างดี หากคุณทำงานผ่านตัวเลขการใช้ AVCC = 5V และ 10 บิตของ A / D แต่ละ LSB จะอยู่ที่ประมาณ 5 mV ดูเหมือนว่าคุณจะต้องมีน้อยกว่าครึ่งซึ่งเป็นกฎง่ายๆที่จะมีเสียงรบกวน "ต่ำ"

แผ่นข้อมูล MH2029-300Y แสดง 20 โอห์มที่ 100 Mhz ถ้าผู้ชายที่ลองใช้ตัวกรอง RC ตั้งความถี่ที่ 1 Mhz มันน่าจะทำงานได้ดีขึ้นเพราะเขาสามารถเลือกตัวต้านทานที่เล็กกว่าได้ บางอย่างเช่นตัวต้านทาน 22 โอห์ม (เพื่อให้ตรงกับความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำที่ 100 Mhz) และหมวก. 01uF จะมีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็กพอที่จะลดลงเนื่องจากการโหลดอินพุต (45uA x 22 โอห์ม = 1 mV หรือมากกว่านั้น) เขาจะลดลง 40 เดซิเบลในความถี่ที่น่าสนใจ

ฉันจะไม่วางเดิมพันผ่านเลย์เอาต์ แต่ถ้าชิ้นส่วนมีรอยเท้าฉันอาจให้มันยิง (เลือก 0805 footprint สำหรับทั้งสอง?) แต่ด้วยตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วน $ 0.10 จาก Mouser ทำไมไม่ยึดติดกับมัน ?

ใช่มันเป็นตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำ เฟอร์ไรต์บีดเป็นส่วนประกอบที่เหนี่ยวนำให้เกิดการสูญเสียซึ่งทำหน้าที่คล้ายตัวต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่โดยมี L ที่ความถี่ต่ำและ R มีอำนาจเหนือที่ความถี่สูง ตัวเก็บประจุจะสับเปลี่ยนความถี่ที่สูงขึ้นไปที่พื้น เมื่อรวมกันแล้วจะสร้างตัวกรอง LC ที่มีค่า Q ต่ำซึ่งไม่ได้สัมผัสกับค่าสูงสุดของเรโซแนนท์ชาร์ป (ตราบใดที่จุดตัดอยู่ในบริเวณต้านทานของเม็ดบีด) ที่อาจทำให้เกิดปัญหาในตัวกรอง LC มาตรฐาน
อย่างไรก็ตามสตีเว่นตั้งข้อสังเกตว่าส่วนนี้ไม่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอพพลิเคชั่นนี้เนื่องจากเป็นส่วนที่มีความถี่สูงและ ADC ค่อนข้างมีความถี่ต่ำ มันจะใช้ในบางสิ่งที่ต้องมีการกรองที่ความถี่สูงกว่ามากเช่นการออกแบบ FPGA, ADC ความถี่สูงเป็นต้น