Hiểu về hệ thống dây pin AVCC trên ArduinoLeonardo (bộ lọc thông thấp?)

Arduino Leonardo có một sự khác biệt thú vị với các bo mạch trước: chân AVCC của ATMEGA32U4 được kết nối với + 5V thông qua hạt ferrite MH2029-300Y và với GND thông qua tụ điện 1uF.

Trong ArduinoUno và ArduinoMega2560, pin này được kết nối đơn giản với VCC. Theo bảng dữ liệu atmel, chân này nên được kết nối với bộ lọc Low-Pass khi sử dụng bộ chuyển đổi ADC.

Lược đồ Arduino Leonardo

Đây thực sự là một bộ lọc thông thấp? Nếu có, nó hoạt động như thế nào? Làm thế nào bạn sẽ gọi loại mạch đó? Làm thế nào để bạn mô hình hóa nó?

Các cuộn cảm cộng với tụ điện tạo thành một bộ chia điện áp phụ thuộc tần số.

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

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

Các cuộn cảm họ sử dụng không phải là một tốt, tuy nhiên. Đó là một bộ triệt EMI tần số cao, nhắm vào tần số hàng chục MHz. (Loại được sử dụng có trở kháng 30 ở 100 MHz.)

Đường cong trở kháng cho thấy độ dốc 0,5 Ω / MHz, vì vậy ở 100 Hz, phần phản kháng của cuộn cảm là không đáng kể.

Điều thực sự cần thiết là triệt tiêu nhiễu tần số thấp, như gợn sóng 100 Hz từ nguồn điện. Sau đó, cuộn cảm này khá vô dụng, và nó giống như chỉ có tụ điện.

Đối với cuộn cảm tần số thấp có thể lớn không chính thức, thì một điện trở thay vì cuộn cảm sẽ là lựa chọn tốt hơn. Bảng dữ liệu cho biết AVCC không nên thấp hơn VCC - 0,3 V, nhưng tôi không thể tìm thấy AVCC hiện tại sử dụng bao nhiêu. Điều đó sẽ không nhiều, nói tối đa 10 LờiA. Tần số cắt của bộ lọc RC là

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

Vì vậy, nếu chúng ta sử dụng điện trở 15,9 k với tụ 1 PhaF, chúng ta có tần số cắt 10 Hz và đáp ứng tần số sẽ như sau:

10 10A đến 15,9 kΩ là mức giảm 159 mV, vì vậy đó là trong thông số kỹ thuật. Độ gợn 100 Hz sẽ bị suy giảm 20 dB, tức là 1:10, không nhiều, nhưng VCC đáng lẽ đã được tách rời đúng cách, vì vậy 20 dB chỉ là thêm. Nhiễu trên 1 kHz sẽ giảm ít nhất 40 dB, đó là hệ số 1: 100.

Một số câu trả lời thực sự tốt. Tôi nghĩ rằng mục tiêu của bộ lọc LC không lọc ra gợn cung cấp điện. Điều đó được thực hiện tốt nhất với các nắp cứng (ESR thấp) trên các đường dây / mặt phẳng nguồn và chọn bộ phận điều chỉnh phù hợp để bắt đầu. Ngoài ra, nếu bạn cấp nguồn cho Arduino từ cổng USB, tiếng ồn gợn tần số thấp sẽ không đáng kể. Mụn cóc tường giá rẻ là một công tắc trong phạm vi hàng chục đến hàng trăm KHz và sẽ gây nhiễu điện nhưng bộ điều chỉnh điện áp và điện dung trên đường ray điện kỹ thuật số sẽ giúp ở đó.

Những gì bộ lọc LC L / P đang làm là loại bỏ các cạnh sắc nét của tín hiệu số tìm đường vào các đường dây điện kỹ thuật số và nếu được kết nối trực tiếp với các chân AVCC sẽ tìm đường vào mạch chuyển đổi A / D.

Lý do bo mạch không khởi động với điện trở lớn hơn (trong mạch RC) là vì PLL trong phần ATMega là một mạch tương tự và sử dụng các chân AVCC giống như các bộ chuyển đổi A / D và nó không có đủ năng lượng . Có thể nó thực sự không sử dụng cả hai chân theo cùng một cách trong phần, nhưng không có sự khác biệt trong bảng dữ liệu (cả hai đều được gọi là AVCC). Bố cục khôn ngoan, thật khó để có các chân 24 và 44 là những người đến AVCC vì chúng ở hai phía đối diện của con chip và ai sẽ bận tâm dành toàn bộ kế hoạch sức mạnh cho chúng? Cuối cùng, bạn định tuyến tín hiệu qua phần có thể bằng vias ở cả hai phía, v.v. Đau đớn. Bảng dữ liệu hầu như không đề cập đến chút thực tế xấu xí này, gần giống như pin phụ là suy nghĩ thứ hai của ATMEL.

Dù sao, những tín hiệu nhiễu này phát ra từ chính Bộ vi xử lý khi nó chuyển bên trong và chúng không làm tổn thương logic kỹ thuật số, nhưng cố gắng đạt được độ chính xác tương tự 10 bit thì phải nỗ lực hơn một chút về phía cung cấp điện. Các cạnh nhiễu kỹ thuật số đó có thể nằm trong hàng chục khung thời gian nS (100 Mhz-ish) nên các bộ lọc có đặc tính này sẽ hoạt động khá tốt. Nếu bạn làm việc thông qua các con số, sử dụng AVCC = 5V và 10 bit A / D mỗi LSB là khoảng 5 mV. Có vẻ như bạn cần phải có ít hơn một nửa như một quy tắc thô để có tiếng ồn "thấp".

Bảng dữ liệu MH2029-300Y hiển thị 20 Ohms ở tốc độ 100 Mhz. Nếu anh chàng đã thử bộ lọc RC đã đặt tần số đầu gối ở mức 1 Mhz thì có lẽ nó sẽ hoạt động tốt hơn vì anh ta có thể chọn một điện trở nhỏ hơn nhiều. Một cái gì đó giống như điện trở 22 Ohm (để phù hợp với trở kháng của cuộn cảm ở 100 Mhz) và nắp .01uF sẽ bị sụt điện áp DC đủ nhỏ do tải đầu vào (45uA x 22 Ohm = 1 mV hoặc hơn từ các số của anh ta). Anh ấy sẽ giảm 40 dB theo tần suất quan tâm.

Tôi sẽ không đặt cược một bố cục cho nó nhưng nếu các bộ phận có dấu chân nào đó tôi có thể cho nó một cú đánh (chọn dấu chân 0805 cho cả hai?) Nhưng với cuộn cảm là một phần 0,10 đô la từ Mouser, tại sao không chỉ gắn bó với nó ?

Vâng, đó là một bộ lọc thông thấp. Hạt ferrite là một thành phần cảm ứng tổn thất hoạt động hơi giống như một điện trở phụ thuộc tần số, với L chiếm ưu thế ở tần số thấp và R chiếm ưu thế ở tần số cao. Các tụ điện shunt tần số cao hơn để mặt đất. Kết hợp chúng tạo thành bộ lọc LC có Q thấp, không gặp cực đại cộng hưởng sắc nét (miễn là điểm cắt nằm trong vùng điện trở của hạt) có thể gây ra sự cố trong bộ lọc LC "tiêu chuẩn".
Tuy nhiên, như Steven lưu ý phần này không đặc biệt phù hợp với ứng dụng này, vì đây là phần tần số cao và ADC có tần số tương đối thấp. Nó sẽ được sử dụng trong một cái gì đó yêu cầu lọc ở tần số cao hơn nhiều, như thiết kế đồ họa, ADC tần số cao, v.v.