计算机EMI防护 8页

计算机的EMI防护摘要：本文从分析电磁干扰来源、传播路径的角度出发，研究了计算机系统的电磁防护问题，并给出了如何提升计算机电磁兼容能力的设计思路和实现方法。关键词：电磁干扰计算机系统电磁防护DefendingtheElectroMagneticforComputerABSTRACT:ThispaperliesinthepointoforiginofEMIandpathfortransmitting,researchingthedefendingforElectroMagneticofcomputersystem,providingtheplanningthoughtandcomplementingwayforupgradingtheabilityofEMCforcomputer.KEYWORDS:computersystem;defendingforElectroMagnetic;EMI一、引言随着科技的发展，计算机已经广泛的应用于工业、科教、军事、农业、国防等各个领域，尤其是现代化战争以信息战（InformationWarfare）为主，目的是干扰敌方的信息传输，同时保护己方信息安全。其中计算机系统是各种信息处理设备中最为关键的部分，并且电磁环境也变得尤为复杂，一方面外界的电磁干扰对计算机正常的运行产生危害；另一方面，计算机自身也是复杂的电子设备，其电磁泄漏不仅会污染外界环境，也会对人体产生伤害。因此迫切需要提升计算机的电磁兼容（EMC，ElectroMagneticCompatibility）能力。计算机的电磁兼容是指计算机能在规定的电磁环境中正常工作，并不对该环境中的其他器件产生不能承受的电磁干扰（EMI，Electro-MagneticInterference），而且需避免信息的泄漏。\n二、电磁干扰的来源影响计算机电磁兼容性的主要因素就是电磁干扰，电磁干扰波进入计算机，影响计算机的正常工作或损坏其硬件，电磁干扰分为内部与外部两部分：2.1计算机内部的干扰；由于电源工作频率、导线之间的互感、信号的耦合、内部元器件发热、高电压部件产生磁场等因素，都会对计算机造成干扰。2.2计算机外部的干扰；外部的高电压电源、大功率电器产生磁场，计算机工作环境的湿度温度，以及来自空间其它设备的电磁波都会以干扰信号的形式通过直接传导方式进入线路、设备或系统，从而对计算机产生干扰。三、电磁干扰传输途径知道了电磁干扰的来源，要有效地抑制干扰，还必须分析传输电磁干扰的通路或媒介，以便采取相应的措施。电磁干扰源对计算机中的敏感设备进行干扰的途径主要有传导、共阻抗耦合、感应和辐射四种方式：1、传导干扰是用来衡量电子产品在运行过程中对整个电网发送电子干扰信号大小的概念。计算机中的电子产品在用电时都会对电网发出干扰信号，如果干扰信号过大，就会影响整个电网的用电质量，从而干扰到其他设备的正常运行。2、共阻抗耦合是当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时产生的偶合现象。阻抗上的压降由两个电路决定。电路1的地电位被地电流2调制。干扰信号经接地阻抗从电路2耦合到电路1。如图1所示：\n图1共阻抗耦合3、电磁感应耦合是由于动力线与信号线间存在互感磁场，在计算机系统中的闭合回路产生感应电势，又可分为电感应耦合和磁感应藕合。干扰电路上的电压产生的电力线与敏感电路相互作用后会出现电磁感应耦合，这是由电路间的分布电容引起的。干扰源中的电流产生的磁通与敏感电路作用就会出现磁感应藕合，这是由电路间的互感引起的。4、辐射是干扰通过空间传输实质上是干扰源的电磁能量以场的形式向四周空间传播。场可分为近场和远场。近场又称感应场，远场又称辐射场。判定近场远场的准则是以离场源的距离r来定的。r>λ/2π则为远场r<λ/2π则为近场我们常用波阻抗来描述电场和磁场的关系，波阻抗定义为===∏或377在远场区电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直称为平面波，电场和磁场的比值为固定值。图2为平面波图示：\n图2平面波四、提高计算机电磁兼容能力了解了电磁干扰的来源以及传播路径，可以判断出提高计算机电磁兼容能力的设计思路主要从电磁兼容的三要素出发:即电磁干扰源、易接受电磁干扰的敏感器件和电路、干扰源和器件之间传播途径。但是在实际作战或电子对抗中，电磁干扰是由敌方或者对方施加的，不能从干扰源入手来切断干扰，EMI防护只能计算机感受器的敏感度以及传播途径两方面实施。4.1减少干扰源的电磁干扰要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源及其性质，尽量消除或降低电磁干扰源的参数，但是在实际作战或电子对抗中，电磁干扰是由敌方或者对方施加的，不能从干扰源入手来切断干扰，EMI防护多数从计算机内部器件以及传播途径两方面实施。4.2降低感受器敏感度\n计算机里的部分元器件敏感度很高，遇到电磁干扰时，会出现工作情况不稳定或器件损坏，导致计算机死机或者停止运转，所以要充分认识这些易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件，尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。4.3衰减传播路径了解电磁干扰可能传播的路径，尽量切断其路径，或降低与电磁干扰耦合的能力。这方面可采取的措施有屏蔽、滤波、接地、终端保护。4.3.1屏蔽屏蔽是对两个空间区域之间进行金属的隔离，防止或减小电磁干扰，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射，屏蔽包括两个方面：一是设备的屏蔽，即用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，也防止它们受到外界电磁场的影响。二是传输线路的屏蔽，即选用带屏蔽层的各种传输导线，包括外部传输线路和内部传输线路。由于屏蔽室防止或减少电磁干扰最常用和最有效的方法，所以选择屏蔽材料也是至关重要的，屏蔽体材料选择的原则是：（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率（高电导率）的金属材料中产生的涡流（电阻率越低，消耗的功率越大），形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。总体来说屏蔽机理如图3所示：\n图3电磁场屏蔽机理图4.3.2滤波滤波可以对一定频带范围的干扰进行限制，包括信号线滤波和电源线滤波。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不高于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，采用滤波技术增强接收设备的抗干扰能力，十分有力。EMI是宽频带干扰，对于工作在特定频率或一定频段的无线电信号通道，滤波器可以有效地扼制引入的电磁脉冲能量。4.3.3接地接地技术是最廉价和最有效的方法，设计良好的地线网既能减小其电磁辐射，又能提高其自身的抗扰性。但接地首先不一定是大地电位，而是一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，为了防止雷击或强电磁脉冲造成的损坏，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。单点接地适用于频率较低的电路（1MHZ以下）。在计算机里，主板的负极是通过固定主板的螺丝接在机箱铁壳上的，且只有唯一的一个和机箱是通的，其余的和机箱是绝缘的，这也正好符合“单点接地”的要求。如图4所示：\n图4单点接地多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面可以是设备的底板、专用接地母线、甚至是设备的框架，多点接地的这一特点使得它适合于在高频场合下的应用。在高频电路中必须使用多点接地，并且要求每根接地线的长度小于信号波长的1/20。如图5所示：图5多点接地混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。如图6所示：图6混合接地4.3.4隔离隔离:包括空间隔离(离开一定距离)和采取技术措施隔离：采用隔离变压器、差分放大器、光电藕合器和继电器等隔离器件，元器件布局与布线中的隔离。\n五结束语现在计算机正在向高速、高密集方向发展，研究计算机的EMI防护已和研究计算机病毒一样，受到国内外学者的关注，并且随着新军事变革、信息战的出现，国防和军队建设也发生了巨大的变化，从我国国情出发，加强以信息技术为核心的计算机EMI防护显得十分必要，本文阐述了计算机受到电磁干扰的原因以及防护措施，为以后的计算机中的EMC设计打下了坚定的基础。参考文献：[1]孟庆鼐 .电源电子设备的电磁兼容[M].北京：机械电子出版社[2]邓云，韦高 .计算机中的电磁兼容设计[R] .第十四届全国电磁兼容学术会议[3]（美）ClaytonR.Pau .IntroductiontoElectromagneticCompatibility[M].北京：机械工业出版社[4]张强 .浅谈电磁干扰及其防护[R] .第十二届全国电磁兼容学术会议[5]钱震宇 .电磁兼容对策和设计[M].北京：电子工业出版社