LEDが生成するノイズを除去するのに助けが必要

エレクトロニクス、electronics.SE.comは非常に新しいので、これが私の最初のプロジェクトなので、質問で重要な情報を見逃した場合はご容赦ください（そのような場合は、コメントを残してください。ビット）。

106個の異なるチャネルで約500個のLEDを制御するデバイスを構築しました。実質的な設計は次のとおりです。

• 1つのスイッチ24V 3A電源
• 5Vを出力する1つの電圧レギュレータ
• AVR ATmega168を実行する1つの制御ボード（電圧レギュレーターに接続）
• 106個のLEDストリング（24V電源レールに接続）
• 7 TLC5940（各16チャネル）は、LEDストリングのドライバーをシンクします（これらはLEDから24Vの残りをシンクしますが、そのロジックは5Vレギュレーターから給電されます）。

すべてはうまくいきますが、デバイスの予期しないリセットを引き起こすことがあるノイズの重大な問題が発生しています。

DSOを持っている友人のおかげで、私は問題を調査することができました、そして、これらは私の発見です...

ノイズは5Vの電源レールにあり、非常に大きく、全体の振幅は2.55Vです。SPIチャネルはすべて比較的影響を受けません。

ノイズは、データを送信するSPIではなく、LEDによって生成されるようです（SPIチャネルとノイズの間に明らかな相関関係はありません）。このビデオ（申し訳ありませんが、ここに埋め込む方法が見つかりませんでした）点灯しているLEDの数がノイズの振幅に影響し、その強度（PWMで制御）がノイズの長さに影響することがわかります。バースト」[youtubeの動画の説明の詳細]。

ノイズの周波数は〜8MHzです。これは、コントローラーボードが16MHzで、SPIが250KHzで動作する場合、使用しない周波数です（少なくとも明示的には）。

実験を行っていると、プローブの接地端子だけが接続されていても、DSOがノイズを拾っていることに気付きました。これは、ノイズが5V給電の不安定性によるものではなく、グランドレベルの振動電位によるものであるという兆候として解釈します。私は正しいですか？

エレクトロニクスがまったく新しく、この分野の正式な知識が不足しているため、「インターネットから」多くのソリューションを試しましたが、私のシナリオでは完全に理にかなっていました。とりわけ私が試した：

• 1Kohmの抵抗と100nFのコンデンサを使用してローパスフィルターを構築し、5Vの電源レールに配置しましたが、ノイズの振幅はあまり変化しませんでした。
• いくつかのタンタルコンデンサを含むさまざまなコンデンサで5Vレールをデカップリングする[さまざまな定格]（目に見える影響はありません）
• 接地線を切り離します（DSOをバナナにします）
• LED、TLCボード、DSOを可能な限り「後方」を含む私の回路の異なる部分に接地します（つまり、24V PSUの接地ポートに個別のワイヤで接続して接地ループを回避します）...また、この場合、私は運がありませんでした。

私は間違った方法で上記のことをしたかもしれません（つまり、解決策は上記の1つですが、私はそれを間違って実装したので）それは、「正しく」実装する方法についてのいくつかの方向性を与えてくれるかもしれません。

最後の注意：プロジェクトの物理的なサイズのため、リグから慎重に取り外したTLCボードの1つだけを使用してすべてのテストを実行し、5V電源を使用した個別のテストLEDを使用しました。ただし、完全なリグでのテストの精度が低いと、「本物」の動作がテストの読み取り値と一致することが示されます。

あなたの時間とサポートに感謝します！

$\mu$$\mu$

TLC5940で24 V電源を実際に使用していますか？ TLC5940データシートのに、出力ピンの絶対最大電圧が定格+18 Vであると明記されているか？

5 V電源レールの2.55 Vppノイズ？それはとても悪いので、おそらく現実ではないのではないかと思われます-おそらく5 Vの電源レールは問題ありませんが、何かが非常に強力な磁場を発生させているため、「スコーププローブ」から「スコープ」までのワイヤがアンテナのように機能し、 2.55 Vppのノイズを拾っています。

私があなただったら、私の次のステップは次のようになります。

1. TLC5940データシートの3ページに記載されている「17 V MAX Vo」未満の電源を使用してください。12VDCと15 VDCの電源はかなり一般的です。
2. ワイヤーを再配置して磁気ノイズを減らしてみてください
3. 5Vレギュレータにフィルタリングを追加します
4. ノイズを避けるためのヒントをよく読んで適用してください。

磁気ノイズ

大電流ループは、+ 12 VDC電源から、LEDチェーンの一端、LEDチェーン、TLC入力ピン、TLC接地ピン、電源のGNDコネクタに戻ります。 +12 VDCコネクタを再び取り外します。このループによって生成される磁場は、このループの領域（ワイヤを異なる方法で配置することで制御できます）にこのループの電流（ほとんど制御できない）を掛けたものです。

このループの面積を最小限に抑えるようにしてください。このループを2つの部分に分割することを検討してください。

低周波ループ：電源からTLCチップ近くの大きなコンデンサーまでのケーブル内の1対の導体で、コンデンサーを電源の+12 VDCおよびGNDコネクターにほぼ直接接続します。TLCチップのGNDもそのコンデンサの一端に接続されています。（おそらく、10 uFセラミックキャップと並列の大きな470 uFキャップ）。

高周波ループ：TLCチップからLEDチェーンまで走るケーブル内のツイストペアの導体。TLCチップ出力を小さな抵抗（おそらく10オーム？）に接続し、その抵抗のもう一方の端をツイストペアの一方の導体に接続します。ペアのもう一方の導体を、TLCチップの近くの大きなコンデンサの+12 VDC側に接続します。

Rocket Surgeonの外科医が指摘したように、ローパスフィルターが役立つ場合があります。

• RCローパスフィルター：その小さな抵抗のケーブル側からGNDへの非常に小さなコンデンサが役立つ場合がありますが、大きすぎるコンデンサはPWM変調を台無しにします
• フェライトローパスフィルター：ケーブル全体を囲むフェライトチョーク、または2つのフェライトビーズ、ツイストペアの各導体の1つ、またはその両方が役立ちます。

TLCを+12 VDCに接続する必要がないように見える場合があるため、最悪のループを生成する方法で物事を配線するのは簡単です。12VDC電源からの個別の「+12 VDCワイヤ」 LEDチェーンの上部まで、そのワイヤーと戻り経路（LEDチェーンを通る戻り経路、次にLEDチェーンの下部からTLC、そしてTLCのグランドまでの間に人間が立つのに十分なスペースがある）電源にピンバックする）、1平方メートル以上のループ領域で、大量の磁気ノイズを生成します。

（おそらく、この図はこれをより明確にするでしょう...）

レギュレータフィルタリング

電源は本当にこれだけの電流を処理できますか？電源とシステムの他の部分との間の長いケーブルは、高速サージパルスをサポートできない可能性がありますか？

たぶん、CMRRが不十分なために+12 VDCラインの大きな揺れが5Vレギュレーターを介して結合されているか、+ 5 Vレギュレーターが他のデバイスをリセットするのに十分なほど「ドロップアウト」するほど低く引き下げられている？

私は最初に簡単なテストに行きます：電源を接続するGNDを除いて、LEDを駆動する+12 V電源から完全に独立した2番目の電源（たとえば、+ 10 V電源）から+ 5Vレギュレータを駆動します。

2番目の電源で問題が解決するように見える場合は、レギュレータのフィルタリングを増やすと、システムが単一の電源で動作する可能性があります。おそらく、+ 12 VDCからレギュレータのVinピンまでの経路に小さな抵抗とダイオードを追加するだけで十分です。 。おそらく、レギュレータのVinピンからGNDにさらに多くのコンデンサを追加することもできます。

最高のデカップリングキャップ

ノイズ周波数が何であるかを正確に知っている場合、それを抑制するのに最適なデカップリングキャップは、それらの周波数でインピーダンスが最も低いキャップです。（これらの周波数での物理コンデンサの実際のインピーダンスであり、1 / jwCで計算される理論インピーダンスではありません）。次のような「インピーダンス対周波数チャート」を使用します。

（タマラシュミッツとマイクウォンから。「バイパスコンデンサの選択と使用」。）

そのようなチャートは常に、非常に低い周波数では大きな静電容量値が最適であることを示しています。非常に高い周波数では、物理的に小さなパッケージが最適です。

実際のインピーダンスと周波数のチャートは、村田チップモノリシックセラミックコンデンサカタログの 61ページにあります。

ノイズはランダムではなく、リンギングのように見えます。

• 事実上、回路は誘導ケーブルに鋭い上昇/下降負荷がかかった高周波数パルス源であり、最後に閉じたLEDの静電容量があります。

• ケーブルには、ナノヘンリー、マイクロヘンリーの範囲のインダクタンスがあります

• 静電容量はLEDあたり約数pFです

したがって、提案、答えは、PWM出力と負荷の間にローパスフィルターを追加することです。