Jeg arbejder på integrationen af en sensor i en bilplatform ved hjælp af en standard 12v negativ chassisopsætning. Jeg prøver at forstå et noget mytisk fænomen, der opleves kendt som “jordskift”. Jeg har ikke været i stand til at forklare dette, men min intuition antyder, at dette er rimeligt.
Den måde, det er blevet “forklaret” er som sådan : to jordhenviste punkter på køretøjet kan holdes med et andet potentiale i noget uspecificeret tid på grund af en eller anden form for interferens fra nabokomponenter eller komponenter, der deler en fælles jordforbindelse “stud”.
For eksempel , når ABS aktiveres, og en betydelig mængde strøm (i nogle tilfælde hundreder af forstærkere) sænkes ned i en bestemt jordknop, bliver jordingspunktet en ustabil reference. Andre komponenter, der er knyttet til denne stud, kan opleve spændingssvingninger på deres indgangsstifter.
Mit spørgsmål er dette: er dette fænomen noget, der virkelig eksisterer, eller er det simpelthen en intern “old wives story” med ringe eller ingen basis?
Hvis den findes, hvordan kan den karakteriseres, og hvor kan jeg lære mere? Hvad er de grundlæggende elektriske principper, der spiller her? Kan det reduceres til et repræsentativt model kredsløb? Eventuelle oplevelser vil blive værdsat.
Kommentarer
- Jordskift findes ikke kun ved jævnstrøm, men vekselstrøm i spændingsfald fra boliger til udvendige jordede neutrale og pulserende støjstrømme til jord i hvert linjefilter såvel som Logiske IC ‘ s med induktive grunde og enten store jævnstrømme eller stor LdI / dt spændingsstigning af den lokale jord (normalt i mV med jord plan) Induktans korrelerer med fysiske billedformater og længder af lederen f.eks 2,6 nH / cm for en firkantet flad PCB-leder til 3 uH for en 2m x 2mm leder
- Er det ironisk, at Henry ‘ navn er induktansenhederne der kan forårsage forbigående jordforskydning ud over ohm.
- Denne effekt kaldes jordbounce
- Det er en af de nr. 1-effekter, der skal bekæmpes i præcise analoge kredsløb.
Svar
Mit spørgsmål er dette: er dette fænomen noget der virkelig eksisterer, eller er det simpelthen en intern “gammel kones fortælling” med ringe eller intet grundlag?
Nå, gør matematikken. Hvis du synker lad os sige 100 A i en stålleder med lad os sige 50 mm² diameter, hvad er spændingen over 10 cm for den leder på grund af ohmsk modstand?
Så ja, Ohm har ret, og hvis du lægger en masse strøm igennem noget, der ikke er en superleder, vil der være en potentiel forskel.
Hvad er de grundlæggende elektriske principper, der spiller her?
Ohms lov
Desuden er din ABS-eksemplet fremhæver et andet aspekt: Hvis du “har noget, der er en skiftet belastning, lægger du ikke en jævnstrømsbelastning på din jordleder, men (også) en vekselstrømsbelastning.
Modstanden for vekselstrøm er ikke i sagens natur det samme som for jævnstrøm – for eksempel har en ideel spole 0 Ω modstand for jævnstrøm, men for vekselstrøm har den \ $ j \ omega L \ $ Ω – dvs. jo højere frekvens, jo højere er effektiv modstand.
Sådanne reaktive egenskaber afhænger af din lederes geometriske form – du har måske endda uheld og på grund af elegant rammer en resonansfrekvens for hele batteriet – forsyningskabel – belastning – chassisretursystem får du en spænding ekstrem med nøjagtig den frekvens, din ABS fungerer på.
Kommentarer
- Tak for input! Dette giver meget mening og er langt mere simpelt, end jeg havde forventet. Hvor ville kapacitansen blive modelleret i dette?
Svar
Det, du beskriver, som jeg forstår, ser ud helt rimelig. Jordreferencer kan ofte ændre sig på grund af en betydelig strømgennemstrømning og begrænsede modstande hos de ledere, der er i brug. Dette skyldes simpelthen loven om Ohms.
Hvis du kan tegne en analogi mellem forskellige dele på dine bilers chassis til forskellige punkter på en længde af PCB-spor, kan vi sammenligne dette med jordingsteknikker, der anvendes i PCB-design og layout. Du kan studere dette yderligere ved at undersøge forskellige jordingsordninger, der bruges i printkortdesign. Overvej et stjernebaseret jordforbundet skema, der bruges til at undgå nøjagtigt det, du beskriver, omend i meget mindre skala. 
Hvis du forankrer alle punkter i denne konfiguration, den aktuelle flow på grund af en af disse forbindelser kan “løfte” skinnen med et beløb svarende til Iin * Rconductor, men da alle andre forbindelser på den node ser den samme ændring, er ting måske ikke så dårlige, i det mindste hvad angår relative målinger . Imidlertid kan en pludselig udsving i skinnerne stadig medføre instrumenteringsproblemer, dvs.en fælles parameter i enheder som opamps og ADCer er det såkaldte afvisningsforhold for strømforsyning , der er specificeret til at tage højde for disse forekomster .
EDIT 1:
Her er et andet billede, der illustrerer pointen. De nøjagtige enheder på billedet kan ignoreres og betragtes som alt hvad du virkelig kan lide: 
Kommentarer
- Bemærk, at dit eksempel på ” korrekt jordforbindelse ” er helt uegnet til biler: du vil ikke ‘ t vil have nogen følsom elektronik til at dele den aktuelle sti med generatoren.
- @Henry, I ‘ vil vædde mange ” underlige ” auto elektriske problemer er løst ved blot at identificere chassisjord punkter og derefter rengøring og stramning igen. Efter 100 år forventer jeg ‘ at -ve-returvejene til batteriet er nøje udarbejdet. Jeg ‘ vil ikke designe en bil ‘ s jordvej fra bunden.
- Aftalt. Dette var ikke beregnet til at være en vejledning om ideelle ledningsføringer til biler. Billedet forklarer snarere, hvordan strømmen kan føre til, at enheder på den samme bus har forskellige referencer …
- Selv i din ” korrekt jordforbindelse ” eksempel, følsomme enheder vil se jordskift som et resultat af høj strøm gennem den delte jordlinje. En bedre måde at afbøde jordskift på (forudsat at du ‘ sidder fast med en given trådmåler) er faktisk at placere de mest følsomme enheder tættest på strømkilden – for at minimere længden af delt jordledning mellem den følsomme enhed og strømkilden. I sidste ende er den bedste løsning at vælge ledningsmålere, der understøtter den strøm, du har til hensigt at føre igennem dem.
- Læs venligst mit svar. Det siger jeg netop. Enheder udviser stadig et jordskift i stjernejordforbindelse, men det er ens for alle enheder, da de deler en længde af jordlinjen.
Svar
Dette er veldokumenteret>” fortælling om gamle koner? IKKE. Alt hvad du altid har ønsket at vide om …. Kabler til køretøjer, men var bange for at spørge … …….
Problemet er skalerbart fra nanostørrede spor til motordrevne køretøjer. For at forbedre immuniteten bruger man ofte snoet differentieret strømforsyning, hvilket betyder separat retur til batteriet og til sensing bruger afbalancerede snoede differentiale indgange. Problemet i den aktuelle sløjfe er kobling til ubalancerede indgange oversætter common mode støj (CM) til et differentielt mode (DM) signal. Valget om at bruge et jordplan såsom bilchassis eller separate ledninger afhænger meget af kurlængde, strømniveau og interferens.
For eksempel er de fleste bilbatterier i nærheden af starteren, men i mange tyske køretøjer (GLK350) er b Atteri er placeret under bageste gulvbræt, men motoren stopper og starter ved hvert rødt lys. Så hvilken grund antager du, at de plejede at skifte flere hundrede ampere?
Flere tekniske detaljer på IC-niveau gælder også.
- Jeff Barrow, “” [ http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.pdf Reduktion af Ground Bounce] “”, (2007), analoge enheder
- Vikas Kumar, “” [ http://www.eetimes.com/electronics-news/4196917/Ground-Bounce-Primer Ground Bounce Primer] “”, (2005), TechOnLine (nu EETimes).
- “” [ http://www.pericom.com/assets/App-Note-Files/AN005.pdf Ground Bounce i 8-bit højhastighedslogik] “”, Pericom-applikation Bemærk.
- “” [ http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-640.pdf AN-640 Forståelse og minimering af jordbounce] ” “, (2003) Fairchild Semiconductor, applikationsnote 640.
- ” “[ http://www.altera.com/literature/wp/wp_grndbnce.pdf Minimering af Ground Bounce & VCC Sag] “”, hvidbog, (2001) Altera Corporation.
- “” [ http://www.ultracad.com/articles/g_bounce.pdf Ground Bounce del-1 og del-2 af Douglas Brooks] “”, Artikler, Ultra Cad Design.
Svar
Samme gremlin spawner, andet navn
Det “jordskift” -fænomen, du henviser til, er simpelthen en anden manifestation af, at ledere har en ikke-nul-impedans, så når to strømme deler en returvej, falder spændingen over det retur sti er (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. EEer, der arbejder på mindre skalaer, kender denne gremlin-spawner som “fælles impedanskobling”, men det er virkelig den samme ting, som vist i skemaet nedenfor.
simuler dette kredsløb – Skematisk oprettet ved hjælp af CircuitLab
Bemærk, at noden med navnet GND er en fuld volt væk fra batteriet negativt! Dette er tydeligvis ikke godt, hvis vores følsomme kredsløb til venstre ikke tåler forskydningen, eller værre, hvis Ibigload virkelig er en tidsvarierende belastning, så vores følsomme del ser en GND, der varierer mellem tæt på det faktiske 0V-punkt, dvs. batteriets negative og en fuld volt væk fra det!
Løsningen i et lavfrekvent miljø er at stjernejord følsomme kredsløb tilbage til et enkelt, forudbestemt 0V-punkt med deres eget ledning eller spor som vist nedenfor, således at eventuelle høje strømme, der strømmer i andre dele af jordforbindelsessystemet, ikke kan forstyrre driften af det følsomme kredsløb. Desværre er dette ikke praktisk for ethvert kredsløb i et helt køretøj af mekaniske årsager og omkostninger til kobber, så bilelektronikdesignere arbejder det bedst muligt ved at designe robuste strømindgangskredsløb og bære signalreferencer med følsomme signaler i stedet at stole på, at chassiset vender tilbage til dem.
Svar
Du har de samme risici på et printkort. Standard tykkelse kobberfolie (1 ounce / fod ^ 2), der er 35 mikron eller 1,4 mils tyk, har modstand på 0,0005 ohm eller 500 mikro ohm pr. kvadrat. Enhver størrelse kvadrat. Målt fra modsatte sider af kvadratet og berører langs siderne .
Således er en forstærker gennem 1 kvadrat folie 500 mikrovolt. Eller 0,5 uV for 1 mA.
Imidlertid flytter en milliampe fra side til side af et firkantet printkort, støder på meget mere end 500 mikro Ohm, fordi strømmen skal spredes ud fra det indledende 1 mm indgangspunkt, og koncentrer dig derefter igen for at afslutte et udgangspunkt på 1 mm.
Få en kvadrillepude, udpeg en firkant i midten som “aktuelt indgangspunkt”, og skit hvordan strømmen spredes ud i de OTTE firkanter, der omgiver indgangspladsen. Og hvordan 5 * 5-gitteret, der omgiver 3 * 3, giver endnu mindre modstand, men stadig er modstandsdygtig, ved 500 mikroOhm / kvadrat.
simuler dette kredsløb – Skematisk oprettet ved hjælp af CircuitLab
Hvilken spænding ud af OA2?
Model den kantkant spænding som $$ 1.25mV / (20Sqr + 10sqr + 15sqr) ) $$ $$ = 1.25mV / 45sqr = 30uV / sqr $$ og vores OA2-probe-tip er 1 cm (1sqr) fra hinanden. Forvent 30uV * 1.000x = 30 milliVolt ud af OA2.