Entendiendo el cableado del pin AVCC en ArduinoLeonardo (¿filtro de paso bajo?)

Elinductormáselcondensadorformanundivisordevoltajedependientedelafrecuencia.

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

ParaCCyfrecuenciasbajas,laimpedanciadeL1(\$Z_L\$)esbajayladeC1(\$Z_C\$)alta,porloquelatensióndeentradanoseatenuarámucho.Enlasfrecuenciasaltasesalrevés:\$Z_L\$esaltoy\$Z_C\$esbajo.Laatenuaciónesaltaycuantomayoreslafrecuencia,mayoreslaatenuación.Asíqueesteesdehechounfiltrodepasobajo.

Sinembargo,elinductorqueutilizaronnoesbueno.EsunsupresordeEMIdealtafrecuencia,dirigidoafrecuenciasdedecenasdeMHz.(Eltipoutilizadotieneunaimpedanciade30Ωa100MHz).

La curva de impedancia muestra una pendiente de 0.5 Ω / MHz, por lo que a 100 Hz, la parte reactiva de la inductancia es insignificante.

Lo que realmente se necesita es la supresión del ruido de baja frecuencia, como una ondulación de 100 Hz de la fuente de alimentación. Entonces este inductor es bastante inútil, y es como tener el condensador.

Para las bajas frecuencias, los inductores pueden ser imprácticamente grandes, entonces una resistencia en lugar del inductor habría sido una mejor opción. La hoja de datos dice que AVCC no debería ser inferior a VCC - 0,3 V, pero no pude encontrar la cantidad de AVCC que utiliza actualmente. Eso no será mucho, digamos 10 µA máximo. La frecuencia de corte de un filtro RC es

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

Entonces, si usamos una resistencia de 15.9 kΩ con el capacitor de 1 µF, tenemos una frecuencia de corte de 10 Hz, y la respuesta de frecuencia se verá así:

El 10µA a través de 15.9 kΩ es una caída de 159 mV, por lo que está dentro de las especificaciones. Una ondulación de 100 Hz se atenuará en 20 dB, eso es 1:10, lo que no es mucho, pero VCC ya debería haberse desacoplado correctamente, por lo que 20 dB es solo extra. El ruido por encima de 1 kHz se reducirá en al menos 40 dB, eso es un factor de 1: 100.

Algunas respuestas realmente buenas. Mi opinión es que el objetivo del filtro L-C no es filtrar la ondulación de la fuente de alimentación. Para hacerlo, lo mejor es hacerlo con tapas rígidas (de baja ESR) en las líneas eléctricas / planos y seleccionando la parte correcta del regulador para comenzar. Además, si alimenta su Arduino desde un puerto USB, el tipo de ruido de ondulación de baja frecuencia sería insignificante. Una bala de pared barata es un interruptor en el rango de decenas a cientos de KHz y será eléctricamente ruidoso, pero el regulador de voltaje y la capacitancia en el Los rieles eléctricos digitales deberían ayudar allí.

Lo que hace el filtro L-C L / P es eliminar los bordes afilados de las señales digitales que se abren camino en las líneas de potencia digital y, si están conectadas directamente a los pines AVCC, se abren paso en el circuito de conversión A / D.

La razón por la que la placa no arranca con la resistencia más grande (en el circuito RC) es que el PLL en la parte ATMega es un circuito analógico y usa los mismos pines AVCC que los convertidores A / D y no lo hizo obtener suficiente poder Tal vez realmente no use ambos pines de la misma manera en la parte, pero no hay diferencia en la hoja de datos (ambos se llaman AVCC). En cuanto al diseño, es un dolor tener pines 24 y 44 que sean los que van a AVCC ya que están en lados opuestos del chip y ¿quién va a molestarse en dedicarles un plan de poder completo? Terminas enviando una señal a través de la parte, probablemente con vías en ambos lados, etc. Doloroso. La hoja de datos apenas menciona este aspecto feo de la realidad, casi como si el PIN adicional fuera un segundo pensamiento de ATMEL.

De todos modos, estas señales ruidosas salen del microprocesador cuando se cambia internamente y no dañan la lógica digital, pero intentar obtener 10 bits de precisión analógica requiere un poco más de esfuerzo en el lado de la fuente de alimentación. Esos bordes de ruido digital pueden estar en decenas de tiempo nS (100 Mhz-ish) por lo que los filtros con esta característica funcionarán bastante bien. Si trabaja con los números, utilizando AVCC = 5V y 10 bits de A / D, cada LSB es de aproximadamente 5 mV. Parece que necesitarías tener menos de la mitad como una regla general para tener un ruido "bajo".

La hoja de datos MH2029-300Y muestra 20 ohmios a 100 Mhz. Si el tipo que probó el filtro R-C hubiera establecido la frecuencia de la rodilla en 1 Mhz, probablemente habría funcionado mejor porque podría haber elegido una resistencia mucho más pequeña. Algo así como una resistencia de 22 Ohmios (para igualar la impedancia del inductor a 100 Mhz) y una tapa de .01uF hubiera tenido una caída de voltaje de CC suficientemente pequeña debido a la carga de entrada (45uA x 22 Ohm = 1 mV o más de sus números). Bajaría 40 dB en la frecuencia de interés.

No apostaría un pase de diseño en él, pero si las partes tuvieran alguna huella, podría darle una oportunidad (¿elegir una huella 0805 para ambas?) pero el inductor es una parte de $ 0.10 de Mouser, ¿por qué no? seguir con eso?

Sí, es un filtro de paso bajo. La perla de ferrita es un componente inductivo con pérdida que actúa de forma similar a una resistencia dependiente de la frecuencia, con L que domina a bajas frecuencias y R que domina a altas frecuencias. El condensador desvía las frecuencias más altas a tierra. Combinados, forman un filtro LC con una Q baja, que no experimenta el pico resonante agudo (siempre que el corte se encuentre en la región resistiva de la cuenta) que puede causar problemas en un filtro LC "estándar".
Sin embargo, como señala Steven, esta parte no es particularmente adecuada para esta aplicación, ya que es una parte de alta frecuencia y el ADC es una frecuencia relativamente baja. Sería útil en algo que requiera filtrado a frecuencias mucho más altas, como un diseño de FPGA, ADC de alta frecuencia, etc.