Consejos de aislamiento de ruido

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Tengo un dispositivo que diseñé que utiliza 32 LED SK6812 (neopíxeles RGBW).

Estoy experimentando ruido en el rango de 1,2 kHz (los LED de SK6812 usan una señal PWM de 1,2 kHz para controlar el color y el brillo) y sus frecuencias armónicas asociadas. Este ruido es más evidente en la línea 5v de mi dispositivo (los LED SK6812 están encendidos en esta línea).

El dispositivo está alimentado por un bastidor modular que tiene + 12v, Ground, -12v. La alimentación de 5v para el SK6812 es suministrada por una fuente de alimentación conmutada que cae de + 12v a 5v5, que pasa por un LDO y luego a la línea de 5v donde están conectados los SK6812s.

El ruido es evidente en otros módulos conectados a los mismos rieles de alimentación. Estos son en su mayoría módulos de audio analógicos, y cuando son completamente silenciosos, cuando la ganancia aumenta 65db, el ruido se hace evidente.

Aquí hay una foto del espectro del ruido registrado:

Aquíhayunafotodelespectrodelrackconmidispositivodesconectadocompletamente:

Estoy bastante seguro de que este ruido proviene de los LED porque (1) el ruido solo es aparente cuando los LED están encendidos y cambia ligeramente cuando diferentes LED cambian de color, y (2) porque la mayoría del ruido que se escucha es a la misma frecuencia que la frecuencia de PWM para los LED.

Una solución obvia es aumentar los capacitores de derivación y, posiblemente, utilizar electrolíticos de aluminio de mayor capacitancia además de mis capacitores cerámicos de 0.1uF

Mis preguntas son estas:

1) ¿Qué valor (y tipo) de condensador recomienda para reducir el ruido de baja frecuencia en el rango de 1 kHz a 5 kHz? Con 30 LEDs, ¿cuántos recomendarías? 2) ¿hay alguna forma inteligente (y barata) de aislar completamente mi dispositivo donde se conecta a los rieles? ¿Cuentas de ferrita? Inductores? ¿Qué tipo recomiendas? 3) Planeo mudarme a un plano del suelo sólido (actualmente estoy usando un sombreado, lo que descubrí recientemente no ayuda), así como agregar un plano del suelo a la capa superior (tablero de 2 capas). ¿Cree que agregar cobre adicional en el suelo podría ayudar a que los condensadores de derivación funcionen mejor? 4) ¿Algo más que olvide preguntar?

¡Gracias!

Editar: Al medir con un alcance, obtengo 530mVpp en el riel de 12v con los LED encendidos, y 480mVpp con los LED apagados

en la línea 5v, obtengo 540mVpp con LED encendidos y 500mVpp con LED apagados

    
pregunta cosmikwolf

2 respuestas

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Esa es la naturaleza de estos dispositivos neopixel. No tienen inductancia de salida o capacitancia en la conmutación PWM. Generan mucho EMI.

Con una frecuencia PWM de 1.2Khz, se espera el ruido de 1.2khz que está experimentando.

Sería mejor si el 5.5 switcher, 5v LDO y los LED tuvieran su propio plano de tierra.

Siga el diseño de PCB y las pautas de desacoplamiento para reducir la EMI conducida.
Esta Nota de ingeniería de Vishay los cubre bien.

Inserte un filtro de entrada en la línea de 12 V en el conmutador.

Este es el filtro de EMI que TI recomienda en la V in de su controlador LED TPS92511 para suprimir la EMI realizada. Para una frecuencia entre 1,2 kHz y 2,4 kz, los valores serían de alrededor de 10µH y 68µF.

    
respondido por el Misunderstood
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No, eso no ayudará a que su ruido sea de banda ancha con armónicos de 20Hz con algo de ruido de fase alrededor de 1.2kHz. ¿Alguna pista de por qué?

Elproblemapareceserelruidoderegulacióndecarga,quenosigueelanchodebandadelbucleSMPSolapendientedeuncondensador.

¿Cuálessupicodecorrienteylacalificaciónactualdesuministro?.

Serecibeunarespuesta,perosenecesitaunareducciónobviadelruidoconducidodelruidoLED"digital" y la fuente analógica. Esto significa que la impedancia de la fuente de la fuente, incluido el cable, provoca picos de voltaje al pulsar los LED con ~ PWM de 1,2 kHz y algunas causas de 20 Hz aún por definir.

Las correcciones habituales son;

  • cableado aislado directamente desde la salida de CC a cada carga, analógica y digital, por lo que no se comparte la corriente y, por lo tanto, no hay caídas en la alimentación y tierra para el analógico a lo largo de los cables de alimentación digital.

  • para audio. use una tapa ESR baja de 100uF Tantalum con una serie pequeña R con 100mV de caída máxima.

  • Use un regulador de mejor calidad con tapas de bajo ESR en su suministro de 5 V.

y lo más obvio.

  

Reguladores separados para potencia de audio y LED. (con los motivos empatados pero sin compartir el actual). (Mostrar diagrama de bloques)

AcabodeverelPGAPLayersTourneyenelDVRydecidímostrarlecómolehabríademostradoaunequipodediseño,unanálisisdefalladecausaraízdebidoaunamalaeleccióndeloscondensadoresX7RparafiltrarelruidodelpulsoconLEDdebajoESR.PartesbastantebajasdelamarcaMurataactualybuena.EstasnosonunaopcióninteligenteparacargasconmutadasdebajafrecuenciayPWMdebajafa1.1kHz

  •   

    muchomásque20kHzPWMseríamejor(siesposible)paraevitarinterferenciasdeaudio,inclusomejornocompartirfuentesde12V.

Aunque no se explica por sí mismo a la mayoría de los diseñadores jóvenes, X7R es el tipo de tapa de cerámica más económico y pobre con alto ESR y factor de disipación

  

Mejores opciones son; Tantalum SMD, ESR ultra bajo, película plástica, cerámica NP0 / C0G para bajo factor de disipación @f Hz o ESR   

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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