计算机电磁兼容性问题综述

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计算机电磁兼容性问题综述
作者：TLS


当前，计算机已经普遍地应用在工农业、国防、科技、教育、管理等各个领域，家庭和个人使用计算机的情况也逐步普及。计算机作为一种数据处理和存储系统，外界电磁场干扰可能对其正常运行和信息安全造成危害；而作为电子设备，它的寄生辐射和电磁泄漏也可能污染外界电磁环境或造成自身信息失密。计算机系统的电磁兼容性已成为一个迫切需要研究的问题。
计算机的电磁兼容性问题具有一般电子设备的共性，又有其突出的特点。它既是一个敏感设备又是一个干扰源。它是低电平电子系统，就电磁兼容的角度而言，主要地是一个敏感设备，它的主要电路是数字电路，数字电路的逻辑元件都有一定的阈电平和与之相的干扰容限，因而它不会响应低于容限的干扰，但对其所受到的高于容限的干扰破坏却没有恢复功能。计算机主要由脉冲数字电路和工作于开头状态的电路组成，所处理的是脉冲信号，因而易受外界脉冲干扰的影响，也向外界产生干扰脉冲。脉冲信号具有很宽的频谱，计算机的主频也有很宽的范围，包括长波、中波、短波、米波及分米波等很宽的波段与电力电子设备、广播、电视、通信、雷达等的基本工作波段相同，因而计算机工作在一个相当复杂的电磁环境之中。同时，计算机也在很宽的波段内向外界辐射和泄漏电磁干扰，有人对未采取防泄漏措施的微机进行过测量，结果表明在很宽的波段内泄漏均显著地超过规定标准的极限值，而在低频段和主振频率及其倍频附近尤为严重。目前，计算机向高速、宽带、高密集度、小型化发展，可能会导致干扰问题更加严重，给计算机电磁兼容性问题带来更多急待解决的问题。但是利用数字化系统的高速运算功能、存储功能和判断功能，也有可能进一步开辟新的抗干扰路径。
计算机的外界干扰的主要来源是射 频干扰、工频电源干扰、静电干扰及雷电脉冲干扰等四类。若计算机房处于大功率无线电发射设备，高频大电流设备或射频理疗设备等附近，当这些设备工作时，其空间电磁场强若超过V/m（120 dB µV），则计算机的工作将受到严重的干扰。在电磁干扰环境中，计算机所受到的危害取决于干扰场强、频率和计算机自身的电磁敏感度。实验证实，在离微机6m处开关电流为10A的交流感性负载，其接触器触头电弧产生的干扰足以使计算机产生误动作。工频电源电压的大幅度波动或电流冲击有可能通过电源线进入计算机系统，使计算机出现运行成熟或故障，甚至计算机的某些部件。                                             
此外，某些电器设备产生的尖峰干扰脉冲、工业火花等也可通过供电线路进入计算机。例如，开关电传机可产生1000V的尖峰脉冲，它足以损坏某些部件。研究表明，工频电源干扰和通过电源线的射频干扰十分严重。静电干扰是造成计算机中MOS电路损坏的主要原因。有人研究指出，当穿塑料鞋走动，穿尼龙或丝绸工作服在工作台前长期工作时都可产生很高的静电电压。美国有统计表明，由于静电导致计算机及其元器件的损坏造成的经济损失每年高达数亿美元。雷电脉冲通常通过电网供电电源进入计算机造成干扰，甚至使计算机或部件损坏。在我国，由于雷电而致使计算机损坏的事例屡见不鲜。提高计算机系统的抗干扰能力的措施概括起来有几个方面。首先，从硬件、软件设计着手提高系统的抗干扰能力。在硬件设计中要进行EMC设计，综合采取各种抗干扰措施；在软件设计中，冗余技术、容错技术、标志技术、数字滤波技术等都是有效方法；逻辑电路技术与软件技术的巧妙结合，可以用来作为抑制噪声的有力工具。其次，屏蔽接地是提高计算机抗干扰能力的又一有力措施，屏蔽包括机房屏蔽、整机屏蔽、元部件之间的屏蔽和隔离，电源的进线及传输线输入及输出线也应屏蔽接地。系统与机房不仅要有良好的接地，而且应有针对性地对交直流接地、高频接地、防雷接地和安全接地进行合理设计。此外，滤波也是抑制传导耦合干扰的重要方法，电源线滤波器可以显著降低来自供电网的干扰，在屏蔽体的出入口或导线的适当位置安装滤波电路也是非常必要的。采用光技术能传输高密度信息，不易受电磁感应噪声影响，是提高计算机抗干扰能力的又一途径。
计算机的寄生辐射和传导所造成的电磁泄漏具有很宽的频谱，它一方面是外部敏感设备的噪声源；另一方面也造成计算机数据信息的失密和失窃的可能。测试结果表明：CPU、内存、I/O接口、时钟、视频、字库、传输线、电源线等部位都有较强的电磁辐射，一般辐射约40～80 dB µV，最高可达75 dB µV，用灵敏度较高的接收机或电视机在几百米之外就可有效地截收显示器的显示信号。在低频段，数字时钟谐波次数低、信号较强，更易截收显示器视频显示信息。有实验研究说明，计算机显示信息泄漏的主要途径是显示控制器与显示路之间的接口传输电缆所产生的辐射。抑制计算机电磁泄漏的手段主要是屏蔽技术、接地技术、滤波技术、隔离系统防电磁泄漏的能力。实验表明，采取防泄漏措施之后，传导泄漏在整个频段内部能达到技术标准要求，对于辐射泄漏，除低频段、主振频率及其倍频之外，也都能达到标准要求。