У меня есть RC-устройство с питанием от 3,7 В поли батареи, которая включает в себя двигатель и гидролокатор 40 кГц. Напряжение на датчике гидролокатора усиливается, а затем повышается. Двигатель приводится в движение 2 кГц ШИМ.
Когда мотор выключен, все работает хорошо. Когда двигатель включен, у меня на VBAT падение напряжения 0,5 В 2 кГц, и от этого трудно избавиться - возможно, из-за длинных проводов к двигателю. У меня есть диод через 2-х проводный мотор.
В любом случае, большая проблема заключается в том, что я также получаю всплеск 10 кВ 10 кВ на сенсоре. Это создает шум, который мешает анализировать показания сонара. Соотношение сигнал / шум недостаточно велико.
шум датчика при выключенном двигателе: 
шум датчика при включенном двигателе: 
Я не могу реально изменить калибр проводов двигателя, и падение VBAT не создает никаких других проблем. Есть ли способ, которым я мог бы избежать такого шума?
Ответы:
Я бы начал с рассмотрения вашей схемы заземления. Ваш двигатель, вероятно, приводится в движение ШИМ, быстро включая и выключая напряжение, и, вероятно, на частоте 50 кГц. Это означает, что иногда у нас довольно сильный ток, протекающий через двигатель, а затем через короткое время тока нет. Это вызывает пару проблем.
Фильтрация питания
Первый шаг - убедиться, что у вас есть разъединяющие конденсаторы между положительной и отрицательной сторонами батареи рядом с каждым компонентом. Они обеспечивают низкоимпедансный путь для высокочастотных токов. Иными словами, они обеспечивают близлежащий запас мощности для заполнения внезапных токовых потребностей, не доходя до батареи.
заземления
Рассмотрим эти схемы:
Здесь резисторы R1, R2 и R3 на самом деле не являются резисторами, а представляют сопротивление в проводах. Я смоделировал ваш гидролокатор как идеальный источник напряжения V1 и нарисовал в операционном усилителе U1 для представления вашего усилителя. Ваша фактическая схема, конечно, более сложная, но это продемонстрирует проблему.
Рассмотрим Плохой случай. Когда ваш двигатель работает, сильный ток течет в R1 и R2. По закону Ома, в этих сопротивлениях будет падение напряжения, наиболее значительно, R2. Когда двигатель включен, «земля» на V1 значительно отличается от «земли» на U1. Эти различия усиливаются U1.
Если мы перестроим двигатель, чтобы он больше походил на ХОРОШУЮ схему, то токи двигателя все равно будут вызывать падение напряжения по сравнению с R1, но это будет одинаково влиять на датчик и усилитель, так что это не такая большая проблема. У R3 все еще есть возможность испортить ситуацию, но ток там, скорее всего, невелик.
На схеме BEST мы также подключаем усилитель и датчик к общей точке, чтобы избежать этой проблемы. Это называется звездной землей . Токи вашего датчика и усилителя, вероятно, достаточно малы, так что в этом нет необходимости, но в любом случае они у вас есть.
Важно помнить, что мы только что рассмотрели заземление батареи, но эти же проблемы могут в равной степени относиться и к другой стороне батареи. Просветление приходит из рассмотрения того, куда текут токи и где вы измеряете напряжение, подумайте, что является эталоном для этого напряжения.
Индуктивная связь
Другим источником шума может быть непреднамеренная индуктивная связь. Когда ток течет через ваш двигатель, ток течет в петле. Ток в этой петле создает магнитное поле. По мере того как это поле увеличивается и сжимается при включении и выключении вашего двигателя драйвером ШИМ, все остальные провода в вашей цепи будут испытывать изменения напряжения по закону индукции .
Чтобы свести к минимуму этот эффект, вы хотите, чтобы индуктивность рассеяния была небольшой. Учтите, что ток физического пути должен протекать от батареи через схему привода двигателя к двигателю, обратно к водителю и обратно к батарее. Это сделает петлю. Чем больше эта петля, тем выше ее индуктивность. Сделайте эту петлю как можно меньше, сохраняя заземление и положительные контакты батареи как можно ближе друг к другу.
Сделайте то же самое для вашего датчика сонара. Кроме того, избегайте того, чтобы они работали близко друг к другу или параллельно друг другу, поскольку это усиливает их взаимную индуктивность.
Если этого недостаточно для решения проблемы, вы можете рассмотреть возможность создания дифференциального усилителя . Я не буду описывать это подробно, так как я подозреваю, что этих других изменений будет достаточно, и правильная разработка системы дифференциального усилителя достаточно сложна, чтобы заслуживать отдельного вопроса. Однако, если другие проблемы решены, хорошо спроектированный дифференциальный усилитель может так хорошо подавлять шум, что он может измерять действительно незначительные сигналы, скрытые в шуме, такие как электрические импульсы, генерируемые вашими нервами.
источник