Pracuję nad integracją czujnika z platformą samochodową przy użyciu standardowej konfiguracji podwozia z ujemnym napięciem 12 V. Próbuję zrozumieć nieco mityczne zjawisko, które jest doświadczane jako „przesunięcie gruntu”. Nie byłem w stanie tego wyjaśnić, ale moja intuicja sugeruje, że jest to rozsądne.
Sposób, w jaki zostało to „wyjaśnione”, jest taki : dwa punkty odniesienia do masy w pojeździe mogą być utrzymywane z pewnym różnym potencjałem przez pewien nieokreślony czas z powodu jakiejś formy zakłóceń ze strony sąsiednich komponentów lub komponentów dzielących wspólny „kołek” uziemienia.
Na przykład Gdy ABS jest uruchamiany i znaczna ilość prądu (w niektórych przypadkach setki amperów) jest wpuszczana do określonego kołka uziemiającego, punkt uziemienia staje się niestabilnym punktem odniesienia. Inne komponenty podłączone do tego kołka mogą doświadczać wahań napięcia na swoich pinach wejściowych.
Moje pytanie brzmi: czy to zjawisko jest czymś, co naprawdę istnieje, czy jest to po prostu wewnętrzna „opowieść o starych żonach”
Jeśli istnieje, jak można go scharakteryzować i gdzie mogę dowiedzieć się więcej? Jakie są tutaj podstawowe zasady elektryczne? Czy można to zredukować do reprezentatywnego obwodu modelowego? Wszelkie doświadczenia byłyby mile widziane.
Komentarze
- Przesunięcie uziemienia występuje nie tylko przy prądzie stałym, ale także przemiennym przy spadku napięcia w budynkach mieszkalnych przy zewnętrznych uziemionych prądach neutralnych i pulsujących szumach do uziemienia w każdym filtrze liniowym, a także układ logiczny ' z uziemieniem indukcyjnym i dużymi prądami stałymi lub dużym wzrostem napięcia LdI / dt lokalnej masy płaszczyzna) Indukcyjność koreluje ze współczynnikami kształtu fizycznego i długościami przewodnika, np 2,6 nH / cm dla kwadratowego płaskiego przewodu PCB do 3 uH dla przewodu 2m x 2mm
- Czy to ironiczne, że Henry ' nazywa jednostki indukcyjności które mogą powodować przejściowe przesunięcie uziemienia oprócz om.
- Ten efekt nazywa się odbiciem gruntu.
- Jest to jeden z efektów nr 1 do zwalczania w precyzyjnych obwodach analogowych.
Odpowiedź
Moje pytanie brzmi: czy to zjawisko jest naprawdę istnieje, czy jest to po prostu wewnętrzna „opowieść o starych żonach” bez żadnych podstaw?
Cóż, zróbmy matematykę. Jeśli zatopimy, powiedzmy, 100 A w stalowym przewodniku o średnicy, powiedzmy 50 mm², jakie jest napięcie na 10 cm tego przewodnika ze względu na rezystancję omową?
Więc tak, Ohm ma rację. Jeśli przepuścisz dużo prądu przez coś, co nie jest nadprzewodnikiem, wystąpi różnica potencjałów.
Jakie są tutaj podstawowe zasady elektryczne?
Prawo Ohma
Ponadto, twoje Przykład ABS podkreśla inny aspekt: jeśli masz coś, co jest przełączanym obciążeniem, nie umieszczasz obciążenia DC na przewodniku uziemiającym, ale (także) obciążenie AC.
Rezystancja dla AC nie jest z natury taki sam jak dla DC – na przykład idealna cewka ma rezystancję 0 Ω dla prądu stałego, ale dla prądu przemiennego ma \ $ j \ omega L \ $ Ω – czyli im wyższa częstotliwość, tym wyższa skuteczność odporność.
Takie właściwości reaktywne zależą od geometrycznego kształtu twojego przewodnika – możesz nawet mieć pecha, a dzięki eleganckiemu uderzeniu w częstotliwość rezonansową całego akumulatora – kabel zasilający – obciążenie – układ powrotu obudowy, otrzymujesz ekstremalne napięcie przy dokładnie takiej częstotliwości, z jaką pracuje Twój ABS.
Komentarze
- Dziękujemy za informację! Ma to sens i jest o wiele prostsze, niż się spodziewałem. Gdzie byłaby w tym modelowana pojemność?
Odpowiedź
Jak rozumiem, to, co opisujesz, wydaje się całkowicie rozsądne. Odniesienia do uziemienia mogą się często zmieniać z powodu pewnego znacznego przepływu prądu i skończonych rezystancji używanych przewodników. Jest to po prostu z powodu prawa Ohma.
Jeśli możesz narysować analogię między różnymi częściami podwozia twojego samochodu, punktów na długości śladu PCB, możemy to porównać do technik uziemienia stosowanych w projektowaniu i układaniu PCB. Możesz zbadać to dalej, przyglądając się różnym schematom uziemienia używanym w projektowaniu PCB. Rozważmy schemat uziemiony oparty na gwiazdach, używany do unikania tego, co opisujesz, choć na znacznie mniejszą skalę. 
Jeśli uziemisz wszystkie punkty w tej konfiguracji, przepływ z powodu jednego z tych połączeń może „podnieść” tę szynę o wartość równą Iin * Rconductor, ale ponieważ wszystkie inne połączenia w tym węźle widzą tę samą zmianę, rzeczy mogą nie być takie złe, przynajmniej jeśli chodzi o pomiary względne . Jednak nagła fluktuacja szyn może nadal powodować problemy z oprzyrządowaniem, tj.Częstym parametrem w urządzeniach takich jak wzmacniacze operacyjne i przetworniki ADC jest tak zwany współczynnik odrzucenia zasilania , określony w celu uwzględnienia tych przypadków .
EDYCJA 1:
Oto kolejne zdjęcie ilustrujące ten punkt. Dokładne urządzenia na obrazku można zignorować i traktować je jako wszystko, co naprawdę lubisz: 
Komentarze
- Zwróć uwagę, że przykład ” prawidłowego uziemienia ” jest całkowicie nieodpowiedni dla samochodów: nie ' nie chcesz, aby jakakolwiek wrażliwa elektronika dzieliła bieżącą ścieżkę z alternatorem.
- @ Henry, ja ' ll bet dużo ” dziwne ” problemy z elektrycznością zostały rozwiązane po prostu poprzez zidentyfikowanie uziemienia obudowy punktów, a następnie wyczyścić i ponownie dokręcić. Po 100 latach ' spodziewam się, że -ve ścieżki powrotu baterii zostały dokładnie opracowane. ' nie chcę projektować od zera ścieżki naziemnej samochodu '.
- Zgoda. Nie miał to być samouczek dotyczący idealnego okablowania samochodowego. Obraz wyjaśnia raczej, w jaki sposób przepływ prądu może prowadzić do urządzeń na tej samej magistrali, które mają różne odniesienia …
- Nawet w Twoim ” prawidłowym uziemieniu „, wrażliwe urządzenia zobaczą przesunięcie uziemienia w wyniku dużego prądu płynącego przez wspólną linię uziemienia. Lepszym sposobem na złagodzenie przesunięcia uziemienia (zakładając, że ' utkniesz przy danym przekroju przewodu) jest w rzeczywistości umieszczenie najbardziej wrażliwych urządzeń najbliżej źródła zasilania – aby zminimalizować długość wspólnego przewód uziemiający między czułym urządzeniem a źródłem zasilania. Ostatecznie najlepszym rozwiązaniem jest wybranie mierników drutu, które obsługują prąd, który zamierzasz przez nie przepłynąć.
- Przeczytaj moją odpowiedź. Dokładnie tak mówię. Urządzenia nadal doświadczają przesunięcia uziemienia w gwiazdę, ale jest ono równe dla wszystkich urządzeń, ponieważ mają wspólną długość linii uziemienia.
Odpowiedź
To jest dobrze udokumentowane>” opowieść o starych żonach? NIE. Wszystko, o czym zawsze chciałeś wiedzieć … Okablowanie pojazdu, ale bałeś się zapytać … …….
Problem jest skalowalny, od torów o nanorozmiarach do pojazdów napędzanych silnikami. Aby poprawić odporność, często stosuje się skręcone różnicowe źródło zasilania, co oznacza oddzielne zwroty do akumulatora i do wykrywania wykorzystuje zbalansowane skręcane wejścia różnicowe. Problemem w pętli prądowej jest sprzężenie z wejściami niezbalansowanymi, co powoduje przekształcenie szumu w trybie wspólnym (CM) na sygnał w trybie różnicowym (DM). zależy w dużym stopniu od długości ścieżki, poziomu prądu i zakłóceń.
Na przykład większość akumulatorów samochodowych znajduje się w pobliżu rozrusznika, ale w wielu niemieckich pojazdach (GLK350) b Akumulator znajduje się pod tylną deską podłogową, ale silnik zatrzymuje się i uruchamia na każdym czerwonym świetle. Jak myślisz, na której masie przełączali kilkaset amperów?
Więcej szczegółów technicznych na poziomie IC też ma zastosowanie.
- 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 (obecnie EETimes).
- „” [ http://www.pericom.com/assets/App-Note-Files/AN005.pdf Ground Bounce in 8-bit High-Speed Logic] „”, aplikacja Pericom Uwaga.
- „” [ http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-640.pdf AN-640 Zrozumienie i minimalizacja odbić od podłoża] ” „, (2003) Fairchild Semiconductor, Nota aplikacyjna 640.
- ” „[ http://www.altera.com/literature/wp/wp_grndbnce.pdf Minimalizowanie odbijania się ziemi & VCC Sag] „”, White Paper, (2001) Altera Corporation.
- „” [ http://www.ultracad.com/articles/g_bounce.pdf Odbicie po ziemi, część 1 i część 2 autorstwa Douglasa Brooksa] „”, Artykuły, Projekt Ultra Cad.
Odpowiedź
Ten sam gremlin spawner, inna nazwa
Zjawisko „przesunięcia uziemienia”, do którego się odnosisz, jest po prostu kolejnym przejawem faktu, że przewodniki mają niezerową impedancję, więc gdy dwa prądy dzielą drogę powrotną, spadek napięcia na tym ścieżka to (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. EE pracujące na mniejszych skalach znają ten spawner gremlin jako „wspólne sprzężenie impedancyjne”, ale to tak naprawdę to samo, co pokazano na schemacie poniżej.
symulacja tego obwodu – Schemat utworzony za pomocą CircuitLab
Zwróć uwagę, że węzeł o nazwie GND to pełne napięcie z dala od ujemnego bieguna akumulatora! To oczywiście nie jest dobre, jeśli nasz czuły obwód po lewej stronie nie może tolerować przesunięcia lub gorzej, jeśli Ibigload jest naprawdę obciążeniem zmiennym w czasie, więc nasza wrażliwa część widzi GND, które waha się między bliskim rzeczywistemu punktowi 0 V, tj. ujemny akumulator i pełne napięcie od niego!
Rozwiązaniem w środowisku o niskiej częstotliwości jest uziemienie w gwiazdę z powrotem do pojedynczego, wcześniej wyznaczonego punktu 0 V z własnym przewód lub ścieżkę, jak pokazano poniżej, tak aby jakiekolwiek wysokie prądy płynące w innych częściach systemu uziemienia nie mogły zakłócać działania czułego obwodu. Niestety, nie jest to praktyczne dla każdego obwodu w całym pojeździe ze względów mechanicznych i kosztów miedzi, więc projektanci elektroniki samochodowej pracują nad tym najlepiej, jak potrafią, projektując solidne obwody wejściowe zasilania i zamiast tego przenoszą sygnały referencyjne z wrażliwymi sygnałami. polegania na zwrocie obudowy.
Odpowiedź
Takie samo ryzyko wiąże się z płytką drukowaną. Standardowa grubość folia miedziana (1 uncja / stopę ^ 2) o grubości 35 mikronów lub 1,4 milicali ma rezystancję 0,0005 oma lub 500 mikro omów na kwadrat. Kwadrat o dowolnym rozmiarze. Mierzony po przeciwnych stronach kwadratu, stykający się ze wszystkich stron .
Zatem jeden amper na 1 kwadrat folii to 500 mikroVoltów lub 0,5uV dla 1mA.
Jednak jeden miliamper przepływający z boku na bok kwadratowej płytki drukowanej, napotyka znacznie więcej niż 500 mikro omów, ponieważ prąd musi rozłóż się od początkowego punktu wejścia 1 mm, a następnie skoncentruj jeszcze raz, aby wyjść z punktu wyjścia 1 mm.
Weź kwadrat w kształcie kwadratu, oznacz jeden kwadrat pośrodku jako „bieżący punkt wejścia” i naszkicuj jak rozchodzi się prąd, na OSIEM kwadratów otaczających plac wejściowy. I jak siatka 5 * 5, otaczająca 3 * 3, oferuje jeszcze mniejszy opór, ale nadal jest rezystancyjna, przy 500 mikroΩ / kwadrat.
symuluj ten obwód – Schemat utworzony za pomocą CircuitLab
Jakie napięcie poza OA2?
Z grubsza zamodeluj to napięcie krawędziowe jako $$ 1,25 mV / (20sqr + 10sqr + 15sqr ) $$ $$ = 1,25mV / 45sqr = 30uV / sqr $$, a nasze końcówki sondy OA2 są oddalone od siebie o 1 cm (1sqr). Spodziewaj się 30uV * 1000x = 30 miliwoltów z OA2.