¿Qué causó este ruido en estas señales de servo y cómo describo correctamente la solución?

Tenga en cuenta que no estoy pidiendo ayuda para solucionar mi problema de ruido. Ya lo he arreglado.
Esta pregunta trata más sobre la descripción del problema y el uso de la terminología correcta.

Tengo dos servos pequeños de 5V que funcionan con un suministro de banco a unos 10 cm de distancia.

Sin embargo, las señales de los dos servos son transportadas por un cable de altavoz de dos conductores a un arduino a 2,5 metros de distancia. (1 "cable" con 2 conductores, cada uno con una señal de servo, más 1 cable extra separado de 2,5 m para conexión a tierra común).

cable de altavoz

esquemático

Aquí está la salida de alcance de las señales originales:

Ruido de la señal del servo sin tapas

Observe que Signal Amuestra un pico enorme en el Signal Bborde de caída de .
El resultado fue que los servos no eran independientes y se afectaban directamente entre sí.

A continuación se muestra el resultado después de colocar tapas de cerámica de 0,1 μF entre cada señal y tierra, justo antes de los servos:

Señales de servo con tapas de filtro

Si bien signal Btodavía no es perfecto, los servos ya no parecen afectarse entre sí.

Circuito con tapas:
esquema con mayúsculas


¿Cuál sería la causa más probable del problema original y cómo describo correctamente cómo lo resuelven los condensadores?

Estoy pensando que el problema era principalmente la larga distancia. Sin embargo, dado que las señales se afectaban entre sí, me pregunto si también podría estar relacionado con que las dos señales estuvieran directamente una al lado de la otra (diafonía).

También me pregunto cómo explicar correctamente la solución utilizando la terminología correcta.
Las tapas crean un filtro de paso bajo, ¿verdad? Pero eso también "desacoplamiento"? Porque las señales parecían "acopladas" antes de agregar las mayúsculas. No estoy seguro de si llamarlos "condensadores de desacoplamiento" es correcto

Menciona las dos señales de servo, pero no menciona cómo se conecta la tierra a estos cuatro elementos: Arduino, fuente de alimentación del servo, servo1, servo2. ¿Quizás la señal del servo1 está en el cable de cobre, mientras que la señal del servo2 está en el cable de estaño? No es un buen plan.
@glen_geek: consulte el nuevo esquema. Además, ¿puede dar más detalles sobre "No es un buen plan"?
El acoplamiento capacitivo del alambre de cobre al alambre de estaño es significativo y probablemente cause el "fallo". Un mejor plan es ejecutar dos conjuntos de pares de cables para conectar Arduino a servo. Un cable del par es tierra, el otro señal. Debería volverse casi sin fallas, sin necesidad de condensadores. Pero requiere más cable.
@glen_geek - Ya veo. Entonces, ¿el acoplamiento cobre/estaño es "bueno" para el audio? Además, si tuviera dos pares de cables (cada uno con una conexión a tierra), ¿no crearía eso un bucle de conexión a tierra grande? Pensé que esos eran malos.
La diafonía entre los servos 1 y 2 es tanto inductiva como capacitiva. Los pares trenzados de 4 hilos deben aislarlos. También puede haber un cambio de tierra debido a que la corriente del motor ingresa a la tierra de la señal del servo o incluso a una diafonía. Se recomienda par trenzado al motor con estrangulador CM de ferrita en pulsos de alta corriente al motor. Es bueno que su ancho de banda sea bajo, por lo que la carga de la tapa de fuerza bruta reduce la impedancia de la fuente en el servo, lo que reduce la diafonía de la relación C de los cables de señal a la tapa de derivación.

Respuestas (2)

Esto es lo que se me ocurrió:

Sabemos que los cables largos tienen cierta resistencia R, alguna inductancia L y alguna capacitancia con respecto a otro conductor, C. Pero el problema es, ¿cómo distribuirlos?

Decidí tomar R = 1 ohm. L y C serían muy pequeños. Primero creé esos tres cables de tu diagrama. Cable de señal A, señal B y GND, respectivamente. En condiciones estables, asumí que las señales del servo generarían 5 mA, por lo tanto, una resistencia interna de 1000R. (Lo sé, lo sé, esto es solo una suposición).

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Entonces, primero, noté un posible timbre de LC:

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Así que puse este circuito (en LTSpice) y se observó un timbre.

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Lo que también observé fue esto:

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Así que creé otro circuito para obtener el efecto de acoplamiento L y esperaba que la superposición de ambos resultados me diera la respuesta correcta.

Efecto de acoplamiento L en la señal A recreado:

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Lo que creo que explica un poco lo que viste. Ahora, superpuse ambos resultados para obtener esto:

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Por supuesto, no pude volver a crear sus resultados porque creo que hay muchos más parámetros de los que he usado. Pero creo que el último resultado se parece bastante a sus observaciones.

Ahora para sus condensadores:

Creo que agregó la cantidad justa para dejar de sonar y acoplarse.

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Otro tipo de gorra:

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Tenga en cuenta que la capacitancia es tan importante como la resistencia interna (y otras características) del capacitor que agregó. Al agregar ese capacitor, también ha agregado una alta resistencia entre la línea de señal A y B.

Ah, y olvidé agregar: cuando se usa un osiloscopio, las sondas a veces obtienen resultados diferentes porque, ellas mismas, también son líneas de transmisión.

También vale la pena señalar que la forma en que realiza la medición exacerba este tipo de problemas y hace que persiga fantasmas.
¡Exactamente! Mi punto sobre las sondas de osiloscopio...

¿Qué causó este ruido en estas señales de servo?

  • El ruido en esas señales de servo podría provenir de varias fuentes:

    1. Fuerza contraelectromotriz causada por el servomotor. (Suponiendo motores con escobillas)

    2. La señal PWM y la fuerza contraelectromotriz en un cable causan interferencia electromagnética en el segundo.

  • Por ejemplo, cuando cambia el voltaje en el cable A, la fuerza contraelectromotriz del servo regresa a través del cable, pero también el cambio de voltaje en el cable A induce un cambio en el campo magnético del cable B, lo que produce un voltaje en alambre B.

    La inducción electromagnética o magnética es la producción de una fuerza electromotriz (es decir, voltaje) a través de un conductor eléctrico debido a su interacción dinámica con un campo magnético.

  • En este caso, el campo magnético del cable B produjo un voltaje en el cable A cuando cambió el campo magnético del cable B al cambiar la corriente que envió a través de él, durante el flanco descendente de B, ya que la fem inversa podría provenir de su servo cuando

  • Viceversa también parece ser el caso, aunque no explica el pico en el borde ascendente de A, que supongo que es una fem posterior.

¿Cómo describo correctamente la solución?

  • Estos condensadores son de hecho condensadores de desacoplamiento o derivación. Las señales están acopladas en el sentido de que sus señales inducen ruido entre sí. Proporcionan un bypass para cualquier pico de voltaje transitorio en la línea de señal y los envían directamente a tierra.