自動車のグラウンドシフト現象

標準の12vネガティブシャーシセットアップを使用して、センサーを自動車プラットフォームに統合する作業を行っています。私は、「グラウンドシフト」として知られている、やや神話的な現象を理解しようとしています。私はこれを説明できませんでしたが、私の直感はこれが合理的であることを示唆しています。

「説明」された方法は次のとおりです。車両上の2つの接地基準点は、隣接するコンポーネントまたは共通の接地「スタッド「。

たとえば、ABSが作動し、かなりの量の電流（場合によっては数百アンペア）が特定の接地スタッドに流れ込むと、接地点が不安定な基準になります。このスタッドに取り付けられた他のコンポーネントでは、入力ピンで電圧が変動する場合があります。

私の質問はこれです。この現象は本当に存在するものなのでしょうか？

存在する場合、どのように特徴付けることができ、どこでもっと学ぶことができますか？ここでの基本的な電気的原理は何ですか？代表的なモデル回路に縮小できますか？どんな経験でも大歓迎です。

私の質問はこれです。この現象は本当に存在するものなのでしょうか？

さて、数学をしてください。たとえば、直径50mm²の鋼製導体に100 Aを流し込んだ場合、オーム抵抗によるその導体の10 cmを超える電圧は何ですか？

そう、オームは正しい。超伝導体ではないものに多くの電流を流すと、潜在的な違いが生じるだろう。

ここでの基本的な電気的原理は何ですか？

オームの法則

さらに、ABSの例では別の側面を強調しています。スイッチ負荷であるものがある場合、接地導体にDC負荷をかけるのではなく、AC負荷をかけることになります。

$j\omega L$

このような反応特性は、導体の幾何学的形状に依存します-運が悪いこともあります。また、バッテリー全体の共振周波数に優雅にヒットするため–供給ケーブル–負荷–シャーシリターンシステム、正確な周波数で電圧極値を取得しますあなたのABSはで動作します。

あなたが説明していることは、私が理解しているように、完全に合理的なようです。グラウンド基準は、使用中の導体のかなりの電流と有限抵抗のためにしばしば変化する可能性があります。これは単にオームの法則によるものです。

車のシャーシのさまざまな部品と、PCBトレースの長さのさまざまなポイントとの類似性を引き出すことができる場合、これをPCBの設計とレイアウトで使用される接地技術と比較できます。これは、PCB設計で使用されるさまざまな接地方式を調べることでさらに学習できます。はるかに小規模ではあるものの、記述内容を正確に回避するために使用されるスターベースの接地スキームを検討してください。

この構成ですべてのポイントを接地すると、それらの接続の1つによる電流の流れがIin * Rconductorに等しい量だけそのレールを「持ち上げる」ことができますが、そのノード上の他のすべての接続が同じ変化を見ると、少なくとも、相対的な測定に関する限り、悪い。ただし、レールの突然の変動は依然として計装に問題を引き起こす可能性があります。つまり、オペアンプやADCなどのデバイスの一般的なパラメーターは、電源遮断比と呼ばれ、これらのインスタンスを考慮して指定されます。

編集1：

これがポイントを示す別の写真です。写真にある正確なデバイスは無視して、本当に好きなものと考えることができます。

これはよく文書化されています>「古い妻の話？NOT。 あなたが常に知りたいと思っていたすべて....車両の配線ですが、尋ねることを恐れていました..........

この問題は、ナノサイズのトラックから動力車まで拡張可能です。イミュニティを改善するために、多くの場合、電源へのツイスト差動電源を使用し、バッテリーへの個別のリターンを使用し、検知には平衡ツイスト差動入力を使用します。電流ループの問題は、不平衡入力への結合がコモンモードノイズ（CM）を差動モード（DM）信号に変換することです。車のシャーシなどのグランドプレーンを使用するか、個別のワイヤを使用するかは、経路の長さ、電流のレベル、および干渉に大きく依存します。

たとえば、ほとんどの車のバッテリーはスターターの近くにありますが、多くのドイツ車（GLK350）では、バッテリーは後部床板の下にありますが、エンジンは赤信号ごとに停止および始動します。それで、数百アンペアを切り替えるためにどのグランドを使用したと思いますか？

ICレベルの技術的な詳細も適用されます。

• ジェフ・バロー、 '' [ http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.pdfグラウンドバウンスの低減] ''、（2007）、アナログデバイス
• Vikas Kumar、 '' [ http://www.eetimes.com/electronics-news/4196917/Ground-Bounce-Primer Ground Bounce Primer] ''、（2005）、TechOnLine（現在のEETimes）。
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• '' [ http://www.ultracad.com/articles/g_bounce.pdf Douglas Brooksによるグラウンドバウンスパート1およびパート2] ''、Articles、Ultra Cad Design。

同じグレムリンスポーナー、異なる名前

参照する「グランドシフト」現象は、導体がゼロ以外のインピーダンスを持っているという事実の別の兆候です。したがって、2つの電流がリターンパスを共有する場合、そのリターンパスの電圧降下は（Ibigload + Isensitive）* Rcomgndです。より小さなスケールで作業するEEは、このグレムリン-スポナーを「共通インピーダンス結合」として認識しますが、下の図に示すように、実際には同じことです。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

GNDという名前のノードは、バッテリーのマイナスから1ボルト離れていることに注意してください！左側の敏感な回路がオフセットを許容できない場合、またはさらに悪いことに、Ibigloadが実際に時間変動する負荷である場合、これは明らかに良くありません。したがって、敏感な部分は実際の0Vポイントの近くで変化するGNDを見ます。バッテリーが負になり、そこから1ボルト離れています！

低周波数環境での解決策は、接地システムのその他の部分に流れる大電流が干渉しないように、接地に敏感な回路を、以下に示すように独自のワイヤまたはトレースで単一の事前に指定された0Vポイントにスターバックすることです敏感な回路の動作。残念ながら、これは機械的および銅コストの理由で車両全体のすべての回路に対して実用的ではないため、自動車用電子機器の設計者は、堅牢な電力入力回路を設計し、代わりに敏感な信号を使用して信号リファレンスを運ぶことで最善を尽くしていますシャーシリターンに頼るのです。

^{この回路をシミュレートする}

PCBでも同じリスクがあります。標準の厚さの銅箔（1オンス/フィート^ 2）は、35ミクロンまたは1.4ミルの厚さで、1平方あたり0.0005オームまたは500マイクロオームの抵抗があります。任意のサイズの正方形。正方形の反対側から測定し、すべての辺に沿って接触します。

したがって、1平方フォイルを通る1アンペアは500マイクロボルトです。または1mAの場合0.5uV。

ただし、正方形のPCBの左右に流れる1ミリアンペアは、電流が最初の1mmの入口点から広がり、1mmの出口点を出るためにもう一度集中しなければならないため、500マイクロオームをはるかに超えます。 。

四角いパッドを取得し、中央の1つの正方形を「現在のエントリポイント」として指定し、電流がどのように広がり、エントリ正方形を囲む8つの正方形に広がるかをスケッチします。そして、3 * 3を取り囲む5 * 5グリッドは、500マイクロオーム/平方で、さらに低い抵抗を提供しますが、それでも抵抗があります。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

OA2からの電圧はどれくらいですか？