Desacoplamiento de sensores y reducción de ruido

Tengo una placa Arduino UNO y quería diseñar un 'escudo de sensor' simple, ya que todos los sensores simples tienen 3 pines (es decir, SIG-5V-GND) y es conveniente conectarlos directamente, y eso es donde las cosas se pusieron feas.

A continuación puedes ver mi diseño muy básico,

ingrese la descripción de la imagen aquí

Como puede imaginar, hay 'mucho' ruido (con 1 rango IR y 3 sensores ultrasónicos). Me las arreglé para reducir algunas de las lecturas erróneas en el lado del software, pero está claro que también tengo que hacer algunas modificaciones de hardware.

Muchas personas que tuvieron problemas similares aconsejan acoplar cada IC adicional con un límite de 100nF.

Mi pregunta es;

  • ¿Debería desacoplar cada línea con su propio límite de 100nF, o hay una solución más ordenada?
  • Además, estos sensores están conectados a mi arduino con un cable de 15-20 cm (restricciones de diseño físico). Debido a esto, ¿debo tomar medidas adicionales también?

EDITAR: Sensores que estoy usando

¿Ruido analógico o ruido digital? ¿Qué frecuencia de señal?
Ruido digital @ pjc50, hago ping en mis sondas unas 20 veces por segundo. A veces dan lecturas falsas de 0 (estas lecturas falsas aumentan a medida que conecto varios sensores). También pensándolo bien, ¡mis sensores UV analógicos también dan resultados exagerados de vez en cuando!
Puede colocar un capacitor a granel de aproximadamente 10uF en la entrada, luego agregar un capacitor de desacoplamiento de 100nF cerca de cada IC. Eso le daría un riel de poder claro para trabajar. Además, podría crear un plano de tierra en la capa inferior, si está trabajando con un diseño de doble cara, lo que mejorará mucho la integridad de la señal.
@abdullahkahraman gracias, si pudiera publicar esto como respuesta, me complacería marcarlo. también, ¿qué piensas sobre el cable largo, debo tomar precauciones adicionales?
@IsmailKuruca Puedo decir más al respecto si brinda información sobre sus sensores.
@abdullahkahraman agregó enlaces para los sensores que estoy usando.
Parece que realmente se esforzó por no conectar la alimentación a los sensores en A0 a A5 directamente. 5V está bien, pero inunde el cobre de 0V en esa capa de PCB, incluso si es de un solo lado. Tal vez también ingrese a los 5V con una resistencia en serie que no pierda demasiado voltaje al alimentar los sensores (<10 ohmios para una estimación del primer paso) y desacople el lado del sensor de los 5V con cerámica 10uF y 1nF en paralelo.

Respuestas (1)

Sus sensores son en realidad placas de circuito que procesan la salida del sensor y le brindan señales fáciles de entender e implementar. Lo he comprobado, y estas placas incluyen sus condensadores a granel y de desacoplamiento.

Una cosa a mejorar es la calidad de conexión a tierra. Para hacer eso, tienes que mejorar la impedancia de las pistas de tierra. En bajas frecuencias, la impedancia de tierra está dominada por la resistencia, sin embargo, cuando la frecuencia sube, la inductancia se activa y domina la impedancia.

Una forma de hacer que la impedancia de tierra sea baja a altas frecuencias es mediante condensadores de derivación que se colocan muy cerca de los pines de suministro. Como ya tiene unos 20 cm de cables, no puede hacer mucho por la alta frecuencia en su placa. Pero al menos puede aislar el ruido de la placa como se indica a continuación.

Hay un par de cosas que me vienen a la mente que reducirán el ruido general:

Agregue un condensador a granel:

Coloque un capacitor electrolítico que tenga un valor de aproximadamente 10uF a 220uF de ancho GNDy +5V. Esto le dará una potencia más limpia y espacio para las corrientes de entrada. Dado que los condensadores tienen una resistencia en serie relativamente baja, pueden generar corrientes más altas, por supuesto limitadas con su almacenamiento. Además, la conexión de un capacitor cerámico de 100 nF con este capacitor a granel filtrará el contenido de alta frecuencia y desacoplará el "escudo del sensor" de Arduino.

Agregue condensadores de desacoplamiento a los sensores:

Los sensores pueden incluir circuitos digitales que pueden generar contenido de alta frecuencia, gracias a las ondas cuadradas. No puede dar a estos sensores rutas de alimentación de baja impedancia debido a los cables ya largos, sin embargo, puede limitar el contenido de alta frecuencia que proviene de estos sensores a su placa.

Puede agregar algunos capacitores cerámicos de 100 nF entre Vcc y GND de estos sensores y el contenido de alta frecuencia proveniente de los sensores se acortará a GND con la ayuda de los capacitores. En otras palabras, vas a desacoplar tus sensores de tu placa. Haga que estos condensadores estén lo más cerca posible de los pines de alimentación de cada sensor. Puede usar un condensador en común para sensores muy cercanos.

Haz que la traza del suelo gane peso:

Cuando un rastro se pone en marcha, su resistencia cae más bajo. Haz que el trazo del suelo sea lo más grueso que puedas. O mejor, como Andy akase sugiere, haga un relleno de suelo, o un plano de suelo, dependiendo de cómo lo llame su software CAD.

Además, no hay nada que lo impida hacer que la traza Vcc sea más gruesa y de menor impedancia.

Un pequeño detalle es torcer esos cables largos para que estén todos cerca del cable GND.

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