Saya sedang mengerjakan integrasi sensor ke platform otomotif, menggunakan pengaturan sasis negatif 12v standar. Saya mencoba memahami fenomena yang agak mistis yang dialami yang dikenal sebagai "pergeseran darat". Saya belum bisa menjelaskan ini, tetapi intuisi saya menyarankan ini masuk akal.
Cara telah "dijelaskan" adalah seperti itu: dua titik rujukan darat pada kendaraan dapat diadakan pada beberapa potensi yang berbeda untuk sejumlah waktu yang tidak ditentukan karena beberapa bentuk gangguan dari komponen tetangga, atau komponen yang berbagi landasan "landasan yang sama" ".
Misalnya, ketika ABS diaktifkan dan sejumlah besar arus (ratusan amp dalam beberapa kasus) ditenggelamkan ke ground stud tertentu, titik pentanahan menjadi referensi yang tidak stabil. Komponen lain yang terpasang pada stud ini mungkin mengalami perubahan tegangan pada pin inputnya.
Pertanyaan saya adalah ini: apakah fenomena ini sesuatu yang benar-benar ada, atau apakah itu sekadar "kisah istri lama" internal dengan sedikit atau tanpa dasar?
Jika memang ada, bagaimana bisa dikarakterisasi, dan di mana saya bisa belajar lebih banyak? Apa prinsip-prinsip kelistrikan mendasar yang berperan di sini? Apakah bisa direduksi menjadi sirkuit model yang representatif? Setiap pengalaman akan dihargai.
Jawaban:
Nah, lakukan perhitungannya. Jika Anda menenggelamkan katakanlah 100 A ke dalam konduktor baja dengan diameter 50 mm², berapakah tegangan lebih dari 10cm dari konduktor tersebut karena hambatan ohmik?
Jadi ya, Ohm benar, dan jika Anda menempatkan banyak arus melalui sesuatu yang bukan superkonduktor, akan ada perbedaan potensial.
Hukum Ohm
Selain itu, contoh ABS Anda menyoroti aspek lain: Jika Anda memiliki sesuatu yang merupakan beban yang dialihkan, Anda tidak meletakkan beban DC pada konduktor ground Anda, tetapi (juga) beban AC.
Resistansi untuk AC pada dasarnya tidak sama dengan DC - misalnya, kumparan ideal memiliki 0 Ω resistensi untuk DC, tetapi untuk AC, ia memiliki Ω - yaitu, semakin tinggi frekuensinya, semakin tinggi efektif perlawanan.jωL
Sifat reaktif semacam itu tergantung pada bentuk geometris konduktor Anda - Anda mungkin bahkan memiliki nasib buruk, dan karena secara elegan memukul frekuensi resonansi seluruh baterai - kabel kembali - sasis - sistem pengembalian kabel pasokan, Anda mendapatkan tegangan ekstrem pada frekuensi persis ABS Anda bekerja di.
sumber
Apa yang Anda gambarkan, seperti yang saya mengerti, tampaknya sepenuhnya masuk akal. Referensi tanah sering dapat berubah karena aliran arus substansial dan resistensi terbatas dari konduktor yang digunakan. Ini hanya karena hukum Ohm.
Jika Anda dapat menggambar analogi antara bagian yang berbeda pada sasis mobil Anda ke titik yang berbeda pada panjang jejak PCB kita dapat membandingkan ini dengan teknik pentanahan yang digunakan dalam desain dan tata letak PCB. Anda dapat mempelajarinya lebih lanjut dengan melihat berbagai skema pentanahan yang digunakan dalam desain PCB. Pertimbangkan skema grounded berbasis bintang yang digunakan untuk menghindari apa yang Anda gambarkan meskipun pada skala yang jauh lebih kecil.
Jika Anda melakukan ground semua titik dalam konfigurasi ini, aliran arus karena salah satu dari koneksi tersebut dapat "mengangkat" rail tersebut dengan jumlah yang sama dengan Iin * Rconductor, tetapi karena semua koneksi lain pada node tersebut melihat perubahan yang sama, hal-hal yang mungkin bukan buruk, setidaknya sejauh menyangkut pengukuran relatif. Namun, fluktuasi tiba-tiba pada rel masih dapat menyebabkan masalah dalam instrumentasi, yaitu parameter umum dalam perangkat seperti opamps dan ADC adalah apa yang disebut rasio penolakan catu daya , yang ditentukan untuk memperhitungkan contoh-contoh ini.
EDIT 1:
Ini adalah foto lain yang menggambarkan intinya. Perangkat yang tepat dalam gambar dapat diabaikan dan dianggap sebagai hal yang paling Anda sukai:
sumber
Ini terdokumentasi dengan baik> "kisah istri lama? BUKAN. Segala sesuatu yang Anda selalu ingin tahu tentang .... Pengkabelan kendaraan tetapi takut untuk bertanya ..........
Masalahnya adalah scalable dari trek nanosized ke kendaraan bertenaga motif. Untuk meningkatkan kekebalan, seseorang sering menggunakan catu daya diferensial bengkok yang berarti pengembalian terpisah ke baterai dan untuk merasakan menggunakan input diferensial bengkok yang seimbang. Masalah dalam loop saat ini adalah menggabungkan ke input yang tidak seimbang menerjemahkan noise mode umum (CM) menjadi sinyal mode diferensial (DM). Pilihan untuk menggunakan bidang tanah seperti sasis mobil atau kabel terpisah sangat tergantung pada panjang jalur, tingkat arus dan gangguan.
Misalnya kebanyakan aki mobil berada di dekat starter, tetapi di banyak kendaraan Jerman (GLK350), aki terletak di bawah papan lantai belakang namun mesin berhenti dan mulai di setiap lampu merah. Jadi, menurut Anda, tanah mana yang digunakan untuk mengganti beberapa ratus amp?
Rincian teknis lebih lanjut di tingkat IC juga berlaku.
sumber
Pemula gremlin yang sama, nama yang berbeda
Fenomena "ground shift" yang Anda lihat hanyalah manifestasi lain dari konduktor fakta yang memiliki impedansi nol, jadi ketika dua arus berbagi jalur balik, tegangan jatuh melintasi jalur balik itu (Ibigload + Tidak Sensitif) * Rcomgnd. EE yang bekerja pada skala yang lebih kecil mengetahui gremlin-spawner ini sebagai "kopling impedansi bersama", tetapi benar-benar hal yang sama, seperti yang ditunjukkan dalam skema di bawah ini.
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Perhatikan bahwa simpul bernama GND jauh dari volt negatif baterai! Ini jelas tidak baik jika sirkuit sensitif kami di sebelah kiri tidak dapat mentolerir offset, atau lebih buruk, jika Ibigload benar-benar beban yang bervariasi waktu, sehingga bagian sensitif kami melihat GND yang bervariasi antara dekat dengan titik 0V yang sebenarnya yaitu baterai negatif dan volt penuh jauh dari itu!
Solusi dalam lingkungan frekuensi rendah adalah untuk membintangi sirkuit sensitif tanah kembali ke satu titik 0V yang telah dirancang sebelumnya dengan kawat atau jejak mereka sendiri seperti yang digambarkan di bawah ini, sehingga setiap arus tinggi yang mengalir di bagian lain dari sistem pentanahan tidak dapat mengganggu pengoperasian sirkuit sensitif. Sayangnya, ini tidak praktis untuk setiap sirkuit di seluruh kendaraan untuk alasan mekanis dan biaya tembaga, sehingga desainer elektronik otomotif bekerja di sekitar itu sebaik mungkin dengan merancang sirkuit masuk-daya yang kuat dan membawa referensi sinyal dengan sinyal sensitif sebagai gantinya mengandalkan pengembalian sasis untuk mereka.
mensimulasikan rangkaian ini
sumber
Anda memiliki risiko yang sama pada PCB. Foil tembaga dengan ketebalan standar (1 ons / kaki ^ 2), dengan ketebalan 35 mikron atau 1,4 mil, memiliki ketahanan 0,0005 ohm, atau 500 mikro Ohm, per persegi. Setiap ukuran persegi. Diukur dari sisi yang berlawanan dari alun-alun, menghubungi semua sisi.
Jadi satu Amp, melalui 1 persegi foil, adalah 500 microVolt. Atau 0,5uV untuk 1mA.
Namun, satu milliamp, mengalir dari sisi ke sisi PCB persegi, bertemu lebih dari 500 mikro Ohm, karena arus harus menyebar dari titik masuk 1mm awal, dan kemudian berkonsentrasi sekali lagi untuk keluar dari titik keluar 1mm .
Dapatkan blok segi empat, tetapkan satu kotak di tengah sebagai "titik masuk saat ini", dan buat sketsa bagaimana arus menyebar, ke dalam kotak EIGHT yang mengelilingi kotak masuk. Dan bagaimana grid 5 * 5, mengelilingi 3 * 3, menawarkan resistensi yang lebih sedikit tetapi masih resistif, pada 500 microOhms / square.
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Berapa tegangan dari OA2?
sumber