我有一个由 3.7V 聚电池供电的 RC 设备，其中包括一个电机和一个 40KHz 声纳。声纳传感器两端的电压被放大，然后经过 ADC 处理。电机由 2KHz PWM 驱动。
当电机关闭时，一切正常。当电机打开时，我在 VBAT 处有 2kHz 0.5V 的压降，很难摆脱这种情况——可能是因为电机的电线很长。我在两线电机上确实有一个二极管。
无论如何，最大的问题是我在传感器上也得到了一个 2kHz 10mV 的尖峰。这会产生干扰声纳读数的噪音。信噪比不够大。
电机关闭时的传感器噪音：
电机启动时的传感器噪音：
我无法真正改变电机线的规格，VBAT 下降不会产生任何其他问题。有没有办法避免这种噪音？
我会先考虑你的接地方案。你的电机可能是由 PWM 驱动的，快速地打开和关闭它的电压，可能是 50kHz。这意味着有时我们有相当大的电流流过电机，然后很快就没有电流了。这会导致几个问题。
第一步是确保在每个组件附近的电池正极和负极之间有去耦电容器。这些为高频电流提供了低阻抗路径。换句话说，它们提供附近的电力储备来满足突然的电流需求，而无需一直使用电池。
考虑这些电路：
这里，电阻R1、R2和R3实际上并不是电阻，而是代表导线中的电阻。我已将您的声纳传感器建模为理想电压源 V1，并在运算放大器 U1 中绘制来代表您的放大器。您的实际电路当然更复杂，但这将证明问题。
考虑BAD案例。当您的电机运行时，R1 和 R2 中会流过大电流。根据欧姆定律，这些电阻会出现电压降，最显着的是 R2。当电机开启时，V1 的“接地”与 U1 的“接地”明显不同。这些差异被 U1 放大。
如果我们将电机重新布置得更像GOOD原理图，那么电机电流仍会导致 R1 上的电压降，但这会同样影响传感器和放大器，所以这不是什么大问题。R3 仍有可能把事情搞砸，但目前可能很小。
在最好的示意图中，我们将放大器和传感器连接到一个公共点以避免这个问题，也是。这叫做星地。您的传感器和放大器电流可能足够小，因此没有必要这样做，但无论如何您都拥有它。
重要的是要记住，我们刚刚考虑了电池的接地侧，但同样的问题也同样适用于电池的另一侧。启示来自于考虑电流在哪里流动，以及在哪里测量电压，考虑该电压的参考是什么。
另一个噪声源可能是无意的电感耦合。当电流流过您的电机时，电流在一个回路中流动。该回路中的电流产生磁场。随着这个磁场通过 PWM 驱动器打开和关闭电机而增大和缩小，电路中的所有其他电线都将根据感应定律经历电压变化。
为了尽量减少这种影响，您希望保持杂散电感很小。考虑物理路径电流必须从电池流过电机的驱动电路，流向电机，返回驱动器，然后返回电池。这将形成一个循环。这个回路越大，它的电感就越高。通过使接地和正极电池连接尽可能靠近，使该回路尽可能小。
对你的声纳传感器做同样的事情。此外，避免让两者彼此靠近或平行运行，因为这会使它们的互感更强。
如果这证明不足以解决问题，您可以考虑构建一个差分放大器。我不会详细描述它，因为我怀疑这些其他更改就足够了，并且正确设计差分放大器系统非常复杂，值得提出一个问题。然而，如果其他问题得到解决，一个设计良好的差分放大器可以很好地抑制噪声，它可以测量隐藏在噪声中的真正微小的信号，比如你的神经产生的电脉冲。