Fenómeno del cambio de terreno en el automóvil

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Estoy trabajando en la integración de un sensor en una plataforma automotriz, usando una configuración estándar de chasis negativos de 12v. Estoy tratando de entender un fenómeno un tanto mítico que se experimenta conocido como "cambio de terreno". No he podido explicar esto, pero mi intuición sugiere que esto es razonable.

La forma en que se ha "explicado" es como tal: dos puntos con referencia a tierra en el vehículo pueden mantenerse a un potencial diferente durante un tiempo no especificado debido a alguna forma de interferencia de componentes vecinos, o componentes que comparten un común puesta a tierra "stud".

Por ejemplo, cuando el ABS se activa y una cantidad significativa de corriente (cientos de amperios en algunos casos) se sumerge en un terminal de tierra particular, el punto de conexión a tierra se convierte en una referencia inestable. Otros componentes conectados a este perno pueden experimentar oscilaciones de voltaje en sus pines de entrada.

Mi pregunta es la siguiente: ¿es este fenómeno algo que realmente existe, o es simplemente un "cuento de esposas viejas" interno con poca o ninguna base?

Si existe, ¿cómo se puede caracterizar y dónde puedo obtener más información? ¿Cuáles son los principios eléctricos fundamentales en juego aquí? ¿Se puede reducir a un circuito modelo representativo? Cualquier experiencia sería apreciada.

    
pregunta Henry 18.01.2017 - 17:42

5 respuestas

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Mi pregunta es la siguiente: ¿es este fenómeno algo que realmente existe, o es simplemente un "cuento de esposas viejas" interno con poca o ninguna base?

Bueno, haz los cálculos. Si se hunde, digamos 100 A en un conductor de acero con un diámetro de 50 mm², ¿cuál es el voltaje de más de 10 cm de ese conductor debido a la resistencia óhmica?

Así que sí, Ohm tiene razón, y si pasa mucha corriente por algo que no sea un superconductor, habrá una diferencia potencial.

  

¿Cuáles son los principios eléctricos fundamentales en juego aquí?

Ley de Ohm

Además, su ejemplo de ABS resalta otro aspecto: si tiene algo que es una carga conmutada, no está poniendo una carga de CC en su conductor de tierra, sino (también) una carga de CA.

La resistencia para AC no es inherentemente la misma que para DC; por ejemplo, una bobina ideal tiene una resistencia de 0 Ω para DC, pero para AC, tiene \ $ j \ omega L \ $ Ω, es decir, mayor La frecuencia, mayor es la resistencia efectiva.

Dichas propiedades reactivas dependen de la forma geométrica de su conductor: incluso puede tener mala suerte, y debido a que golpea con elegancia la frecuencia resonante de todo el sistema de retorno de carga del chasis de la batería, obtiene un extremo de voltaje en exactamente la frecuencia en la que trabaja tu ABS.

    
respondido por el Marcus Müller 18.01.2017 - 17:47
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Lo que estás describiendo, según tengo entendido, parece completamente razonable. Las referencias terrestres a menudo pueden cambiar debido al flujo de corriente sustancial y las resistencias finitas de los conductores en uso. Esto se debe simplemente a la ley de Ohmios.

Si puede dibujar una analogía entre diferentes partes en el chasis de sus autos a diferentes puntos en una longitud de trazado de PCB, podemos comparar esto con las técnicas de conexión a tierra utilizadas en el diseño y diseño de PCB. Puede estudiar esto más a fondo examinando diferentes esquemas de conexión a tierra utilizados en el diseño de PCB. Considere un esquema basado en estrellas que se usa para evitar exactamente lo que describe, aunque en una escala mucho más pequeña.

Siconectasatierratodoslospuntosenestaconfiguración,elflujodecorrientedebidoaunadeesasconexionespuede"levantar" ese riel en una cantidad igual a Iin * Rconductor, pero como todas las demás conexiones en ese nodo verán el mismo cambio, las cosas podrían cambiar. no ser tan malo, al menos en lo que se refiere a las mediciones relativas. Sin embargo, una fluctuación repentina en los rieles puede seguir causando problemas en la instrumentación, es decir, un parámetro común en dispositivos como opamps y ADCs es el llamado índice de rechazo de la fuente de alimentación , especificado para tomar en cuenta estos casos.

EDIT 1:

Aquí hay otra foto, que ilustra el punto. Los dispositivos exactos en la imagen pueden ignorarse y pensarse como algo que realmente te gusta:

    
respondido por el Adil Malik 18.01.2017 - 17:56
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Esto está bien documentado > ¿Cuento de esposas viejas? NO. Todo lo que siempre quiso saber sobre ... Cableado del vehículo pero temían preguntar ..........

El problema es escalable desde pistas de tamaño nanométrico a vehículos impulsados por motores. Para mejorar la inmunidad, a menudo se usa una fuente de alimentación diferencial trenzada, lo que significa retornos separados de la batería y para la detección utiliza entradas diferenciales retorcidas equilibradas. El problema en el bucle de corriente es el acoplamiento a entradas no balanceadas que traducen el ruido de modo común (CM) en una señal de modo diferencial (DM). La opción de utilizar un plano de tierra como el chasis del automóvil o cables separados depende en gran medida de la longitud de la trayectoria, el nivel de corriente y la interferencia.

Por ejemplo, la mayoría de las baterías de automóviles están cerca del motor de arranque, pero en muchos vehículos alemanes (GLK350), la batería está ubicada debajo del tablero trasero del piso, pero el motor se detiene y arranca en cada luz roja. Entonces, ¿qué terreno supones que solían cambiar varios cientos de amperios?

También se aplican más detalles técnicos a nivel de IC.

  • Jeff Barrow, '' [ enlace Reduciendo el rebote en el suelo] '' , (2007), Dispositivos analógicos
  • Vikas Kumar, '' [ enlace Ground Bounce Primer] '', ( 2005), TechOnLine (ahora EETimes).
  • '' [ enlace Ground Bounce en lógica de alta velocidad de 8 bits] '', Nota de aplicación de Pericom.
  • '' [ enlace AN-640 Entendiendo y minimizando el rebote en tierra] '', ( 2003) Fairchild Semiconductor, Application Note 640.
  • '' [ enlace Minimizar Ground Bounce & VCC Sag] '', White Paper, (2001) Altera Corporation.
  • '' [ enlace Ground Bounce parte 1 y parte 2 por Douglas Brooks] '', Artículos , Ultra Cad Design.
respondido por el Tony EE rocketscientist 18.01.2017 - 20:50
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Mismo generador de Gremlin, nombre diferente

El fenómeno del "desplazamiento a tierra" al que te refieres es simplemente otra manifestación del hecho de que los conductores tienen una impedancia diferente a cero, por lo que cuando dos corrientes comparten una ruta de retorno, la caída de voltaje a través de esa ruta de retorno es (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. Los EE que trabajan en escalas más pequeñas conocen a este engendrador de gremlin como "acoplamiento de impedancia común", pero en realidad es lo mismo, como se muestra en el siguiente esquema.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Tenga en cuenta que el nodo llamado GND está a un voltio completo del negativo de la batería. Esto claramente no es bueno si nuestro circuito sensible a la izquierda no puede tolerar el desplazamiento, o peor, si Ibigload es realmente una carga variable en el tiempo, por lo que nuestra parte sensible ve una GND que varía entre cerca del punto 0V real, es decir el negativo de la batería y un voltio completo lejos de él!

La solución en un entorno de baja frecuencia es hacer que los circuitos sensibles de star ground regresen a un único punto de 0V predesignado con su propio cable o traza, como se muestra a continuación, para que cualquier corriente alta fluya en otro. Las partes del sistema de puesta a tierra no pueden interferir con el funcionamiento del circuito sensible. Desafortunadamente, esto no es práctico para todos los circuitos en un vehículo completo por razones mecánicas y de costo de cobre, por lo que los diseñadores de electrónica automotriz lo tratan de la mejor manera posible diseñando circuitos robustos de entrada de energía y llevando referencias de señales con señales sensibles. de confiar en la devolución del chasis para ellos.

simular este circuito

    
respondido por el ThreePhaseEel 19.01.2017 - 06:14
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Tienes los mismos riesgos en un PCB. La lámina de cobre de grosor estándar (1 onza / pie ^ 2), con un grosor de 35 micrones o 1.4 milésimas de pulgada, tiene una resistencia de 0.0005 ohmios, o 500 micro ohmios, por cuadrado. Cuadrados de cualquier tamaño. Medido desde lados opuestos del cuadrado, en contacto a lo largo de los lados.

Por lo tanto, un amplificador, a través de 1 cuadrado de lámina, es de 500 microVolts. O 0.5uV para 1mA.

Sin embargo, un miliamperio, que fluye de lado a lado de una PCB cuadrada, se encuentra con mucho más de 500 micro ohmios, porque la corriente tiene que extenderse desde el punto de entrada inicial de 1 mm y luego concentrarse una vez más para salir de 1 mm. punto de salida.

Obtenga una almohadilla de cuadrilla, designe un cuadrado en el medio como "punto de entrada actual" y haga un bosquejo de cómo se extiende la corriente, en los OCHO cuadrados que rodean el cuadrado de entrada. Y la forma en que la cuadrícula 5 * 5, que rodea al 3 * 3, ofrece incluso menos resistencia, pero aún es resistente, a 500 microOhms / cuadrado.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

¿Qué voltaje sale de OA2?

Modele crudamente esa tensión de borde como $$ 1.25mV / (20Sqr + 10sqr + 15sqr) $$ $$ = 1.25mV / 45sqr = 30uV / sqr $$ y nuestras puntas de prueba OA2 están separadas por 1cm (1sqr). Espere 30uV * 1,000x = 30 milivoltios fuera de OA2.

    
respondido por el analogsystemsrf 02.02.2017 - 18:08

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