Ich habe ein RC-Gerät, das von einer 3,7-V-Polybatterie gespeist wird, die einen Motor und ein 40-kHz-Sonar enthält. Die Spannung am Sonarsensor wird verstärkt und dann addiert. Der Motor wird von einer 2-kHz-PWM angetrieben.

Wenn der Motor ausgeschaltet ist, funktioniert alles gut. Wenn der Motor eingeschaltet ist, habe ich bei VBAT einen Abfall von 0,5 kV um 2 kHz und es ist schwierig, diesen zu beseitigen - wahrscheinlich wegen der langen Kabel zum Motor. Ich habe eine Diode über dem 2-Draht-Motor.

Das große Problem ist jedenfalls, dass ich auch eine 2-kHz-10-mV-Spitze am Sensor bekomme. Dies erzeugt Rauschen, das die Analyse der Sonarwerte verhindert. Das Signal-Rausch-Verhältnis ist nicht groß genug.

Sensorgeräusch bei ausgeschaltetem Motor:

Sensorgeräusch bei eingeschaltetem Motor:

Ich kann die Stärke der Motorkabel nicht wirklich ändern und der VBAT-Abfall verursacht kein anderes Problem. Gibt es eine Möglichkeit, solche Geräusche zu vermeiden?

Ich würde damit beginnen, Ihr Erdungsschema zu betrachten. Ihr Motor wird wahrscheinlich von PWM angetrieben, wodurch die Spannung schnell ein- und ausgeschaltet wird, und wahrscheinlich mit 50 kHz. Dies bedeutet, dass manchmal ein ziemlich starker Strom durch den Motor fließt und einen kurzen Moment später kein Strom. Dies verursacht einige Probleme.

Netzteilfilterung

Der erste Schritt besteht darin, sicherzustellen, dass sich in der Nähe jeder Komponente Entkopplungskondensatoren zwischen der positiven und der negativen Seite der Batterie befinden. Diese bieten einen niederohmigen Pfad für hochfrequente Ströme. Eine andere Art zu sagen, sie bieten eine Gangreserve in der Nähe, um plötzliche Strombedarf zu decken, ohne bis zur Batterie zu gehen.

Erdung

Betrachten Sie diese Schaltungen:

Hier sind die Widerstände R1, R2 und R3 eigentlich keine Widerstände, sondern repräsentieren den Widerstand in den Drähten. Ich habe Ihren Sonarsensor als ideale Spannungsquelle V1 modelliert und einen Operationsverstärker U1 zur Darstellung Ihres Verstärkers eingezeichnet. Ihre eigentliche Schaltung ist natürlich komplizierter, aber dies wird das Problem demonstrieren.

Betrachten Sie den schlechten Fall. Wenn Ihr Motor läuft, fließt in R1 und R2 ein starker Strom. Nach dem Ohmschen Gesetz wird es einen Spannungsabfall in diesen Widerständen geben, am bedeutendsten R2. Wenn der Motor eingeschaltet ist, unterscheidet sich die "Masse" an V1 erheblich von der "Masse" an U1. Diese Unterschiede werden durch U1 verstärkt.

Wenn wir den Motor so anordnen, dass er eher dem GUTEN Schema entspricht, verursachen die Motorströme immer noch einen Spannungsabfall über R1, aber dies wirkt sich gleichermaßen auf den Sensor und den Verstärker aus, sodass dies kein so großes Problem darstellt. Es gibt immer noch das Potenzial für R3, die Dinge durcheinander zu bringen, aber der Strom dort ist wahrscheinlich gering.

Im BEST- Schema verbinden wir den Verstärker und den Sensor mit einem gemeinsamen Punkt, um dieses Problem ebenfalls zu vermeiden. Dies wird als Sterngrund bezeichnet . Ihre Sensor- und Verstärkerströme sind wahrscheinlich klein genug, dass dies nicht notwendig ist, aber dort haben Sie es trotzdem.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass wir gerade die Erdungsseite der Batterie betrachtet haben, aber dieselben Bedenken können auch für die andere Seite der Batterie gelten. Die Erleuchtung ergibt sich aus der Überlegung, wo die Ströme fließen und wo Sie eine Spannung messen. Überlegen Sie, wie die Referenz für diese Spannung lautet.

Induktive Kopplung

Die andere Rauschquelle kann eine unbeabsichtigte induktive Kopplung sein. Wenn Strom durch Ihren Motor fließt, fließt Strom in einer Schleife. Strom in dieser Schleife erzeugt ein Magnetfeld. Wenn dieses Feld durch das Ein- und Ausschalten Ihres Motors durch den PWM-Treiber wächst und schrumpft, erfahren alle anderen Drähte in Ihrem Stromkreis eine Spannungsänderung durch das Induktionsgesetz .

Um diesen Effekt zu minimieren, möchten Sie Streuinduktivitäten klein halten. Beachten Sie, dass der physikalische Pfadstrom von der Batterie über die Antriebsschaltung des Motors zum Motor, zurück zum Fahrer und zurück zur Batterie fließen muss. Dies macht eine Schleife. Je größer diese Schleife ist, desto höher ist ihre Induktivität. Machen Sie diese Schleife so klein wie möglich, indem Sie die Erdungs- und Plusbatterieanschlüsse so nahe wie möglich beieinander halten.

Machen Sie dasselbe für Ihren Sonarsensor. Vermeiden Sie außerdem, dass die beiden nahe beieinander oder parallel zueinander laufen, da dies ihre gegenseitige Induktivität verstärkt.

Wenn dies nicht ausreicht, um das Problem zu beheben, können Sie einen Differenzverstärker bauen . Ich werde es nicht im Detail beschreiben, da ich vermute, dass diese anderen Änderungen ausreichen werden und der richtige Entwurf eines Differenzverstärkersystems komplex genug ist, um eine eigene Frage zu verdienen. Wenn jedoch die anderen Probleme behoben werden, kann ein gut konzipierter Differenzverstärker Rauschen so gut zurückweisen, dass er wirklich winzige, im Rauschen vergrabene Signale wie die von Ihren Nerven erzeugten elektrischen Impulse messen kann.