ArduinoLeonardo의 AVCC 핀 배선 이해 (로우 패스 필터?)

Arduino Leonardo는 이전 보드와 흥미로운 차이점이 있습니다. ATMEGA32U4의 AVCC 핀은 MH2029-300Y 페라이트 비드를 통해 + 5V에 연결되고 1uF 커패시터를 통해 GND에 연결됩니다.

ArduinoUno 및 ArduinoMega2560에서이 핀은 단순히 VCC에 연결되었습니다. atmel 데이터 시트에 따르면이 핀은 ADC 변환을 사용할 때 저역 통과 필터에 연결해야합니다.

아두 이노 레오나르도 스키마

이것이 저역 통과 필터입니까? 그렇다면 어떻게 작동합니까? 그런 회로를 어떻게 부르겠습니까? 어떻게 모델링합니까?

인덕터와 커패시터는 주파수에 따른 전압 분배기를 형성합니다.

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

DC 및 저주파수의 경우 L1 ( ) 의 임피던스 가 낮고 C1 ( ) 의 임피던스가 높기 때문에 입력 전압이 많이 감쇠되지 않습니다. 고주파수에서는 다른 방법입니다. 은 높고 는 낮습니다. 감쇠가 높고 주파수가 높을수록 감쇠가 더 높습니다. 이것은 실제로 저역 통과 필터입니다.Z C Z L Z $Z_L$$Z_C$$Z_L$$Z_C$

그러나 그들이 사용한 인덕터는 좋지 않다. 수십 MHz의 주파수를 목표로하는 고주파 EMI 억 제기입니다. (사용 된 유형의 임피던스는 100MHz에서 30Ω입니다.)

임피던스 곡선은 0.5Ω / MHz 기울기를 나타내므로 100Hz에서 인덕턴스의 리 액티브 부분은 무시할 수 있습니다.

실제로 필요한 것은 전원에서 100Hz 리플과 같은 저주파 노이즈를 억제하는 것입니다. 그러면이 인덕터는 쓸모가 없으며 커패시터를 갖는 것과 같습니다.

저주파 인덕터의 경우 비실용적으로 클 수 있으므로 인덕터 대신 저항이 더 나은 선택 일 것입니다. 데이터 시트에 따르면 AVCC는 VCC-0.3V보다 낮아서는 안되지만 현재 AVCC가 얼마나 많이 사용하는지 알 수 없습니다. 그다지 많지 않습니다. 최대 10 µA. RC 필터의 차단 주파수는

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

따라서 1µF 커패시터에 15.9kΩ 저항을 사용하면 10Hz 차단 주파수가 있으며 주파수 응답은 다음과 같습니다.

10µA ~ 15.9kΩ은 159mV 드롭이므로 사양 내에 있습니다. 100Hz 리플은 20dB, 즉 1:10만큼 감쇠되지만 VCC는 이미 올바르게 분리되어 있어야하므로 20dB는 추가입니다. 1kHz 이상에서는 40dB 이상 감소합니다 (1 : 100 비율).

정말 좋은 답변입니다. LC 필터의 목표는 전원 공급 장치 리플을 필터링하지 않는 것입니다. 전력선 / 평면의 뻣뻣한 (낮은 ESR) 캡을 사용하여 가장 적합한 레귤레이터 부품을 선택하는 것이 가장 좋습니다. 또한 USB 포트에서 Arduino에 전원을 공급하면 저주파 리플 종류의 잡음은 무시할 수 있습니다. 저렴한 벽면 사마귀는 수십에서 수백 KHz 범위의 스위처이며 전기적으로 노이즈가 있지만 디지털 파워 레일이 도움이 될 것입니다.

LC L / P 필터가하는 일은 디지털 전력선으로가는 디지털 신호의 날카로운 모서리를 제거하는 것이며 AVCC 핀에 직접 연결된 경우 A / D 변환 회로로 들어가는 것입니다.

보드가 더 큰 저항 (RC 회로에서)으로 부팅되지 않는 이유는 ATMega 부분의 PLL이 아날로그 회로이고 A / D 변환기와 동일한 AVCC 핀을 사용하고 충분한 전력을 얻지 못하기 때문입니다 . 어쩌면 파트에서 두 핀을 모두 같은 방식으로 사용하지는 않지만 데이터 시트에는 차이가 없습니다 (둘 다 AVCC라고 함). 레이아웃 측면에서 핀 24와 44는 칩의 반대편에 있기 때문에 AVCC로가는 핀이되고 전체 전원 계획을 할당하려고하는 사람은 누구입니까? 양쪽에 비아 등을 사용하여 신호를 부품에 전달할 수 있습니다. 고통 스럽습니다. 데이터 시트는 ATMEL이 여분의 핀을 다시 생각한 것처럼 거의이 추악한 현실을 거의 언급하지 않습니다.

어쨌든 이러한 잡음이 많은 신호는 내부적으로 전환 할 때 마이크로 프로세서 자체에서 나오며 디지털 로직을 손상시키지 않지만 10 비트의 아날로그 정밀도에 도달하려고하면 전원 공급 장치 쪽에서 약간의 노력이 필요합니다. 이러한 디지털 노이즈 에지는 수십 nS 타임 프레임 (100Mhz-ish)에있을 수 있으므로이 특성을 가진 필터는 매우 잘 작동합니다. 숫자를 통해 작업하는 경우 AVCC = 5V 및 10 비트 A / D를 사용하면 각 LSB는 약 5mV입니다. "낮은"노이즈를 갖기 위해서는 대략 절반 이하로해야 할 것 같습니다.

MH2029-300Y 데이터 시트는 100Mhz에서 20 옴을 보여줍니다. RC 필터를 사용해 본 사람이 무릎 주파수를 1Mhz로 설정했다면 훨씬 작은 저항을 선택할 수 있었기 때문에 아마도 더 잘 작동했을 것입니다. 22 옴 저항 (100MHz에서 인덕터의 임피던스와 일치) 및 0.01uF 캡과 같은 것은 입력 부하 (45uA x 22 옴 = 1mV 정도) 때문에 DC 전압 강하가 충분히 작았을 것입니다. 관심 주파수에서 40dB 떨어질 것입니다.

레이아웃 패스를 내기하지는 않지만 부품에 약간의 풋 프린트가 있으면 샷을 줄 수 있지만 (두 가지 모두에 대해 0805 풋 프린트를 선택 하시겠습니까?) 그러나 인덕터는 Mouser의 $ 0.10 부품입니다. ?

예, 저역 통과 필터입니다. 페라이트 비드는 손실이 큰 유도 성 구성 요소로, 주파수 의존 저항과 다소 유사하며 L은 저주파수에서, R은 고주파에서 지배적입니다. 커패시터는 더 높은 주파수를 접지로 분로합니다. 이들을 결합하여 Q가 낮은 LC 필터를 형성하며, "표준"LC 필터에서 문제를 일으킬 수있는 날카로운 공진 피크 (비드의 저항 영역에있는 한)가 발생하지 않습니다.
그러나 Steven은이 부품이 고주파 부품이고 ADC가 상대적으로 낮은 주파수이기 때문에이 부품은이 응용 분야에 특히 적합하지 않다고 지적했습니다. FPGA 디자인, 고주파 ADC 등과 같이 훨씬 높은 주파수에서 필터링이 필요한 곳에 사용됩니다.