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LED 생성 노이즈 제거에 도움이 필요 명시 적으로는

나는 전자, electronics.SE.com에 매우 익숙하며 이것이 나의 첫 번째 프로젝트이므로 내 질문에 핵심 정보가 누락되면 저와 함께하십시오 (이 경우 의견을 남기고 누락 된 부분을 추가하려고합니다. 비트).

106 개의 서로 다른 채널에서 약 500 개의 LED를 제어하는 ​​장치를 만들었습니다. 실질적으로 디자인은 다음과 같습니다.

  • 1 스위치 24V 3A 전원 공급 장치
  • 5V를 출력하는 1 개의 전압 조정기
  • AVR ATmega168을 실행하는 제어 보드 1 개 (전압 조정기에 연결됨)
  • 106 개의 LED 스트링 (24V 전원 레일에 연결됨)
  • 7 TLC5940 (각 16 채널) LED 스트링 용 싱크 드라이버 (이 LED는 24V의 나머지를 LED에서 싱크하지만 로직은 5V 레귤레이터에서 전력을 공급 받음).

모든 것이 작동하지만 소음에 심각한 문제가 발생하여 때때로 장치가 예기치 않게 재설정됩니다 .

DSO가있는 친구 덕분에 문제를 조사 할 수 있었으며 이것이 나의 발견입니다 …

소음은 5V 파워 레일에 있으며 전체 스윙은 2.55V입니다. SPI 채널은 모두 상대적으로 영향을받지 않습니다.

노이즈 모양 및 진폭

노이즈는 데이터를 전송하는 SPI가 아니라 LED에 의해 생성되는 것으로 보입니다 (SPI 채널과 노이즈 사이에는 명확한 상관 관계가 없습니다). 이 비디오에서 (죄송하지만 여기에 포함시킬 방법을 찾을 수 없습니다) ON 상태 인 LED의 수는 노이즈의 진폭에 영향을 미치는 반면, 강도 (PWM을 통해 제어)는 노이즈의 길이에 영향을줍니다. 버스트 “[YouTube 동영상 설명에 대한 자세한 내용].

잡음의 주파수는 ~ 8MHz 이며, 컨트롤러 보드가 16MHz에서 실행되고 SPI가 250KHz에서 실행되는 것을 고려할 때 (적어도 명시 적으로는 사용하지 않는) 주파수입니다.

소음 주파수

실험을하면서 프로브의 접지 단자 만 연결된 경우에도 DSO가 잡음을 포착했음을 깨달았습니다. 노이즈가 5V 피드의 불안정 때문이 아니라 접지 레벨 의 발진 가능성 때문이라는 신호로 해석 합니다 . 내가 맞아?

전자 공학에 완전히 익숙하지 않고 해당 분야에 대한 공식적인 지식이 부족하기 때문에 “인터넷을 통해”수많은 솔루션을 시도했지만 100 %가되지 않아도 내 시나리오에서는 완벽하게 이해할 수있었습니다. 다른 사람들 중에서도 시도했습니다.

  • 1Kohm 저항과 100nF 커패시터를 사용하여 저역 통과 필터를 구축하고 5V 파워 레일에 배치했지만 잡음의 진폭은 크게 변하지 않았습니다.
  • 탄탈륨을 포함하여 다양한 커패시터로 5V 레일을 분리하는 것 [다양한 등급] (눈에 띄는 영향 없음)
  • 접지선을 분리 (DSO가 바나나로 만들도록)
  • LED, TLC 보드 및 DSO를 가능한 한 “뒤로”를 포함하여 회로의 다른 부분에 접지합니다 (예 : 접지 루프를 피하기 위해 별도의 전선을 24V PSU의 접지 포트에 연결). 또한이 경우에는 운이 없었습니다.

내가 위의 방법을 잘못한 것 같습니다 (즉, 해결책이 위의 것 중 하나이지만 잘못 구현 한 것입니다) -해결책이 위의 것 중 하나라고 생각하면 주저하지 말고 알려주십시오. 아마도 “올바른”구현 방법에 대한 지침을 제공 할 것입니다.

마지막 참고 사항 : 프로젝트의 실제 크기로 인해 장비에서 조심스럽게 제거하고 5V 소스로 구동되는 개별 테스트 LED를 사용하는 TLC 보드 중 하나만 사용하여 모든 테스트를 수행했습니다. 그러나 전체 리그에서 덜 정확한 테스트는 “실제”의 동작이 테스트 판독 값과 일치 함을 보여줍니다.

시간과 지원에 미리 감사드립니다!

답변

μ

μ

답변

TLC5940 데이터 시트 의 첫 페이지에 출력 핀의 절대 최대 전압이 + 18V로 정격이라고 명확하게 표시 하면 실제로 TLC5940에 24V 전원 공급 장치를 사용하고 있습니까?

5V 전원 레일에 2.55Vpp 잡음이 있습니까? 5V 파워 레일은 괜찮지 만 자기장을 생성하여 ‘스코프 프로브에서’스코프까지 와이어가 안테나처럼 작동하므로 2.55 Vpp의 노이즈가 발생합니다.

내가 당신이라면 다음 단계는 다음과 같습니다.

  1. TLC5940 데이터 시트 3 페이지에서 언급 한 “17V MAX Vo”미만의 전원 공급 장치를 사용하십시오. 12VDC 및 15VDC 전원 공급 장치가 일반적입니다.
  2. 전선을 재 배열하여 자기 노이즈를 줄이십시오.
  3. 5V 레귤레이터에 더 많은 필터링 추가
  4. 노이즈 방지 팁 을주의해서 읽고 적용하십시오 .

자기 노이즈

고전류 루프는 + 12VDC 전원 공급 장치에서 LED 체인의 한쪽 끝, LED 체인을 통해 TLC 입력 핀, TLC 접지 핀, 전원 공급 장치의 GND 커넥터로 돌아가며 +12 VDC 커넥터를 다시 연결하십시오. 이 루프에 의해 생성 된 자기장은이 루프의 면적 (와이어를 다르게 배열하여 제어 할 수 있음)에이 루프의 전류 (제어 권한이 거의 없음)를 곱한 것입니다.

이 루프의 영역을 최소화하십시오. 이 루프를 두 부분으로 나누는 것을 고려하십시오.

저주파 루프 : 전원 공급 장치에서 TLC 칩 근처의 큰 커패시터로 연결되는 케이블의 한 쌍의 도체로, 해당 커패시터를 전원 공급 장치의 +12 VDC 및 GND 커넥터에 직접 연결합니다. TLC 칩의 GND는 또한 커패시터의 한쪽 끝에 연결되어 있습니다. (아마도 10uF 세라믹 캡과 함께 큰 470uF 캡).

고주파 루프 : TLC 칩에서 LED 체인으로 연결되는 케이블의 꼬인 도체 쌍. TLC 칩 출력을 작은 저항기 (아마도 10 Ohm?)에 연결하고 해당 저항기의 다른 쪽 끝을 꼬인 쌍의 한 도체에 연결하십시오. 쌍의 다른 도체를 TLC 칩 근처의 큰 커패시터의 + 12VDC쪽에 연결하십시오.

로켓 외과 의사가 지적했듯이 저역 통과 필터가 도움이 될 수 있습니다.

  • RC 저역 통과 필터 : 작은 저항기의 케이블 쪽에서 GND까지 매우 작은 커패시터가 도움이 될 수 있지만 너무 큰 커패시터는 PWM 변조를 망칠 수 있습니다.
  • 페라이트 저역 통과 필터 : 전체 케이블 주위의 페라이트 초크 또는 꼬인 쌍의 각 도체 주위에있는 2 개의 페라이트 비드 또는 둘 다 도움이 될 수 있습니다.

TLC가 + 12VDC에 연결될 필요가없는 것처럼 보일 수 있으므로 최악의 루프를 생성하는 방식으로 쉽게 배선 할 수 있습니다. 12VDC 전원 공급 장치에서 분리 된 “+ 12VDC 와이어” 사람이 그 와이어와 리턴 경로 (LED 체인을 통한 리턴 경로, LED 체인의 맨 아래에서 TLC, 그리고 TLC의 접지 사이)에 서있을 수있는 충분한 공간이있는 LED 체인의 상단 1m2 이상의 루프 면적으로 인해 많은 자기 노이즈가 발생합니다.

(아마도 여기의 다이어그램은 이것을 더 명확하게 만들 것입니다 …)

레귤레이터 필터링

전원 공급 장치가 실제로이 많은 전류를 처리 할 수 ​​있습니까? 전원 공급 장치와 나머지 시스템 사이의 긴 케이블이 빠른 서지 펄스를 지원할 수 없습니까?

CMRR이 충분하지 않아 +12 VDC 라인에서 큰 스윙이 5V 레귤레이터를 통해 연결되었거나 +12 VDC 라인이 너무 낮아져 5V 레귤레이터가 다른 장치를 재설정하기에 충분히 낮게 “떨어져”있을 수 있습니다 ?

먼저 빠른 테스트를 시작하겠습니다. 전원 공급 장치를 연결하는 GND를 제외하고 LED를 구동하는 + 12V 전원 공급 장치와 완전히 독립적 인 두 번째 전원 공급 장치 (예 : + 10V 전원 공급 장치)에서 + 5V 조정기를 구동하십시오 .

두 번째 전원 공급 장치가 문제를 해결하는 것으로 보이면 더 많은 레귤레이터 필터링으로 시스템에서 단일 전원 공급 장치를 실행할 수 있습니다. 아마도 +12 VDC에서 레귤레이터의 Vin 핀으로가는 경로에 작은 저항과 다이오드 만 추가하면됩니다. . 또한 레귤레이터의 Vin 핀에서 GND까지 더 많거나 더 큰 커패시터를 추가 할 수 있습니다.

최고의 디커플링 캡

노이즈 주파수가 무엇인지 정확히 아는 경우, 가장 좋은 디커플링 캡은 해당 주파수에서 임피던스가 가장 낮은 캡입니다. ( 1 / jwC에 의해 계산 된 이론적 임피던스가 아닌 해당 주파수에서의 물리적 커패시터 의 실제 임피던스 ). 다음과 같은 “임피던스 vs 주파수 차트”를 사용합니다.

임피던스 대 주파수 차트 예

(Tamara Schmitz 및 Mike Wong의 “바이 패스 커패시터 선택 및 사용” )

이러한 차트는 항상 매우 낮은 주파수에서 큰 정전 용량 값이 가장 좋습니다. 매우 높은 주파수에서는 물리적으로 작은 패키지가 가장 좋습니다.

실제 임피던스 대 주파수 차트는 Murata 칩 모 놀리 식 세라믹 커패시터 카탈로그의 61 페이지에 있습니다.

답변

소음이 무작위가 아니며 울리는 것처럼 보입니다.

  • 사실상이 회로는 폐쇄 된 LED의 커패시턴스가있는 유도 성 케이블에 급격한 상승 / 하강 부하가있는 높은 주파수 펄스 소스입니다.

  • 케이블은 nanohenry, microhenry 범위에서 인덕턴스를 갖습니다.

  • 정전 용량은 LED 당 약 pF

따라서 PWM 출력과 부하 사이에 저역 통과 필터를 추가하는 것이 좋습니다.

답변