Cần giúp đỡ để loại bỏ tiếng ồn do LED tạo ra

Tôi rất mới với điện tử, điện tử.SE.com và đây là dự án đầu tiên của tôi, vì vậy hãy hỏi tôi nếu câu hỏi của tôi bỏ lỡ một số thông tin chính (trong trường hợp đó, chỉ cần để lại nhận xét và tôi sẽ cố gắng thêm phần còn thiếu chút ít).

Tôi đã chế tạo một thiết bị điều khiển khoảng 500 đèn LED trên 106 kênh khác nhau. Thực chất thiết kế là:

• 1 công tắc nguồn 24,3
• 1 bộ điều chỉnh điện áp đầu ra 5V
• 1 bảng điều khiển chạy AVR ATmega168 (được kết nối với bộ điều chỉnh điện áp)
• 106 dây LED (kết nối với đường ray điện 24V)
• 7 trình điều khiển chìm TLC5940 (mỗi kênh 16 kênh) cho các chuỗi LED (các trình điều khiển này chìm phần còn lại của 24V từ đèn LED, nhưng logic của chúng được cung cấp từ bộ điều chỉnh 5V).

Mọi thứ đều hoạt động bình thường nhưng tôi đang gặp vấn đề nặng nề với tiếng ồn đôi khi gây ra thiết lập lại bất ngờ cho thiết bị của mình .

Nhờ một người bạn có DSO, tôi đã có thể điều tra vấn đề và đây là những phát hiện của tôi ...

Tiếng ồn là trên đường ray điện 5V và nó khá lớn, tổng thể xoay là 2.55V. Các kênh SPI đều không bị ảnh hưởng:

Tiếng ồn dường như được tạo ra bởi đèn LED , chứ không phải bởi dữ liệu truyền SPI (không có mối tương quan rõ ràng giữa bất kỳ kênh SPI nào và nhiễu). Trong video này (xin lỗi, không thể tìm cách nhúng nó vào đây) bạn có thể thấy rằng số lượng đèn LED BẬT ảnh hưởng đến biên độ của tiếng ồn, trong khi cường độ của chúng (được điều khiển qua PWM) ảnh hưởng đến độ dài của tiếng ồn " "" chi tiết hơn về mô tả video trên youtube].

Tần số của nhiễu là ~ 8 MHz , là tần số tôi không sử dụng (ít nhất là không rõ ràng), với điều kiện là bảng điều khiển của tôi chạy ở 16 MHz và SPI của tôi ở 250KHz.

Trong khi thực hiện các thí nghiệm của mình, tôi nhận ra rằng DSO đã thu được tiếng ồn ngay cả khi chỉ có đầu nối đất của đầu dò được kết nối. Tôi giải thích điều này như một dấu hiệu cho thấy tiếng ồn không phải do sự bất ổn của nguồn cấp 5V, mà là do khả năng dao động của mặt đất . Tôi có đúng không

Hoàn toàn mới đối với thiết bị điện tử và thiếu kiến ​​thức chính thức trong lĩnh vực này, tôi đã thử một số giải pháp "từ Internet", thừa nhận mà không phải 100% chúng hoàn toàn có ý nghĩa trong kịch bản của tôi. Trong số những người khác tôi đã thử:

• để xây dựng bộ lọc thông thấp sử dụng điện trở 1Kohm và tụ điện 100nF và đặt nó trên đường ray nguồn 5V, nhưng nhiễu không thay đổi nhiều về biên độ.
• để tách đường ray 5V bằng nhiều loại tụ điện khác nhau bao gồm một số tụ điện [xếp hạng khác nhau] (không có hiệu ứng rõ ràng)
• để tách dòng trên mặt đất (làm cho DSO đi chuối)
• để nối đất cho đèn LED, bảng TLC và DSO đến các phần khác nhau trong mạch điện của tôi, bao gồm cả "lùi xa" nhất có thể (nghĩa là kết nối chúng với các dây riêng biệt với cổng nối đất của 24V PSU để tránh các vòng trên mặt đất) ... nhưng cũng trong trường hợp này tôi đã không gặp may mắn.

Cũng có thể là tôi đã làm sai ở trên (nghĩa là giải pháp là một trong những điều trên, nhưng tôi đã thực hiện sai) vì vậy - nếu bạn cảm thấy giải pháp là một trong những điều trên, đừng ngần ngại nói nó, có thể cho tôi một số hướng về cách thực hiện nó "đúng".

Lưu ý cuối cùng: do kích thước vật lý của dự án của tôi, tôi đã thực hiện tất cả các thử nghiệm chỉ bằng một trong các bảng TLC mà tôi đã tháo cẩn thận khỏi giàn khoan và sử dụng một số đèn LED thử nghiệm riêng lẻ được cung cấp bởi nguồn 5V. Tuy nhiên, các thử nghiệm ít chính xác hơn trên toàn bộ giàn khoan cho thấy hành vi trong "vật thật" phù hợp với các bài đọc thử.

Cảm ơn trước thời gian và sự hỗ trợ của bạn!

$\mu$$\mu$

Bạn có thực sự sử dụng nguồn điện 24 V với TLC5940 không, khi trang đầu tiên của biểu dữ liệu TLC5940 nêu rõ điện áp tối đa tuyệt đối trên các chân đầu ra được đánh giá ở mức +18 V?

Tiếng ồn 2.55 Vpp trên đường ray điện 5 V của bạn? Điều đó tệ đến nỗi khiến tôi nghi ngờ rằng có lẽ nó không có thật - có lẽ đường ray điện 5 V của bạn vẫn ổn, nhưng có thứ gì đó tạo ra từ trường mạnh đến mức dây từ đầu dò phạm vi của bạn đến phạm vi của bạn, hoạt động như ăng ten, đang thu được 2,55 Vpp tiếng ồn.

Nếu tôi là bạn, các bước tiếp theo của tôi sẽ là:

1. Sử dụng nguồn cung cấp ít hơn "17 V MAX Vo" được đề cập trên trang 3 của bảng dữ liệu TLC5940 - Bộ nguồn 12 VDC và 15 VDC là khá phổ biến.
2. thử giảm tiếng ồn từ bằng cách sắp xếp lại dây
3. thêm bộ lọc vào bộ điều chỉnh 5V
4. đọc kỹ và cố gắng áp dụng các mẹo tránh tiếng ồn .

tiếng ồn từ

Vòng lặp dòng cao của bạn chạy từ nguồn cung cấp +12 VDC, đến một đầu của chuỗi LED, qua chuỗi LED, đến các chân đầu vào TLC, ra các chân nối đất TLC, trở lại đầu nối GND của nguồn điện và ra đầu nối +12 VDC một lần nữa. Từ trường được tạo bởi vòng lặp này là khu vực của vòng lặp này (mà bạn có thể điều khiển bằng cách sắp xếp các dây khác nhau) nhân với dòng điện của vòng lặp này (mà bạn có ít quyền kiểm soát).

Cố gắng giảm thiểu diện tích của vòng lặp này. Xem xét việc phá vỡ vòng lặp này thành 2 phần:

Vòng tần số thấp: một cặp dây dẫn, trong một dây cáp chạy từ nguồn điện, đến một tụ điện lớn gần chip TLC, ít nhiều kết nối trực tiếp tụ điện đó với các đầu nối +12 VDC và GND trên nguồn điện. GND của chip TLC cũng được kết nối với một đầu của tụ điện đó. (có lẽ là một nắp lớn 470 uF song song với nắp gốm 10 uF).

Vòng lặp tần số cao: một cặp dây dẫn xoắn, trong một dây cáp chạy từ chip TLC đến chuỗi LED. Kết nối đầu ra chip TLC với một điện trở nhỏ (có thể là 10 Ohm?) Và kết nối đầu kia của điện trở đó với một dây dẫn của cặp xoắn. Kết nối dây dẫn khác của cặp bên +12 VDC của tụ điện lớn gần chip TLC.

Như bác sĩ phẫu thuật Rocket phẫu thuật đã chỉ ra, bộ lọc thông thấp có thể giúp:

• Bộ lọc thông thấp RC: một tụ điện rất nhỏ từ phía cáp của điện trở nhỏ đó đến GND có thể giúp ích, nhưng một tụ điện quá lớn ở đó sẽ làm rối loạn điều chế PWM
• Bộ lọc thông thấp ferrite: Một cuộn cảm ferrite xung quanh toàn bộ cáp hoặc 2 hạt ferrite, một xung quanh mỗi dây dẫn của cặp xoắn hoặc cả hai, có thể giúp ích.

Vì nó có vẻ TLC không cần kết nối với +12 VDC, nên tất cả đều dễ dàng kết nối mọi thứ theo cách tạo ra vòng lặp tồi tệ nhất có thể: Một dây "+12 VDC" rời khỏi nguồn điện 12 VDC đến đỉnh của chuỗi LED, có đủ chỗ cho một người đứng giữa dây đó và đường trở về (đường dẫn trở lại qua chuỗi LED, sau đó từ dưới cùng của chuỗi LED đến TLC, rồi từ mặt đất của TLC pin trở lại nguồn cung cấp năng lượng), với diện tích vòng lặp hơn một mét vuông, tạo ra nhiều tiếng ồn từ tính.

(có lẽ một sơ đồ ở đây sẽ làm cho điều này rõ ràng hơn ...)

bộ điều chỉnh lọc

Là nguồn cung cấp năng lượng thực sự có khả năng xử lý hiện tại nhiều? Có lẽ các dây cáp dài giữa nguồn cung cấp và phần còn lại của hệ thống không có khả năng hỗ trợ các xung đột biến nhanh?

Có lẽ sự dao động lớn trên đường dây +12 VDC có thể được ghép nối thông qua bộ điều chỉnh 5V do CMRR không đủ hoặc thậm chí có thể đường dây +12 VDC bị kéo xuống thấp đến mức bộ điều chỉnh 5V "rơi ra" đủ thấp để đặt lại các thiết bị khác của bạn ?

Trước tiên tôi sẽ thử nghiệm nhanh: lái bộ điều chỉnh + 5V của bạn từ nguồn điện thứ hai (giả sử, nguồn điện +10 V) hoàn toàn độc lập với nguồn điện +12 V điều khiển đèn LED của bạn, ngoại trừ GND kết nối với nguồn điện .

Nếu nguồn cung cấp thứ hai dường như khắc phục được sự cố, có lẽ việc lọc bộ điều chỉnh sẽ cho phép hệ thống hết nguồn cung cấp duy nhất: có lẽ bạn chỉ cần thêm một điện trở nhỏ và diode trong đường dẫn từ +12 VDC đến chân Vin của bộ điều chỉnh . Có lẽ cũng thêm nhiều tụ điện lớn hơn hoặc lớn hơn từ chân Vin của bộ điều chỉnh vào GND.

mũ tách tốt nhất

Nếu bạn biết chính xác tần số nhiễu là gì, các mũ tách rời tốt nhất để triệt tiêu đó là các mũ có trở kháng thấp nhất ở các tần số đó. ( Trở kháng thực tế của các tụ vật lý ở các tần số đó, không phải là trở kháng lý thuyết tính bằng 1 / jwC). Bạn sử dụng "trở kháng so với biểu đồ tần số" trông giống như thế này:

(từ Tamara Schmitz và Mike Wong. "Lựa chọn và sử dụng tụ điện bỏ qua" .)

Các biểu đồ như vậy luôn cho thấy rằng, ở tần số rất thấp, giá trị điện dung lớn là tốt nhất; ở tần số rất cao, các gói vật lý nhỏ là tốt nhất.

Biểu đồ trở kháng so với tần số thực nằm trên trang 61 của danh mục Tụ gốm gốm nguyên khối Murata .

Tiếng ồn của bạn không phải là ngẫu nhiên, và trông giống như tiếng chuông.

• Thực tế, mạch là một nguồn xung tần số cao với sự tăng / giảm mạnh được nạp vào cáp cảm ứng với điện dung của đèn LED đóng ở đầu cuối.

• Cáp có độ tự cảm trong phạm vi nano, microhenry

• Điện dung là khoảng vài pF mỗi LED

Vì vậy, gợi ý, câu trả lời, có thể là thêm bộ lọc Low-Pass giữa đầu ra và tải PWM.