Розуміння штифтового з'єднання AVCC на ArduinoLeonardo (фільтр низьких частот?)

У Arduino Leonardo є цікава відмінність від попередніх плат: штифт AVCC ATMEGA32U4 підключений до + 5 В через ферритові кульки MH2029-300Y та до GND через конденсатор 1uF.

У ArduinoUno та ArduinoMega2560 цей контакт був просто підключений до VCC. Відповідно до таблиці даних atmel, цей контакт повинен бути підключений до фільтра низьких частот, коли використовується перетворений АЦП.

Схема Ардуїно Леонардо

Це справді фільтр низьких частот? Якщо так, то як це працює? Як би ви назвали такий тип ланцюга? Як ви її моделюєте?

Індуктор плюс конденсатор утворюють частотно-залежний дільник напруги.

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

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

Однак індуктор, який вони використовували, не є хорошим. Це високочастотний супресор EMI, орієнтований на частоти десятків МГц. (Використовуваний тип має імпеданс 30 Ом на 100 МГц.)

Крива опору показує нахил 0,5 Ом / МГц, тому при 100 Гц реактивна частина індуктивності незначна.

Насправді потрібне придушення шуму низької частоти, як пульсація 100 Гц від джерела живлення. Тоді цей індуктор досить марний, і це як би просто мати конденсатор.

Для низьких частот індуктори можуть бути непрактично великими, тоді кращим вибором був би резистор замість індуктора. У листі даних сказано, що AVCC не повинен бути нижчим за VCC - 0,3 В, але я не міг знайти, скільки використовує поточний AVCC. Це буде не багато, скажімо, максимум 10 мкА. Частота відсікання фільтра RC є

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

Отже, якщо ми використовуємо резистор 15,9 кОм з конденсатором 1 мкФ, у нас є частота відсікання 10 Гц, і частотна характеристика буде виглядати так:

10 мкА до 15,9 кОм - це падіння на 159 мВ, тобто це в межах специфікації. Пульсація потужністю 100 Гц буде ослаблена на 20 дБ, це 1:10, що не так багато, але VCC вже слід було належним чином розв’язати, тож 20 дБ - це просто додатково. Шум вище 1 кГц зменшиться щонайменше на 40 дБ, це коефіцієнт 1: 100.

Деякі справді хороші відповіді. Я вважаю, що мета LC фільтра - це не фільтрування пульсацій живлення. Це найкраще робити з жорсткими (низькими ШОЕ) ковпаками на лініях електропередач / площинах та підбором правильної частини регулятора для початку. Плюс, якщо ви живите Arduino через USB-порт, шум пульсації низької частоти буде незначним. Набір бородавок для стінок cheapo є перемикачем в діапазоні від десятків до сотень КГц і буде електрично галасливим, але регулятор напруги та ємність там повинні допомогти цифрові рейки живлення.

Те, що робить фільтр LC L / P, - це видалення гострих країв цифрових сигналів, які потрапляють на цифрові лінії електропередачі, і якщо вони безпосередньо підключені до штифтів AVCC, вони знайдуть собі шлях у схему перетворення A / D.

Причина, що плата не завантажуватиметься з більшим резистором (в ланцюзі RC), полягає в тому, що PLL в частині ATMega є аналоговим ланцюгом і використовує ті ж штифти AVCC, що й A / D перетворювачі, і вона не отримала достатньої потужності . Можливо, він дійсно не використовує обидва штифти однаково в частині, але в аркуші даних немає диференціації (обидва називаються AVCC). Розмітка: болісно, ​​щоб штифти 24 і 44 були тими, які йдуть до AVCC, оскільки вони знаходяться на протилежних сторонах мікросхеми, і хто буде намагатися присвятити їм цілий план живлення? Ви в кінцевому підсумку направляєте сигнал через частину, ймовірно, з віасами з обох сторін тощо. Болісно. Лист ледь згадує цей потворний шматочок реальності, майже як зайвий штифт був другою думкою ATMEL.

У будь-якому разі ці шумні сигнали виходять із самого мікропроцесора, коли він перемикається внутрішньо, і вони не шкодять цифровій логіці, але спроба дістатися до 10-біт аналогової точності вимагає трохи більше зусиль на стороні живлення. Ці цифрові межі шуму, можливо, знаходяться в десятках nS часових рамках (100 МГц-іш), тому фільтри з цією характеристикою будуть працювати досить добре. Якщо ви працюєте через номери, використовуючи AVCC = 5V та 10-біт A / D, кожен LSB становить приблизно 5 мВ. Здається, що вам потрібно мати менше половини, ніж як грубе правило, щоб мати "низький" шум.

Лист даних MH2029-300Y показує 20 Ом при 100 МГц. Якби хлопець, який спробував RC-фільтр, встановив би частоту колін на 1 МГц, це, мабуть, спрацювало б краще, оскільки він міг підібрати значно менший резистор. Щось на зразок резистора 22 Ом (щоб відповідати імпедансу індуктора при 100 МГц) та ковпачка .01uF, мав би достатньо невеликий перепад напруги постійного струму через вхідне навантаження (45uA x 22 Ом = 1 мВ або більше від його чисел). Він буде знижуватись на 40 дБ при частоті інтересу.

Я не ставлю ставку на макет передачі на нього, але якщо частини мали деякий слід, я можу дати йому зняти (виберіть слід 0805 для обох?), Але з індуктором часткою $ 0,10 від Mouser, чому б не просто дотримуватися цього ?

Так, це фільтр низьких частот. Ферритова бусинка - це індуктивний компонент, що втрачає втрату, який чимось нагадує резистор, залежний від частоти, з домінантом L на низьких частотах, а R на високих частотах. Конденсатор мантує більш високі частоти на землю. У поєднанні вони утворюють LC-фільтр із низьким рівнем Q, який не відчуває гострого резонансного піку (поки зріз знаходиться в резистивній області бісеру), що може спричинити проблеми у «стандартному» LC-фільтрі.
Однак, як зазначає Стівен, ця деталь не особливо підходить для даного застосування, оскільки вона є високочастотною частиною, а АЦП є відносно низькою частотою. Це було б корисно в тому, що вимагає фільтрації на набагато більш високих частотах, як, наприклад, FPGA-дизайн, високочастотний АЦП тощо.