Fenomeno di spostamento del suolo automobilistico

Sto lavorando sull'integrazione di un sensore in una piattaforma automobilistica, usando una configurazione standard negativa del telaio 12v. Sto cercando di capire un fenomeno alquanto mitico conosciuto come "spostamento del terreno". Non sono stato in grado di spiegarlo, ma la mia intuizione suggerisce che questo è ragionevole.

Il modo in cui è stato "spiegato" è come tale: due punti di riferimento a terra sul veicolo possono essere mantenuti con un potenziale diverso per un certo periodo di tempo non specificato a causa di una qualche forma di interferenza da componenti vicini o componenti che condividono un perno comune di messa a terra " ".

Ad esempio, quando l'ABS viene azionato e una quantità significativa di corrente (centinaia di ampere in alcuni casi) viene affondata in un perno di terra particolare, il punto di messa a terra diventa un riferimento instabile. Altri componenti collegati a questo perno potrebbero presentare oscillazioni di tensione sui loro pin di ingresso.

La mia domanda è questa: questo fenomeno è qualcosa che esiste davvero, o è semplicemente una "vecchia storia di mogli" interna con poca o nessuna base?

Se esiste, come può essere caratterizzato e dove posso saperne di più? Quali sono i principi elettrici fondamentali in gioco qui? Può essere ridotto a un circuito modello rappresentativo? Qualsiasi esperienza sarebbe apprezzata.

La mia domanda è questa: questo fenomeno è qualcosa che esiste davvero, o è semplicemente una "vecchia storia di mogli" interna con poca o nessuna base?

Bene, fai i conti. Se affondi diciamo 100 A in un conduttore in acciaio del diametro di 50 mm², qual è la tensione superiore a 10 cm di quel conduttore a causa della resistenza ohmica?

Quindi sì, Ohm ha ragione, e se metti molta corrente attraverso qualcosa che non è un superconduttore, ci sarà una potenziale differenza.

Quali sono i principi elettrici fondamentali in gioco qui?

Legge di Ohm

Inoltre, il tuo esempio ABS evidenzia un altro aspetto: se hai qualcosa che è un carico commutato, non stai caricando un carico CC sul conduttore di terra, ma (anche) un carico CA.

La resistenza per AC non è intrinsecamente la stessa di DC - ad esempio, una bobina ideale ha una resistenza di 0 Ω per DC, ma per AC, ha $j\omega L$

Tali proprietà reattive dipendono dalla forma geometrica del conduttore - potresti anche avere sfortuna e, a causa del colpire elegantemente una frequenza di risonanza dell'intera batteria - cavo di alimentazione - carico - sistema di ritorno del telaio, ottieni un estremo di tensione esattamente alla frequenza il tuo ABS lavora a.

Quello che stai descrivendo, a quanto ho capito, sembra del tutto ragionevole. I riferimenti a terra possono spesso cambiare a causa del flusso di corrente sostanziale e delle resistenze finite dei conduttori in uso, semplicemente per via della legge di Ohm.

Se riesci a tracciare un'analogia tra parti diverse sul telaio della tua auto in punti diversi su una lunghezza della traccia PCB, possiamo confrontarla con le tecniche di messa a terra utilizzate nella progettazione e nel layout del PCB. Puoi studiarlo ulteriormente esaminando diversi schemi di messa a terra utilizzati nella progettazione di PCB. Considera uno schema basato su stelle usato per evitare esattamente ciò che stai descrivendo seppure su una scala molto più piccola.

Se si effettua la messa a terra di tutti i punti in questa configurazione, il flusso di corrente dovuto a una di quelle connessioni può "sollevare" quel binario di una quantità pari a Iin * Rconductor, ma poiché tutte le altre connessioni su quel nodo vedono lo stesso cambiamento, le cose potrebbero non essere male, almeno per quanto riguarda le misurazioni relative. Tuttavia, un'improvvisa fluttuazione delle rotaie può ancora causare problemi nella strumentazione, ovvero un parametro comune in dispositivi come opamp e ADC è il cosiddetto rapporto di rifiuto dell'alimentazione , specificato per tenere conto di queste istanze.

MODIFICA 1:

Ecco un'altra foto, che illustra il punto. I dispositivi esatti nella foto possono essere ignorati e pensati come qualsiasi cosa ti piaccia davvero:

Questo è ben documentato> "racconto di vecchie mogli? NO. Tutto quello che avresti sempre voluto sapere su ... Cablaggio dei veicoli ma hai avuto paura di chiedere ..........

Il problema è scalabile da binari nanosized a veicoli a motore. Per migliorare l'immunità, si utilizza spesso un'alimentazione differenziale distorta di energia, il che significa rendimenti separati della batteria e per il rilevamento si utilizzano input differenziali bilanciati bilanciati. Il problema nel loop corrente è l'accoppiamento in ingressi non bilanciati che traduce il rumore di modo comune (CM) in un segnale di modo differenziale (DM). La scelta di utilizzare un piano di massa come il telaio dell'auto o cavi separati dipende in gran parte dalla lunghezza del percorso, dal livello di corrente e dalle interferenze.

Ad esempio, la maggior parte delle batterie per auto si trova vicino all'avviamento, ma in molti veicoli tedeschi (GLK350), la batteria si trova sotto il pianale posteriore, ma il motore si ferma e si avvia ad ogni luce rossa. Quindi quale terreno pensi abbiano usato per cambiare diverse centinaia di ampere?

Si applicano anche ulteriori dettagli tecnici a livello di IC.

• Jeff Barrow, '' [ http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.pdf Reducing Ground Bounce] '', (2007), Analog Devices
• Vikas Kumar, '' [ http://www.eetimes.com/electronics-news/4196917/Ground-Bounce-Primer Ground Bounce Primer] '', (2005), TechOnLine (ora EETimes).
• '' [ http://www.pericom.com/assets/App-Note-Files/AN005.pdf Ground Bounce in Logica ad alta velocità a 8 bit] '', Nota applicativa Pericom.
• '' [ http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-640.pdf AN-640 Comprensione e minimizzazione del rimbalzo del suolo] '', (2003) Fairchild Semiconductor, Nota applicativa 640.
• '' [ http://www.altera.com/literature/wp/wp_grndbnce.pdf Riduzione al minimo del rimbalzo del terreno e VCC Sag] '', White Paper, (2001) Altera Corporation.
• '' [ http://www.ultracad.com/articles/g_bounce.pdf Ground Bounce parte 1 e parte 2 di Douglas Brooks] '', Articoli, Ultra Cad Design.

Stesso spawner gremlin, nome diverso

Il fenomeno dello "spostamento di massa" a cui si fa riferimento è semplicemente un'altra manifestazione dei conduttori di fatto che hanno un'impedenza diversa da zero, quindi quando due correnti condividono un percorso di ritorno, la caduta di tensione attraverso quel percorso di ritorno è (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. Gli EE che lavorano su scale più piccole conoscono questo gremlin-spawner come "accoppiamento di impedenza comune", ma è davvero la stessa cosa, come mostrato nello schema seguente.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Si noti che il nodo chiamato GND è a un volt di volt negativo dal negativo della batteria! Questo chiaramente non va bene se i nostri circuiti sensibili a sinistra non possono tollerare l'offset, o peggio, se Ibigload è davvero un carico che varia nel tempo, quindi la nostra parte sensibile vede un GND che varia tra vicino al punto 0V effettivo cioè la batteria negativa e un volt di voltaggio lontano da essa!

La soluzione in un ambiente a bassa frequenza è di ricondurre i circuiti sensibili a terra su un singolo punto 0 V predeterminato con il proprio filo o traccia come illustrato di seguito, in modo che eventuali correnti elevate che scorrono in altre parti del sistema di messa a terra non possano interferire con il funzionamento del circuito sensibile. Sfortunatamente, questo non è pratico per ogni circuito di un intero veicolo per ragioni meccaniche e di costo del rame, quindi i progettisti di elettronica automobilistica lavorano intorno a esso il meglio che possono progettando robusti circuiti di ingresso di potenza e portando invece riferimenti di segnale con segnali sensibili di fare affidamento sul ritorno del telaio per loro.

^{simula questo circuito}

Hai gli stessi rischi su un PCB. La lamina di rame di spessore standard (1 oncia / piede ^ 2), con uno spessore di 35 micron o 1,4 mils, ha una resistenza di 0.0005 ohm o 500 micro Ohm, per quadrato. Quadrato di qualsiasi dimensione. Misurato dai lati opposti del quadrato, contattando tutti i lati.

Quindi un amplificatore, attraverso 1 quadrato di foglio, è di 500 microVolt. O 0,5 uV per 1 mA.

Tuttavia, un milliampere, che scorre da un lato all'altro di un PCB quadrato, incontra molto più di 500 micro Ohm, perché la corrente deve diffondersi dal punto iniziale di 1 mm di ingresso, quindi concentrarsi nuovamente per uscire da un punto di uscita di 1 mm .

Prendi un quadrilatero, designa un quadrato al centro come "punto di ingresso corrente" e disegna come si diffonde la corrente, negli OTTO quadrati che circondano il quadrato di entrata. E come la griglia 5 * 5, che circonda il 3 * 3, offra ancora meno resistenza ma sia ancora resistiva, a 500 microOhm / quadrato.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Quale tensione da OA2?