Я бы начал с рассмотрения вашей схемы заземления. Ваш двигатель, вероятно, управляется ШИМ, быстро переключая напряжение на него и, вероятно, на частоте 50 кГц. Это означает, что иногда через двигатель протекает довольно большой ток, а через короткое время его нет. Это вызывает пару проблем.

Фильтрация источника питания

Первый шаг — убедиться, что у вас есть развязывающие конденсаторы между положительной и отрицательной сторонами батареи рядом с каждым компонентом. Они обеспечивают путь с низким импедансом для высокочастотных токов. Другими словами, они обеспечивают ближайший резерв мощности, чтобы удовлетворить внезапные потребности в токе, не переходя полностью к батарее.

Заземление

Рассмотрим эти схемы:

Здесь резисторы R1, R2 и R3 на самом деле не являются резисторами, а представляют сопротивление проводов. Я смоделировал ваш сонарный датчик как идеальный источник напряжения V1 и нарисовал операционный усилитель U1, представляющий ваш усилитель. Ваша реальная схема, конечно, сложнее, но это продемонстрирует проблему.

Рассмотрим случай BAD . Когда ваш двигатель работает, через резисторы R1 и R2 протекает сильный ток. По закону Ома на этих сопротивлениях будет падение напряжения, особенно R2. Когда двигатель включен, «земля» на V1 значительно отличается от «земли» на U1. Эти различия усиливаются U1.

Если мы изменим схему двигателя, чтобы она больше походила на ХОРОШУЮ схему, то токи двигателя по-прежнему будут вызывать падение напряжения на резисторе R1, но это в равной степени повлияет на датчик и усилитель, так что это не такая большая проблема. У R3 все еще есть потенциал, чтобы все испортить, но ток там, вероятно, невелик.

В ЛУЧШЕЙ схеме мы подключаем усилитель и датчик к общей точке, чтобы избежать и этой проблемы. Это называется звездной землей . Токи вашего датчика и усилителя, вероятно, достаточно малы, чтобы в этом не было необходимости, но в любом случае это у вас есть.

Важно помнить, что мы только что рассмотрели заземляющую сторону батареи, но те же самые соображения могут в равной степени относиться и к другой стороне батареи. Просветление приходит, когда вы думаете, 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 протекает через ваш двигатель, ток течет по петле. Ток в этой петле создает магнитное поле. По мере того, как это поле увеличивается и уменьшается за счет включения и выключения вашего двигателя с помощью ШИМ-драйвера, все остальные провода в вашей цепи будут испытывать изменение напряжения по закону индукции .

Чтобы свести к минимуму этот эффект, вы хотите, чтобы паразитные индуктивности были небольшими. Учтите, что физический ток пути должен течь от батареи через схему привода двигателя к двигателю, обратно к драйверу и обратно к батарее. Это сделает петлю. Чем больше этот контур, тем выше его индуктивность. Сделайте эту петлю как можно меньше, расположив заземление и положительный контакт аккумулятора как можно ближе друг к другу.

Сделайте то же самое для вашего датчика сонара. Кроме того, избегайте их расположения близко друг к другу или параллельно друг другу, так как это усиливает их взаимную индуктивность.

Если этого окажется недостаточно для решения проблемы, можно подумать о создании дифференциального усилителя . Я не буду подробно описывать его, так как подозреваю, что этих других изменений будет достаточно, а правильная разработка системы дифференциального усилителя достаточно сложна, чтобы заслуживать отдельного вопроса. Однако, если решить другие проблемы, хорошо спроектированный дифференциальный усилитель может подавлять шум настолько хорошо, что он может измерять действительно незначительные сигналы, скрытые в шуме, такие как электрические импульсы, генерируемые вашими нервами.