模組介紹 : faya 電源濾波模組

學習目標 : 認識faya 電源濾波模組的功能及使用方式
學習時間 : 20 mins
示範模組 :(1) faya 電源濾波模組
                  (2) faya 串列七段顯示模組
                  (3) faya FM模組
                  (4) faya 雙聲道喇叭模組


====================功能介紹=====================
faya 電源濾波模組能夠有效阻隔電路中透過電源地線所傳送的訊號(如果是不需要的訊號，我們就叫它雜訊)，加入此模組能避免其他模組受到雜訊的干擾，使用方式很簡單，只要在產生雜訊的模組後串接此模組，就能將雜訊阻隔，避免後段的模組受影響，我們會用串列七字節顯示模組為例子示範使用方式。

====================原理知識====================

以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

faya電源濾波模組的電路圖如下所示，只有電感和電容兩個元件，，左方為輸入，右方為輸出

電路就是是一個低通濾波器，可以將不要的高頻訊號 (例如雜訊)濾除

如果套入公式，此低通濾波器的截止頻率會發生在232Hz左右 (可透過此網站，輸入電感與電容值，就能夠快速算出截止頻率與產生波德圖)

 

為什麼我們要設計這個頻段的低通濾波器呢? 原因是當我們的電路中，如果同時擁有類比和數位電路時，如果類比訊號的"地"和數位訊號的"地"沒有分開，此時，數位端產生的高頻訊號，就會透過地線影響類比訊號，我們會在底下的範例做示範。

示範之前需要先提一下faya串列七字節模組，此模組使用了MAX7219，會自動掃描四位數的七字節LED，掃描的頻率約800Hz左右。當單獨使用此模組時，不會有任何的異常感覺，但是當搭配到類比電路時，此掃描訊號會透過電源的地線和類比訊號混合，如果接上具有音頻放大器的喇叭，輸出就會產生明顯的高頻掃描音。

====================範例實作(一)====================

了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:

(1) 學習電源濾波模組的使用方式

接線:

幾個模組的連接方式如下圖所示，注意到faya電源模組是故意先不連接的，電源連接的說明請看這篇文章 或簡易版。 訊號線只連接Aruino的D10,D11,D12到七段顯示器的LOAD, CLK, Din，目的是為了利用程式啟動七段顯示器，產生掃描的功能，七段顯示器會重複從0000數到9999，我們這個範例就不介紹程式了，大家可以參考[faya串列七段顯示模組]這篇教學文章。

圖中可以發現模組供電的順序為brickNano => 七段顯示模組 => FM模組 => 雙聲道喇叭模組。由於[串列七段顯示模組]會產生掃描頻率，他會隨著地線干擾到之後的[FM模組]和[雙聲道喇叭模組]。又由於FM模組需要一條音源線將音源訊號連到喇叭，此音源線的地端和電源線的地端是短路的，因此[串列七段顯示模組]產生的掃描頻率就會沿著音源線灌到雙聲道喇叭模組的放大器，將訊號放大，在喇叭端會明顯地聽到此掃描音。

解決的方式就是在[串列七段顯示模組]之後，馬上加一個[電源濾波模組]，將掃描訊號隔絕，然後在將乾淨的電源連到下一模組，如下圖所示。

 範例結果:

               

討論:

• 串列七段顯示模組裡面的MAX7219製造出的掃描訊號，透過電源的地線傳給了後段的模組。
• 音源線製造了一條路線，讓掃描訊號有機會跑到喇叭端，我們透過濾波器模組將掃描訊號影響別的模組之前，先把它抑制了。
• 有效的模組安排位置/順序，也可以多少抑制數位訊號所產生的影響，如下圖所示，大家可以想想看為什麼!

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