Pracuję nad integracją czujnika z platformą motoryzacyjną, używając standardowej konfiguracji podwozia ujemnego 12 V. Staram się zrozumieć nieco mityczne zjawisko, które jest znane jako „zmiana naziemna”. Nie byłem w stanie tego wyjaśnić, ale moja intuicja sugeruje, że jest to uzasadnione.
Sposób, w jaki zostało to „wyjaśnione”, jest następujący: dwa punkty odniesienia do podłoża w pojeździe mogą być utrzymywane z pewnym innym potencjałem przez pewien czas nieokreślony z powodu jakiejś formy interferencji z sąsiednich elementów lub części dzielących wspólny „kołek uziemiający” „.
Na przykład, gdy ABS zostanie uruchomiony, a znaczna ilość prądu (w niektórych przypadkach setki amperów) zostanie zatopiona w konkretnym bolcu uziemiającym, punkt uziemienia staje się niestabilnym punktem odniesienia. Inne elementy podłączone do tego kołka mogą podlegać wahaniom napięcia na swoich pinach wejściowych.
Moje pytanie brzmi: czy to zjawisko jest czymś, co naprawdę istnieje, czy może jest to po prostu wewnętrzna „opowieść o starych żonach”, która nie ma żadnych podstaw?
Jeśli tak, to jak go scharakteryzować i gdzie mogę dowiedzieć się więcej? Jakie są tutaj podstawowe zasady elektryczne? Czy można go zredukować do reprezentatywnego obwodu modelu? Wszelkie doświadczenia będą mile widziane.
Odpowiedzi:
Cóż, zrób matematykę. Jeśli zatopimy powiedzmy 100 A w stalowym przewodniku o powiedzmy 50 mm², jakie jest napięcie powyżej 10 cm tego przewodnika z powodu rezystancji omowej?
Więc tak, Ohm ma rację, a jeśli przepuścisz dużo prądu przez coś, co nie jest nadprzewodnikiem, będzie potencjalna różnica.
Prawo Ohma
Co więcej, twój przykład ABS podkreśla inny aspekt: jeśli masz coś, co jest obciążeniem przełączanym, nie przykładasz obciążenia DC do przewodu uziemiającego, ale (również) obciążenia AC.
Takie właściwości reaktywne zależą od geometrycznego kształtu przewodnika - możesz nawet mieć pecha, a dzięki eleganckiemu uderzeniu w częstotliwość rezonansową całej baterii - kabla zasilającego - obciążenia - układu powrotnego podwozia, otrzymujesz ekstremum napięcia dokładnie na tej samej częstotliwości twój ABS działa w.
źródło
To, co opisujesz, jak rozumiem, wydaje się całkowicie rozsądne. Referencje uziemienia często mogą się zmieniać ze względu na znaczny przepływ prądu i skończoną rezystancję używanych przewodów. Jest to po prostu spowodowane prawem Ohma.
Jeśli możesz narysować analogię między różnymi częściami podwozia samochodu do różnych punktów na długości śladu płytki drukowanej, możemy to porównać z technikami uziemienia stosowanymi w projekcie i układzie płytki drukowanej. Możesz to zbadać dalej, analizując różne schematy uziemienia stosowane w projektowaniu PCB. Rozważ oparty na gwiazdach schemat uziemienia zastosowany w celu uniknięcia dokładnie tego, co opisujesz, aczkolwiek na znacznie mniejszą skalę.
Jeśli uziemisz wszystkie punkty w tej konfiguracji, przepływ prądu z powodu jednego z tych połączeń może „podnieść” tę szynę o kwotę równą Iin * Rconductor, ale ponieważ wszystkie inne połączenia w tym węźle widzą tę samą zmianę, może nie być tak, że źle, przynajmniej jeśli chodzi o pomiary względne. Jednak nagła fluktuacja w szynach może nadal powodować problemy z oprzyrządowaniem, tj. Wspólnym parametrem w urządzeniach takich jak opampy i ADC jest tak zwany współczynnik odrzucenia zasilania , podany w celu uwzględnienia tych przypadków.
EDYCJA 1:
Oto kolejne zdjęcie ilustrujące tę kwestię. Dokładne urządzenia na zdjęciu można zignorować i uznać za coś, co naprawdę lubisz:
źródło
Jest to 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 wymiarach nanometrycznych po pojazdy napędzane silnikiem. Aby poprawić odporność, często stosuje się skręcone różnicowe zasilanie, co oznacza oddzielne powroty do akumulatora, a do wykrywania wykorzystuje zrównoważone skręcone wejścia różnicowe. Problemem w pętli prądowej jest sprzężenie z niesymetrycznymi wejściami, które przekładają szum w trybie wspólnym (CM) na sygnał w trybie różnicowym (DM). Wybór zastosowania płaszczyzny uziemienia, takiej jak podwozie samochodu lub oddzielne przewody, zależy w dużej mierze od długości ścieżki, poziomu prądu i zakłóceń.
Na przykład większość akumulatorów samochodowych znajduje się w pobliżu rozrusznika, ale w wielu niemieckich pojazdach (GLK350) akumulator znajduje się pod tylną deską podłogową, ale silnik zatrzymuje się i uruchamia przy każdym czerwonym świetle. Jak myślisz, na jakiej podstawie zamienili kilkaset wzmacniaczy?
Obowiązują również więcej szczegółów technicznych na poziomie IC.
źródło
Ten sam spawner gremlin, inna nazwa
Zjawisko „przesunięcia uziemienia”, o którym mówisz, jest po prostu kolejnym przejawem faktu, że przewodniki mają impedancję niezerową, więc gdy dwa prądy dzielą ścieżkę powrotną, spadek napięcia na tej ścieżce powrotnej wynosi (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. EE pracujące na mniejszych skalach znają ten spawner gremlin jako „wspólne sprzężenie impedancji”, ale tak naprawdę jest to to samo, jak pokazano na schemacie poniżej.
symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab
Zauważ, że węzeł o nazwie GND jest całkowicie wolt od baterii ujemnej! To oczywiście nie jest dobre, jeśli nasz czuły obwód po lewej stronie nie toleruje przesunięcia, lub gorzej, jeśli Ibigload jest tak naprawdę obciążeniem zmieniającym się w czasie, więc nasza wrażliwa część widzi GND, który zmienia się w pobliżu rzeczywistego punktu 0V, tj. ujemny akumulator i pełny wolt od niego!
Rozwiązaniem w środowisku o niskiej częstotliwości jest gwiazdkowanie obwodów wrażliwych na uziemienie z powrotem do pojedynczego, wstępnie wyznaczonego punktu 0 V za pomocą własnego drutu lub wykresu, jak pokazano poniżej, tak aby wszelkie wysokie prądy płynące w innych częściach układu uziemiającego nie mogły zakłócać działanie czułego obwodu. Niestety, nie jest to praktyczne dla każdego obwodu w całym pojeździe z powodów mechanicznych i związanych z kosztem miedzi, więc projektanci elektroniki samochodowej pracują nad tym najlepiej, jak potrafią, projektując solidne obwody wejściowe zasilania i przenosząc odniesienia sygnału za pomocą czułych sygnałów zamiast tego polegania na nich za zwrot podwozia.
zasymuluj ten obwód
źródło
Masz takie same ryzyko na PCB. Folia miedziana o standardowej grubości (1 uncja / stopa ^ 2), o grubości 35 mikronów lub 1,4 mils, ma rezystancję 0,0005 omów lub 500 mikro Ohm na kwadrat. Dowolny rozmiar kwadratu. Mierzone od przeciwnych stron kwadratu, stykające się wzdłuż boków.
Zatem jeden Amp na 1 kwadrat folii wynosi 500 mikowoltów. Lub 0,5uV dla 1mA.
Jednak jeden miliamper, przepływający z boku na bok kwadratowej płytki drukowanej, napotyka znacznie więcej niż 500 mikro Ohmów, ponieważ prąd musi rozprzestrzeniać się od początkowego punktu wejścia 1 mm, a następnie ponownie skoncentrować się, aby wyjść z punktu wyjścia 1 mm .
Zdobądź pad kwadryla, oznacz jeden kwadrat na środku jako „bieżący punkt wejścia” i naszkicuj rozkład prądu na osiem kwadratów otaczających kwadrat wejścia. I w jaki sposób siatka 5 * 5, otaczająca 3 * 3, oferuje jeszcze mniejszy opór, ale nadal jest rezystancyjny, przy 500 mikroOhm / kwadrat.
symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab
Jakie napięcie poza OA2?
Z grubsza modeluj napięcie krawędziowe jako
źródło