Phénomène de déplacement au sol automobile

Je travaille sur l'intégration d'un capteur dans une plate-forme automobile, en utilisant une configuration de châssis négative 12v standard. J'essaie de comprendre un phénomène quelque peu mythique que l'on connaît sous le nom de «changement de terrain». Je n'ai pas pu l'expliquer, mais mon intuition suggère que c'est raisonnable.

La façon dont il a été "expliqué" est la suivante: deux points référencés à la masse sur le véhicule peuvent être maintenus à un potentiel différent pendant une durée indéterminée en raison d'une certaine forme d'interférence de composants voisins, ou de composants partageant une mise à la terre commune "plot ".

Par exemple, lorsque l'ABS est actionné et qu'une quantité importante de courant (des centaines d'ampères dans certains cas) est enfoncée dans un plot de terre particulier, le point de mise à la terre devient une référence instable. D'autres composants attachés à ce plot peuvent subir des variations de tension sur leurs broches d'entrée.

Ma question est la suivante: ce phénomène existe-t-il vraiment, ou est-ce simplement un «conte de vieilles femmes» interne avec peu ou pas de fondement?

S'il existe, comment le caractériser et où puis-je en savoir plus? Quels sont les principes électriques fondamentaux en jeu ici? Peut-il être réduit à un circuit modèle représentatif? Toutes les expériences seraient appréciées.

Ma question est la suivante: ce phénomène existe-t-il vraiment, ou est-ce simplement un «conte de vieilles femmes» interne avec peu ou pas de fondement?

Eh bien, faites le calcul. Si vous enfoncez disons 100 A dans un conducteur en acier de 50 mm² de diamètre, quelle est la tension sur 10 cm de ce conducteur en raison de la résistance ohmique?

Alors oui, Ohm a raison, et si vous mettez beaucoup de courant à travers tout ce qui n'est pas un supraconducteur, il y aura une différence de potentiel.

Quels sont les principes électriques fondamentaux en jeu ici?

La loi d'Ohm

De plus, votre exemple ABS met en évidence un autre aspect: si vous avez quelque chose qui est une charge commutée, vous ne mettez pas une charge CC sur votre conducteur de terre, mais (également) une charge CA.

La résistance pour AC n'est pas intrinsèquement la même que pour DC - par exemple, une bobine idéale a une résistance de 0 Ω pour DC, mais pour AC, elle a Ω - c'est-à-dire que plus la fréquence est élevée, plus l'efficacité est élevée la résistance.$j\omega L$

Ces propriétés réactives dépendent de la forme géométrique de votre conducteur - vous pourriez même avoir de la malchance, et en raison de la frappe élégante d'une fréquence de résonance de l'ensemble de la batterie - câble d'alimentation - charge - système de retour du châssis, vous obtenez une tension extrême à exactement la fréquence votre ABS fonctionne à.

Ce que vous décrivez, si je comprends bien, semble tout à fait raisonnable. Les références à la terre peuvent souvent changer en raison d'un flux de courant important et de résistances finies des conducteurs utilisés, simplement en raison de la loi d'Ohm.

Si vous pouvez faire une analogie entre différentes parties du châssis de votre voiture à différents points sur une longueur de trace de PCB, nous pouvons comparer cela aux techniques de mise à la terre utilisées dans la conception et la disposition des PCB. Vous pouvez étudier cela plus en détail en examinant les différents schémas de mise à la terre utilisés dans la conception des PCB. Considérez un schéma basé sur les étoiles utilisé pour éviter exactement ce que vous décrivez bien qu'à une échelle beaucoup plus petite.

Si vous mettez tous les points à la terre dans cette configuration, le flux de courant dû à l'une de ces connexions peut «soulever» ce rail d'une quantité égale à Iin * Rconductor, mais comme toutes les autres connexions sur ce nœud voient le même changement, les choses ne sont peut-être pas mauvais, du moins en ce qui concerne les mesures relatives. Cependant, une fluctuation soudaine des rails peut toujours causer des problèmes d'instrumentation, c'est-à-dire qu'un paramètre commun dans des dispositifs tels que les amplificateurs opérationnels et les ADC est le rapport de rejet de l'alimentation , spécifié pour tenir compte de ces cas.

EDIT 1:

Voici une autre photo, illustrant le point. Les appareils exacts dans l'image peuvent être ignorés et considérés comme tout ce que vous aimez vraiment:

Ceci est bien documenté> "Conte de vieilles femmes? PAS. Tout ce que vous avez toujours voulu savoir .... Câblage du véhicule mais avez eu peur de demander ..........

Le problème est évolutif des pistes nanométriques aux véhicules à moteur. Pour améliorer l'immunité, on utilise souvent une alimentation différentielle torsadée, ce qui signifie des retours séparés à la batterie et pour la détection, on utilise des entrées différentielles torsadées équilibrées. Le problème dans la boucle de courant est le couplage en entrées asymétriques qui traduit le bruit de mode commun (CM) en un signal de mode différentiel (DM). Le choix d'utiliser un plan de masse tel que le châssis de la voiture ou des fils séparés dépend grandement de la longueur du trajet, du niveau de courant et des interférences.

Par exemple, la plupart des batteries de voiture sont près du démarreur, mais dans de nombreux véhicules allemands (GLK350), la batterie est située sous le plancher arrière, mais le moteur s'arrête et démarre à chaque feu rouge. Alors, quel terrain pensez-vous qu'ils utilisaient pour changer plusieurs centaines d'amplis?

Plus de détails techniques au niveau IC s'appliquent également.

• 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 (maintenant EETimes).
• '' [ http://www.pericom.com/assets/App-Note-Files/AN005.pdf Ground Bounce in 8-Bit High-Speed ​​Logic] '', Pericom Application Note.
• '' [ http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-640.pdf AN-640 Understanding and Minimizing Ground Bounce] '', (2003) Fairchild Semiconductor, Application Note 640.
• '' [ http://www.altera.com/literature/wp/wp_grndbnce.pdf Minimizing Ground Bounce & VCC Sag] '', Livre blanc, (2001) Altera Corporation.
• '' [ http://www.ultracad.com/articles/g_bounce.pdf Ground Bounce part-1 and part-2 by Douglas Brooks] '', Articles, Ultra Cad Design.

Même géniteur de gremlin, nom différent

Le phénomène de "décalage de masse" auquel vous faites référence est simplement une autre manifestation du fait que les conducteurs ont une impédance non nulle, donc lorsque deux courants partagent un chemin de retour, la chute de tension à travers ce chemin de retour est (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. Les EE travaillant à plus petite échelle connaissent ce géniteur de gremlin comme un "couplage d'impédance commun", mais c'est vraiment la même chose, comme le montre le schéma ci-dessous.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Notez que le nœud nommé GND est à un volt complet du négatif de la batterie! Ce n'est clairement pas bon si nos circuits sensibles à gauche ne peuvent pas tolérer le décalage, ou pire, si Ibigload est vraiment une charge variant dans le temps, donc notre partie sensible voit un GND qui varie entre près du point 0V réel, c'est-à-dire le négatif de la batterie et un plein volt loin de lui!

La solution dans un environnement basse fréquence consiste à ramener les circuits sensibles à la terre vers un seul point 0 V prédésigné avec leur propre fil ou trace comme illustré ci-dessous, de sorte que les courants élevés qui circulent dans d'autres parties du système de mise à la terre ne puissent pas interférer avec le fonctionnement du circuit sensible. Malheureusement, cela n'est pas pratique pour tous les circuits d'un véhicule entier pour des raisons mécaniques et de coût du cuivre, de sorte que les concepteurs d'électronique automobile travaillent le mieux possible en concevant des circuits d'entrée d'alimentation robustes et en transportant des références de signaux avec des signaux sensibles à la place. de compter sur le retour du châssis pour eux.

^{simuler ce circuit}

Vous avez les mêmes risques sur un PCB. Une feuille de cuivre d'épaisseur standard (1 once / pied ^ 2), d'une épaisseur de 35 microns ou 1,4 mil, a une résistance de 0,0005 ohms, ou 500 micro Ohms, par carré. Carré de toute taille. Mesuré à partir des côtés opposés du carré, en contact tout le long des côtés.

Ainsi, un ampli, à travers 1 carré de feuille, est de 500 microVolts. Ou 0,5 uV pour 1 mA.

Cependant, un milliampère, circulant d'un côté à l'autre d'un PCB carré, rencontre beaucoup plus de 500 micro Ohms, car le courant doit se propager à partir du point d'entrée initial de 1 mm, puis se concentrer à nouveau pour sortir d'un point de sortie de 1 mm .

Obtenez un bloc de quadrille, désignez un carré au milieu comme «point d'entrée actuel» et esquissez comment le courant se répartit, dans les HUIT carrés entourant le carré d'entrée. Et comment la grille 5 * 5, entourant le 3 * 3, offre encore moins de résistance mais reste résistive, à 500 microOhms / carré.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Quelle tension de OA2?

cette tension de bord à et nos pointes de sonde OA2 sont espacées de 1 cm (1sqr). Attendez-vous à 30uV * 1000x = 30 milliVolts sur OA2.= 1,25 m V / 45 s q r = 30 u V / s q