Estou trabalhando na integração de um sensor em uma plataforma automotiva, usando uma configuração de chassi negativo padrão de 12 V. Estou tentando entender um fenômeno um tanto mítico que é experimentado conhecido como “mudança de base”. Não fui capaz de explicar isso, mas minha intuição sugere que isso é razoável.
A forma como foi “explicado” é assim : dois pontos de aterramento referenciados no veículo podem ser mantidos em algum potencial diferente por algum período de tempo não especificado devido a alguma forma de interferência de componentes vizinhos ou componentes que compartilham um “pino” de aterramento comum.
Por exemplo , quando o ABS é acionado e uma quantidade significativa de corrente (centenas de amperes em alguns casos) é inserida em um pino de aterramento específico, o ponto de aterramento se torna uma referência instável. Outros componentes ligados a este pino podem sofrer oscilações de voltagem em seus pinos de entrada.
Minha pergunta é a seguinte: esse fenômeno é algo que realmente existe ou é simplesmente um “conto da carochinha” interno com pouco ou nenhum base?
Se existe, como pode ser caracterizado e onde posso aprender mais? Quais são os princípios elétricos fundamentais em jogo aqui? Pode ser reduzido a um circuito modelo representativo? Quaisquer experiências serão apreciadas.
Comentários
- A mudança de aterramento não existe apenas em DC, mas AC na queda de tensão residencial de neutro aterrado externo e correntes de ruído pulsadas para aterrar em cada filtro de linha, bem como IC lógico ‘ s com aterramentos indutivos e grandes correntes CC ou grande aumento de tensão LdI / dt do aterramento local (geralmente em mV com aterramento plano) A indutância se correlaciona com as relações de aspecto físico e comprimentos do condutor, por exemplo 2,6 nH / cm para um condutor PCB plano quadrado a 3 uH para um condutor de 2m x 2 mm
- É irônico que Henry ‘ o nome seja as unidades de indutância que pode causar deslocamento transitório do solo além de ohm.
- Este efeito é chamado de salto de solo
- É um dos efeitos nº 1 para combater em circuitos analógicos de precisão.
Resposta
Minha pergunta é esta: esse fenômeno é algo que realmente existe, ou é simplesmente um “conto de esposas velhas” interno com pouca ou nenhuma base?
Bem, faça as contas. Se você afundar, digamos 100 A, em um condutor de aço de 50 mm² de diâmetro, qual é a voltagem acima de 10cm desse condutor devido à resistência ôhmica?
Então, sim, Ohm “está certo, e se você colocar muita corrente em qualquer coisa que não seja um supercondutor, haverá uma diferença de potencial.
Quais são os princípios elétricos fundamentais em jogo aqui?
Lei de Ohm
Além disso, seu O exemplo do ABS destaca outro aspecto: se você tem algo que é uma carga comutada, você não está colocando uma carga CC em seu condutor de aterramento, mas (também) uma carga CA.
A resistência de CA não é inerentemente o mesmo que para DC – por exemplo, uma bobina ideal tem resistência 0 Ω para DC, mas para AC, tem \ $ j \ omega L \ $ Ω – ou seja, quanto maior a frequência, maior o efetivo resistência.
Essas propriedades reativas dependem da forma geométrica do seu condutor – você pode até ter má sorte, e devido a elegantemente atingir uma frequência ressonante de toda a bateria – cabo de alimentação – carga – sistema de retorno do chassi, você obtém um extremo de tensão exatamente na frequência em que seu ABS funciona.
Comentários
- Obrigado pela contribuição! Isso faz muito sentido e é muito mais simples do que eu esperava. Onde a capacitância seria modelada nisso?
Resposta
O que você está descrevendo, pelo que entendi, parece completamente razoável. As referências de aterramento muitas vezes podem mudar devido a algum fluxo de corrente substancial e resistências finitas dos condutores em uso. Isso é simplesmente devido à lei de Ohms.
Se você puder fazer uma analogia entre as diferentes partes do chassi do seu carro para diferentes pontos em um comprimento de traçado de PCB, podemos comparar isso a técnicas de aterramento usadas no projeto e layout de PCB. Você pode estudar isso examinando diferentes esquemas de aterramento usados no projeto de PCB. Considere um esquema baseado em estrela usado para evitar exatamente o que você está descrevendo, embora em uma escala muito menor. 
Se você aterrar todos os pontos nesta configuração, atual o fluxo devido a uma dessas conexões pode “levantar” aquele trilho em uma quantidade igual a Iin * Rconductor, mas como todas as outras conexões nesse nó veem a mesma mudança, as coisas podem não ser tão ruins, pelo menos no que diz respeito às medições relativas . No entanto, uma flutuação repentina nos trilhos ainda pode causar problemas na instrumentação, i.Um parâmetro comum em dispositivos como opamps e ADCs é a chamada taxa de rejeição da fonte de alimentação , especificada para levar em consideração essas instâncias .
EDITAR 1:
Aqui está outra foto, ilustrando o ponto. Os dispositivos exatos na imagem podem ser ignorados e considerados qualquer coisa que você realmente goste: 
Comentários
- Observe que seu exemplo de ” aterramento adequado ” é completamente inadequado para carros: você não ‘ não quer que nenhum aparelho eletrônico sensível compartilhe o caminho atual com o alternador.
- @Henry, eu ‘ aposto que muitos ” estranhos ” problemas elétricos automáticos foram resolvidos simplesmente identificando o aterramento do chassi pontos e, em seguida, limpeza e reaperto. Após 100 anos, eu ‘ espero que os caminhos de retorno -ve para a bateria tenham sido cuidadosamente elaborados. Eu ‘ d não quero projetar o caminho do solo ‘ do zero para um carro.
- Concordo. Não pretendia ser um tutorial sobre fiação automotiva ideal. Em vez disso, a imagem explica como o fluxo de corrente pode levar a dispositivos no mesmo barramento com referências diferentes …
- Mesmo em seu ” aterramento adequado ” Por exemplo, dispositivos sensíveis verão deslocamento no solo como resultado de alta corrente através da linha de aterramento compartilhada. A melhor maneira de atenuar a mudança de solo (supondo que você ‘ fique preso a uma determinada bitola de fio) é colocar os dispositivos mais sensíveis mais próximos da fonte de alimentação – para minimizar o comprimento do fio terra entre o dispositivo sensível e a fonte de alimentação. No final das contas, a melhor solução é escolher medidores de fio que suportem a quantidade de corrente que você pretende passar por eles.
- Leia minha resposta. Eu digo exatamente isso. Os dispositivos ainda apresentam uma mudança de solo no aterramento em estrela, mas é igual para todos os dispositivos, pois eles compartilham um comprimento de linha de solo.
Resposta
Isso está bem documentado>” conto de esposas antigas? NÃO. Tudo que você sempre quis saber sobre … Fiação de veículos, mas tinha medo de perguntar … …….
O problema é escalável de faixas nanométricas para veículos motorizados. Para melhorar a imunidade, costuma-se usar o fornecimento de energia diferencial torcido, o que significa retornos separados para a bateria e para detecção usa entradas diferenciais torcidas balanceadas. O problema no loop de corrente é o acoplamento em entradas desbalanceadas que traduz o ruído de modo comum (CM) em um sinal de modo diferencial (DM). A escolha de usar um plano de aterramento, como o chassi do carro ou fios separados depende muito do comprimento do caminho, nível de corrente e interferência.
Por exemplo, a maioria das baterias de carro estão perto do motor de arranque, mas em muitos veículos alemães (GLK350), o b A bateria está localizada sob o piso traseiro, embora o motor pare e dê partida a cada luz vermelha. Então, qual terra você acha que eles usaram para trocar várias centenas de amplificadores?
Mais detalhes técnicos no nível de IC também se aplicam.
- 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 (agora EETimes).
- “” [ http://www.pericom.com/assets/App-Note-Files/AN005.pdf Ground Bounce na lógica de alta velocidade de 8 bits] “”, Aplicativo Pericom Observação.
- “” [ http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-640.pdf AN-640 Compreendendo e minimizando o salto no solo] ” “, (2003) Fairchild Semiconductor, Application Note 640.
- ” “[ http://www.altera.com/literature/wp/wp_grndbnce.pdf Minimizing Ground Bounce & VCC Sag] “”, White Paper, (2001) Altera Corporation.
- “” [ http://www.ultracad.com/articles/g_bounce.pdf Ground Bounce parte 1 e parte 2 por Douglas Brooks] “”, Artigos, Ultra Cad Design.
Resposta
Mesmo gremlin spawner, nome diferente
O fenômeno de “deslocamento do solo” a que você se refere é simplesmente outra manifestação do fato de os condutores terem uma impedância diferente de zero, então, quando duas correntes compartilham um caminho de retorno, a queda de tensão nesse retorno o caminho é (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. EEs trabalhando em escalas menores conhecem este gerador de gremlin como “acoplamento de impedância comum”, mas é realmente a mesma coisa, conforme mostrado no esquema abaixo.
simular este circuito – Esquema criado usando CircuitLab
Observe que o nó chamado GND é um volt completo de distância do negativo da bateria! Isso claramente não é bom se nosso circuito sensível à esquerda não puder tolerar o deslocamento, ou pior, se Ibigload for realmente uma carga variável no tempo, então nossa parte sensível vê um GND que está variando perto do ponto 0V real, ou seja, o negativo da bateria e um volt completo de distância dele!
A solução em um ambiente de baixa frequência é aterrar estrela os circuitos sensíveis de volta a um único ponto 0V pré-designado com o seu próprio Faça o fio ou rastreie conforme descrito abaixo, de modo que quaisquer altas correntes fluindo em outras partes do sistema de aterramento não possam interferir na operação do circuito sensível. Infelizmente, isso não é prático para todos os circuitos em um veículo inteiro por motivos mecânicos e de custo de cobre, então os designers de eletrônicos automotivos trabalham em torno disso o melhor que podem, projetando circuitos de entrada de energia robustos e transportando referências de sinal com sinais sensíveis. de confiar no retorno do chassi para eles.
Resposta
Você corre os mesmos riscos em um PCB. Espessura padrão folha de cobre (1 onça / pé ^ 2), com 35 mícrons ou 1,4 mils de espessura, tem resistência de 0,0005 ohms, ou 500 micro Ohms, por quadrado. Quadrado de qualquer tamanho. Medido de lados opostos do quadrado, em contato com todos os lados .
Assim, um Amp, através de 1 quadrado de folha, é 500 microVolts. Ou 0,5uV para 1mA.
No entanto, um miliampere, fluindo de lado a lado de um PCB quadrado, encontra muito mais do que 500 micro Ohms, porque a corrente tem que espalhe a partir do ponto de entrada inicial de 1 mm e, em seguida, concentre-se novamente para sair de um ponto de saída de 1 mm.
Pegue um bloco de quadrilha, designe um quadrado no meio como “ponto de entrada atual” e esboce como a corrente se espalha, nos OITO quadrados ao redor do quadrado de entrada. E como a grade 5 * 5, em torno da 3 * 3, oferece ainda menos resistência, mas ainda é resistiva, a 500 microOhms / quadrado.
simule este circuito – Esquema criado usando CircuitLab
Qual voltagem de OA2?
Modele essa voltagem de borda como $$ 1,25mV / (20Sqr + 10sqr + 15sqr ) $$ $$ = 1,25mV / 45sqr = 30uV / sqr $$ e nossas pontas de prova OA2 estão a 1 cm (1sqr) de distância. Espere 30uV * 1.000x = 30 miliVolts de OA2.