Tengo un dispositivo RC alimentado por una batería de polietileno de 3.7V, que incluye un motor y una sonda de 40KHz. El voltaje a través del sensor de sonda se amplifica y luego se ajusta. El motor es impulsado por un PWM de 2KHz.

Cuando el motor está apagado, todo funciona bien. Cuando el motor está encendido, tengo una caída de 2 kHz y 0.5 V en VBAT y es difícil deshacerme de esto, probablemente debido a los cables largos al motor. Tengo un diodo a través del motor de 2 hilos.

De todos modos, el gran problema es que también obtengo un pico de 2kHz 10mV en el sensor. Esto crea ruido que impide analizar las lecturas del sonar. La relación señal / ruido no es lo suficientemente grande.

ruido del sensor cuando el motor está apagado:

ruido del sensor cuando el motor está encendido:

Realmente no puedo cambiar el calibre de los cables del motor y la caída de VBAT no crea ningún otro problema. ¿Hay alguna manera de evitar ese ruido?

Empezaría considerando tu esquema de puesta a tierra. Probablemente su motor esté siendo impulsado por PWM, lo que activa y desactiva rápidamente el voltaje, y probablemente a 50 kHz. Esto significa que a veces tenemos una corriente bastante pesada que fluye a través del motor, y luego, un momento después, no hay corriente. Esto causa un par de problemas.

Filtrado de fuente de alimentación

El primer paso es asegurarse de tener condensadores de desacoplamiento entre los lados positivo y negativo de la batería cerca de cada componente. Estos proporcionan una ruta de baja impedancia para corrientes de alta frecuencia. Lo que es otra forma de decir, proporcionan una reserva de energía cercana para satisfacer las demandas repentinas de corriente sin llegar hasta la batería.

Toma de tierra

Considere estos circuitos:

Aquí, las resistencias R1, R2 y R3 no son en realidad resistencias, sino que representan la resistencia en los cables. He modelado su sensor de sonda como una fuente de voltaje ideal V1 y dibujado en un amplificador operacional U1 para representar su amplificador. Su circuito real es, por supuesto, más complicado, pero esto demostrará el problema.

Considere el caso MALO . Cuando su motor está funcionando, fluye una fuerte corriente en R1 y R2. Según la ley de Ohm, habrá una caída de voltaje en estas resistencias, más significativamente, R2. Cuando el motor está encendido, la "tierra" en V1 es significativamente diferente de la "tierra" en U1. Estas diferencias se amplifican por U1.

Si reorganizamos el motor para que se parezca más al BUEN esquema, entonces las corrientes del motor seguirán causando una caída de voltaje sobre R1, pero eso afectará al sensor y al amplificador por igual, por lo que no es tanto un problema. Todavía existe la posibilidad de que R3 arruine las cosas, pero la corriente allí probablemente sea pequeña.

En el MEJOR esquema, conectamos el amplificador y el sensor a un punto común para evitar ese problema también. Esto se llama tierra de estrellas . Las corrientes de su sensor y amplificador son probablemente lo suficientemente pequeñas como para que esto no sea necesario, pero ahí lo tiene de todos modos.

Es importante recordar que acabamos de considerar el lado de tierra de la batería, pero estas mismas preocupaciones pueden aplicarse igualmente al otro lado de la batería. La iluminación viene de considerar dónde fluyen las corrientes y dónde está midiendo un voltaje, considere cuál es la referencia para ese voltaje.

Acoplamiento inductivo

La otra fuente de ruido puede ser el acoplamiento inductivo involuntario. Cuando la corriente fluye a través de su motor, la corriente fluye en un bucle. La corriente en este circuito crea un campo magnético. A medida que este campo crece y se reduce a través de la activación y desactivación de su motor por el controlador PWM, todos los demás cables en su circuito experimentarán un cambio en el voltaje por la ley de inducción .

Para minimizar este efecto, desea mantener pequeñas inductancias perdidas. Tenga en cuenta que la corriente del camino físico debe fluir desde la batería, a través de los circuitos de conducción del motor, al motor, de regreso al conductor y de regreso a la batería. Esto hará un bucle. Cuanto más grande es este bucle, mayor es su inductancia. Haga que el bucle sea lo más pequeño posible manteniendo la tierra y las conexiones positivas de la batería lo más juntas posible.

Haga lo mismo para su sensor de sonda. Además, evite que los dos corran cerca uno del otro, o paralelos entre sí, ya que esto hace que su inductancia mutua sea más fuerte.

Si esto resulta insuficiente para abordar el problema, puede considerar construir un amplificador diferencial . No lo describiré en detalle, ya que sospecho que estos otros cambios serán suficientes, y diseñar adecuadamente un sistema de amplificador diferencial es lo suficientemente complejo como para merecer una pregunta propia. Sin embargo, si se abordan los otros problemas, un amplificador diferencial bien diseñado puede rechazar el ruido tan bien que puede medir señales realmente minúsculas enterradas en el ruido, como los impulsos eléctricos generados por los nervios.