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1、畢 業(yè) 論 文系 別 電子工程系 專 業(yè) 雷電防護(hù)與電磁兼容 姓 名 鐘靜 學(xué) 號 2000405224 論文題目 計(jì)算機(jī)電磁兼容技術(shù)研究 指導(dǎo)教師 肖穩(wěn)安 施廣全 目錄摘要.3關(guān)鍵詞.3一、引言3二、計(jì)算機(jī)干擾源及其抑制321電氣干擾422射頻干擾423雷電干擾424靜電干擾5三、計(jì)算機(jī)的耦合途徑531傳導(dǎo)耦合5311公共阻抗耦合5312電容性耦合6313電感性耦合732輻射耦合7四、系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容74.1數(shù)字集成電路抗干擾措施84.2印制板電路的抗干擾8五、綜合布線8六、系統(tǒng)外抗干擾961屏蔽96.1.1縫隙的處理96.1.2通風(fēng)散熱孔的處理106.1.3進(jìn)出線的處理1062接地1063濾
2、波11631反射式濾波器11632吸收式濾波器1164軟件抗干擾12641Watchdog技術(shù)12642數(shù)字濾波技術(shù)12七、電磁泄漏13八、光計(jì)算機(jī)14九、結(jié)束語14參考文獻(xiàn)14 計(jì)算機(jī)電磁兼容技術(shù)研究 (Technique Research of Computer Electromagnetism Compatibility) 南京氣象學(xué)院 鐘靜摘要： 本文著重闡述了計(jì)算機(jī)的電磁兼容問題，全面地分析了來自外部和內(nèi)部的電磁干擾的形式及其影響，討論了干擾的耦合方式，介紹了計(jì)算機(jī)工程中常用的干擾抑制和隔離方法，并對計(jì)算機(jī)電磁兼容技術(shù)的發(fā)展作了展望。關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)、電磁兼容一、引言隨著科技的高速發(fā)
3、展，計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于人民日常生產(chǎn)生活中，它的使用大大提高了生產(chǎn)力和人民生活水平。但在電磁環(huán)境日益惡化的今天，計(jì)算機(jī)的使用也使我們面臨一個(gè)不可忽視的問題，這就是計(jì)算機(jī)的電磁兼容。何謂電磁兼容？美國電器與電子工程師協(xié)會（IEEE）的定義是：裝置、設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)又不會產(chǎn)生對該環(huán)境中任何事物所不允許的電磁騷擾的能力。如何才能具備這種能力？首先讓我們了解一下電磁騷擾和電磁干擾。 電磁騷擾是指任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低，或者對有生命無生命物質(zhì)產(chǎn)生損壞作用的電磁現(xiàn)象。而電磁騷擾引起的后果就是電磁干擾，即設(shè)備傳輸通道或系統(tǒng)因電磁騷擾而造成的性能下降。任何一個(gè)電磁干擾效應(yīng)必
4、須具備三個(gè)基本條件：首先要有產(chǎn)生電磁能量的物體或現(xiàn)象即干擾源，其次是傳輸干擾能量的途徑，最后是被干擾的敏感設(shè)備。 事實(shí)上，任何一臺用電設(shè)備既可能是干擾源又可能是敏感設(shè)備。但從計(jì)算機(jī)本身特性分析來看，計(jì)算機(jī)工作于低電壓大電流（5，幾百安），其系統(tǒng)工作頻率范圍很寬（150500），包含了中波、短波、超短波、及微波前端，正好與各種通信、醫(yī)療、軍用設(shè)備同頻段。且隨著CPU 主頻的提高,為解決隨之而來的發(fā)熱問題,目前CPU的工作電壓一般在1.21.8V。CPU工作頻率越高,其工作電壓越低，工作電壓越低信號就會越模糊，越容易受干擾。因此計(jì)算機(jī)主要是一個(gè)敏感設(shè)備。若用時(shí)間t，頻率f,距離，和方位角的函數(shù)（，
5、f,，），（，f，），（，f，）來分別依次表示計(jì)算機(jī)的電磁干擾源，電磁能量干擾偶合及計(jì)算機(jī)的敏感性，則要抑制電磁干擾，必須滿足：（，f，）（，f，）（，f，）。上式說明要提高計(jì)算機(jī)的電磁兼容性可以從三方面著手解決：（1）切斷干擾源，即減?。ǎ琭，）；（2）減小偶合，即減?。ǎ琭，）；（3）提高受干擾設(shè)備的敏感度閾值，即加大（，f，）。在實(shí)際情況中，往往是三個(gè)因素綜合考慮。 二計(jì)算機(jī)的干擾源及其抑制 計(jì)算機(jī)的干擾源廣泛存在，它們輕則增加電磁噪聲干擾使計(jì)算機(jī)信息出錯(cuò)產(chǎn)生丟“1”冒“1”現(xiàn)象，重則使計(jì)算機(jī)元器件擊穿設(shè)備損壞。各種電磁干擾的幅頻特性如下圖所示: 圖2.1 各種電磁干擾的幅頻特性計(jì)算機(jī)外
6、部干擾源主要有電氣干擾射頻干擾雷電干擾及靜電干擾等。1電氣干擾 一般計(jì)算機(jī)電源取自工頻交流電，電源中的高頻瞬態(tài)電壓浪涌電壓諧波畸變電壓不足及掉電等都會沿電源線進(jìn)入計(jì)算機(jī)，嚴(yán)重影響計(jì)算機(jī)設(shè)備安全、系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性。防止電氣干擾的根本辦法是采用穩(wěn)定可靠電源，如UPS電源是一種比較理想的供電設(shè)備，它可以對付各種突發(fā)脈沖噪聲電源電壓降低及停電等，并加濾波和隔離措施，如下圖所示： 圖2.1.1計(jì)算機(jī)供電系統(tǒng)示意圖2射頻干擾 各種通信科學(xué)工業(yè)醫(yī)療等大功率無線電發(fā)射設(shè)備高頻大電流設(shè)備產(chǎn)生的電磁場會以電磁波輻射的形式對計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾。當(dāng)電場強(qiáng)度超過5和磁場強(qiáng)度超過800時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就可能出錯(cuò)。因此，計(jì)算機(jī)
7、應(yīng)遠(yuǎn)離這些干擾設(shè)備，若條件不允許時(shí)應(yīng)采取一定的屏蔽措施將干擾源屏蔽。3雷電干擾 雷電放電有電流強(qiáng)度大，感應(yīng)電壓高等特點(diǎn)，它的干擾頻譜主要在30以下。它產(chǎn)生的浪涌電壓、浪涌電流一旦進(jìn)入計(jì)算機(jī)將會嚴(yán)重威脅計(jì)算機(jī)設(shè)備安全。計(jì)算機(jī)雷電危害的防護(hù)措施：1）計(jì)算機(jī)應(yīng)擺放在LPZ0A區(qū)內(nèi)； 2）計(jì)算機(jī)應(yīng)擺放在建筑物頂四層以下； 3）計(jì)算機(jī)擺放位置應(yīng)避開建筑物內(nèi)作為防雷引下的鋼筋； 4）計(jì)算機(jī)應(yīng)有良好的屏蔽與接地； 5）電源線信號線有需要應(yīng)安裝避雷器 圖2.3.1 計(jì)算機(jī)供電接地避雷電磁兼容系統(tǒng)4靜電干擾 靜電是計(jì)算機(jī)半導(dǎo)體器件的大敵.在計(jì)算機(jī)房中,由于機(jī)房結(jié)構(gòu)溫濕度人員衣著家具和工具的移動灰塵的積累都會使物
8、體帶電。靜電積累到一定程度時(shí)將會放電造成計(jì)算機(jī)誤動作邏輯元件擊穿顯示器畫面絮亂磁帶打印機(jī)停走等故障。由于計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，并行線多，相互間阻抗高等特點(diǎn)，極易積累靜電且不易泄放。因此線間故障率極高。計(jì)算機(jī)防靜電危害可以從兩個(gè)方面著手解決，一方面通過采取各種措施使環(huán)境產(chǎn)生靜電的能力減到最??；另一方面要提高計(jì)算機(jī)抗靜電干擾的能力。防靜電產(chǎn)生的措施:1）地板要求導(dǎo)靜電，且防靜電地面與建筑物地面間用導(dǎo)電膠連接；2）工作桌面和座椅墊套均要求導(dǎo)靜電;3）機(jī)房內(nèi)不允許有對大地絕緣的導(dǎo)體；4）保持環(huán)境一定的溫濕度，濕度保持40%60%，溫度213;5）保持環(huán)境潔凈，防止灰塵積累;6)導(dǎo)靜電地面、地板、工作桌面、
9、墊套均要接地7）接地連接線布足夠的強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。提高計(jì)算機(jī)的抗靜電能力的措施：1） 設(shè)備中不用的輸入端不允許懸浮；2） 使用濾波器防止靜電放電耦合到設(shè)備；3）使用防靜電表面涂覆技術(shù)。 三電磁干擾能量的耦合途徑耦合是指電路設(shè)備系統(tǒng)與其它電路設(shè)備系統(tǒng)間能量的聯(lián)系。各種電磁騷擾源通過耦合傳輸電磁能量到敏感設(shè)備。耦合途徑有兩種方式：一種是傳導(dǎo)耦合，另一種是輻射偶合。1傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合是通過電源線信號線互連線接地導(dǎo)體等連接通道進(jìn)行耦合。按耦合方式又可劃分為公共阻抗耦合電容性耦合電感性耦合三種基本方式。但實(shí)際中，這三種方式是同時(shí)存在共同作用的。1） 公共阻抗耦合 當(dāng)兩路電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路
10、的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會影響到另一個(gè)電路。公共電源阻抗耦合模型及其等效電路如下圖所示:（對電路進(jìn)行簡單的分析） 圖3.1.1.1 公共電源阻抗耦合模型 圖3.1.1.2公共電源阻抗耦合等效電路 在圖3.1.1.2中將圖3.1.1.1中的電源阻抗及公共線路阻抗合并表示為R,U為理想電壓源,Z1、Z2分別為電路1和電路2的阻抗。根據(jù)等效電路則有： 由上式可以看出由于R的存在，電路1電源電流的任何變化都會影響電路2的電源電壓。若R=0，則U1=U2=U，電路1和電路2間無公共阻抗耦合。降低電路1與電路2間的公共阻抗耦合即減小電源阻抗和公共線路阻抗。一方面可將電路的電源引線靠近電源輸出端，從
11、減小電源線長度的方式來減小公共線路阻抗；另一方面可采用穩(wěn)壓電源將電源內(nèi)阻降低。 2)電容性耦合 電容性耦合是由兩條電路間的電場相互作用所引起的，其耦合模型及等效電 路如下圖所示： 圖3.1.2.1電容性耦合模型 圖3.1.2.2 電容性耦合等效電路圖中是導(dǎo)體1與導(dǎo)體2之間的分布電容，是導(dǎo)體1與地之間的電容，是導(dǎo)體2與地之間的電容，是導(dǎo)體2與地之間的電阻，是作為騷擾源的導(dǎo)體1的電壓，電路2為計(jì)算機(jī)的受干擾電路，是在線路2與地之間產(chǎn)生的騷擾電壓。 根據(jù)等效電路則有 若為低阻抗，且滿足 則 若為高阻抗，且滿足 則 式表明電容性耦合的騷擾作用相當(dāng)于在導(dǎo)體2與地間接了一個(gè)幅值 的電流源。在騷擾源電壓和頻
12、率恒定的情況下要減小耦合干擾，一方面可使敏感電路在較低的電阻值上工作，即通過減小的方式來減小；另一方面導(dǎo)體通過合適地取向、屏蔽或隔離的方式來減小來達(dá)到減小。式表明在高阻抗的情況下電容性耦合騷擾作用只與、有關(guān)，且此時(shí)產(chǎn)生的騷擾作用要大得多。3） 電感性耦合電感性耦合是由兩電路間的磁場相互作用引起的，其耦合模型及等效電路如圖所示 圖3.1.3.1 電感性耦合模型 圖3.1.3.2 電感性耦合等效電路電路1中干擾電流I1在電路2的負(fù)載電阻和上產(chǎn)生的騷擾電壓分別為 因?yàn)?，是回路面積，是角頻率為的正弦變化磁通密度的有效值，所以有 （合并計(jì)算） 由上式可知，可通過減小、的方式達(dá)到減小電感性耦合騷擾的目的。
13、2、輻射耦合輻射耦合是以電磁場的形式將電磁能量從騷擾源經(jīng)空間傳輸?shù)矫舾性O(shè)備?？臻g中除了騷擾源有意輻射之外還存在許多無意輻射的電磁波，而處在這一電磁場中的導(dǎo)體都能感應(yīng)出電壓。因此，輻射干擾可通過天線、導(dǎo)線、閉合回路或機(jī)殼上的孔縫等的耦合對計(jì)算機(jī)進(jìn)行干擾。四、系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容計(jì)算機(jī)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的含有多種元器件和許多分系統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)。它除易受外來干擾外，內(nèi)部元器件間、分系統(tǒng)間的相互串?dāng)_也會對計(jì)算機(jī)及其數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生干擾破壞。由于計(jì)算機(jī)高速化、高靈敏度化、高密度化、小型化的發(fā)展趨勢，相應(yīng)的內(nèi)部干擾將增大。因此，計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)階段應(yīng)十分重視內(nèi)部系統(tǒng)間的電磁兼容。1. 數(shù)字集成電路抗干擾措施 數(shù)字邏輯電路不僅
14、本身能產(chǎn)生干擾，還對干擾十分敏感，并將干擾信號當(dāng)成信息記憶存儲。它對電源線、地線引入的干擾抵御能力很差，因此應(yīng)采取加濾波電容、級間加緩存、管角涂防靜電涂層等措施解決。對已產(chǎn)生的干擾，可在邏輯電路輸入端采用幅度鑒別（設(shè)門限閾值）、波形鑒別（用積分的方法將大幅度窄脈沖變成低于閾值的寬脈沖）或如圖4.1.1用硬件進(jìn)行延遲去干擾，對前沿、后沿產(chǎn)生的震蕩可用施密特電路對波形進(jìn)行整形。 圖4.1.1 硬件延遲去干擾2. 印制板電路板的抗干擾 印制板電路工作時(shí)，板上各個(gè)走線的電流將產(chǎn)生電磁發(fā)射，電路中元器件也會產(chǎn)生電磁輻射。根據(jù)電磁輻射公式： 印制電路板空間r處輻射場強(qiáng)； 印制電路板上工作電流頻率；印制電路
15、板的環(huán)路面積； 印制電路板上的電流；因此可通過減小、，增大來達(dá)到減小的目的。 五、綜合布線導(dǎo)線的作用是進(jìn)行兩點(diǎn)間的連通，但實(shí)際上導(dǎo)線本身和導(dǎo)線間存在多種參數(shù)。如電阻、電容、電感等。如果布線不合理，導(dǎo)線間會通過電容耦合、電感耦合產(chǎn)生干擾。因此，綜合布線對計(jì)算機(jī)的電磁兼容也十分重要。不論系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外布線時(shí)應(yīng)注意：1. 強(qiáng)弱信號線分開；2. 交直流電路分開布線；3. 高低壓電路分開走線；4. 盡量減小布線的環(huán)路面積；5. 地線應(yīng)盡量短而粗；6. 對必須較長敷設(shè)的平行線進(jìn)行屏蔽或隔離；布線時(shí)應(yīng)對各因素進(jìn)行綜合考慮。 （對所有附圖進(jìn)行標(biāo)號，加標(biāo)題） 圖5.1 圖5.2例如圖5.1所示的布線方法滿足了強(qiáng)
16、弱線分開，但它存在的另一個(gè)問題是電源線與信號線形成了一個(gè)大的環(huán)路。如果附近存在交變電磁場（如雷擊電磁場）,在環(huán)路中就會感應(yīng)出電流對計(jì)算機(jī)進(jìn)行干擾破壞；但如果單純按圖5.2的方法進(jìn)行布線，滿足了布線的環(huán)路面積最小，但它存在的問題是電源線會對信號線進(jìn)行干擾，由此也會影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。因此，最佳的方案是對圖5.2的導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽處理或布線時(shí)選擇本身帶屏蔽的線纜。但應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是接頭部分的處理和良好的接地是對線纜進(jìn)行屏蔽不可忽視的環(huán)節(jié)（接頭部分的處理，接地）六、系統(tǒng)外抗干擾措施1、 屏蔽屏蔽是電磁工程中廣泛采用的抑制電磁騷擾的有效方法之一。在計(jì)算機(jī)工程中，良好的屏蔽一方面可以防止外界電磁場干擾，另一方面
17、可以防止計(jì)算機(jī)信息的泄漏與失密。電磁屏蔽按其原理可分為：對于不同的干擾場要采用不同的屏蔽方法。 高電壓小電流騷擾源與交變電場的屏蔽要求屏蔽體必須是良導(dǎo)體（如銅、鋁等）以及良好的接地；磁場的屏蔽視磁場頻率不同對屏蔽體又有不同要求。低頻（100以下）磁場的屏蔽必須采用高導(dǎo)磁的材料（如鐵、硅鋼片等）且要有足夠的厚度；而高頻磁場的情況下采用高電導(dǎo)率材料（如銅、鋁等）以及良好的接地，還可以達(dá)到電磁屏蔽的目的。要達(dá)到更好的屏蔽效能則可進(jìn)行雙層屏蔽，一層用高電導(dǎo)率的材料（銅），另一層用高磁導(dǎo)率的材料（鐵）。 一般而言， 鋼筋水泥建筑物能提供30左右的屏蔽效果，在嚴(yán)格要求的場合需要建屏蔽室，屏蔽室的屏蔽效能一
18、般要求在60以上，對強(qiáng)干擾源環(huán)境要求在100以上。 計(jì)算機(jī)的金屬機(jī)箱本身也是一個(gè)很好的屏蔽體，但如果機(jī)箱的通風(fēng)散熱孔電源信號進(jìn)出線金屬板材接縫處處理不當(dāng)，機(jī)箱的屏蔽效能會大打折扣。因此機(jī)箱設(shè)計(jì)時(shí)要提高屏蔽性能可以從下面幾個(gè)方面考慮：1）縫隙的處理a減少縫隙的長度 當(dāng)縫隙的長度達(dá)到4或更長時(shí)，這個(gè)縫隙就成為非常有效的輻射發(fā)生器，從而引起電磁能量的大量泄露。因此從開箱方式上可采用一邊開蓋式結(jié)構(gòu)，而不采用兩邊開蓋式結(jié)構(gòu)，從而減少總的縫隙長度；也可在接縫處涂上導(dǎo)電材料或增加導(dǎo)電襯墊。由于接觸表面從微觀上講是凸凹不平的，結(jié)合面上只可能是部分接觸，涂上導(dǎo)電材料或加上導(dǎo)電襯墊，可增大接觸面，從而減小電磁泄露
19、。要求縫隙的長度盡可能控制在57厘米以內(nèi)。所以在條件允許的情況下，增加螺釘數(shù)目，減小螺釘間距也可起到控制縫隙長度的作用。b增大縫隙的深度 如果機(jī)箱為嵌套式的，盡量采用“T”字型嵌套，盡量避免“井字”型嵌套，通過這種方法亦可使其等效的縫隙深度增加。2）通風(fēng)散熱孔的處理 為了通風(fēng)散熱需要在機(jī)箱殼上開一系列的通風(fēng)孔。但帶孔隙的金屬板對超高頻以上的頻率基本上已沒有屏蔽效果。因此，應(yīng)采用截止波導(dǎo)管來屏蔽，它對截止頻率以下的所有頻率都有衰減作用。由多個(gè)截止波導(dǎo)管緊挨排列在一起組成的通風(fēng)孔陣列不僅可以增大通風(fēng)面積及通風(fēng)流量滿足散熱要求還提高了屏蔽性能。3)進(jìn)出線的處理 好的機(jī)箱除了自帶電源外，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)對電源
20、信號的濾波功能。但如果濾波器安裝不當(dāng)不僅影響濾波效果，還會破壞機(jī)箱的屏蔽效果。濾波器的最佳安裝位置是在機(jī)箱進(jìn)出口交界處，它利用機(jī)箱將濾波器的輸入引線和輸出引線隔離。因此機(jī)箱設(shè)計(jì)時(shí)將濾波器考慮進(jìn)去進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)將很大提高計(jì)算機(jī)的電磁兼容性。 機(jī)箱的主要用料是鋼板，品質(zhì)優(yōu)良的機(jī)箱使用的是耐直紋鍍鋅鋼板制造，并且鋼板厚度應(yīng)該在1mm以上，交好的甚至使用1.3mm以上的鋼板制造。符合電磁兼容性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)箱應(yīng)該在其與主板的接觸處絕緣性能良好。一些機(jī)箱在主板接口與機(jī)箱后背板的接觸處專門設(shè)計(jì)有接觸簧片，以防電磁泄漏。同樣，在各大缺口處也應(yīng)加裝金屬擋板。比如5寸驅(qū)動器口處應(yīng)該有一次性的鋼板遮擋。2接地 良好
21、的接地對計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行至關(guān)重要，一方面可以避免計(jì)算機(jī)系統(tǒng)受磁場和電位差的影響，另一方面它保證了設(shè)備及人員的安全。 計(jì)算機(jī)有多種地線：數(shù)字地模擬地屏蔽地機(jī)殼地信號地交流地直流地等，但各種地的要求都不一樣。計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字地模擬地有許多個(gè)，但只允許提供一個(gè)接地點(diǎn)，切忌多點(diǎn)共地。讓模擬地呈散射狀，取其一點(diǎn)讓其它數(shù)字地直接與其相連。數(shù)字地在印制板上呈網(wǎng)狀分布，且線要寬，當(dāng)不可避免地出現(xiàn)長距離平行段時(shí)，線間要加屏蔽隔離。交流地支流地防雷地和安全地的接地線要分開，不要互連。交流地的接地電阻不大于4；安全保護(hù)地的接地電阻不應(yīng)大于10；防雷地的接地電阻視防雷類別而定；直流地的接地電阻大小則依據(jù)系統(tǒng)要求而定。
22、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作頻率范圍很寬（150500），內(nèi)部元器件的工作頻率也各不一樣，因此接地按頻率區(qū)別對待：工作頻率在1MHz以下的電路進(jìn)行單點(diǎn)接地可以防止地電流產(chǎn)生的共模干擾；110的單點(diǎn)接地線長不能超過/20；對于10以上的應(yīng)進(jìn)行多點(diǎn)就近接地；工作頻率很寬覆蓋了低頻和高頻的電路和元器件應(yīng)進(jìn)行混合接地（如圖所示）。 圖6.2.1 混合接地計(jì)算機(jī)采用浮空接地較好。全浮空要求全機(jī)與地的絕緣電阻不小于50；另一種浮空是將機(jī)殼接地，而其余部分浮空。這種方法抗干擾性強(qiáng)，安全可靠，只是制造工藝復(fù)雜。3、濾波計(jì)算機(jī)的傳輸線、電源線、過程通道（計(jì)算與被監(jiān)視對象的連線）工作時(shí)都會引入傳導(dǎo)干擾。對這些線路引入傳導(dǎo)干擾
23、的一種有力抵御措施就是濾波。濾波器的原理是在一定通頻帶內(nèi)，濾波器的衰弱減小，能量可以很容易通過，在此頻帶之外則衰減很大，抑制能量傳輸。因此，凡與需要傳輸?shù)念l率不同的騷擾，都可以采用濾波器加以抑制。濾波器種類繁多，根據(jù)濾波器原理可分為反射式濾波器和吸收式濾波器。1） 反射式濾波器。反射式濾波器的工作原理是把不需要的頻率成分的能量反射回信號源或者騷擾源，而讓需要的頻率成分能量通過濾波器施加于負(fù)載，以達(dá)到選擇和抑制信號的作用。低通濾波器是電磁兼容工程中使用最多的一種濾波器，主要用來抑制高頻傳導(dǎo)電磁騷擾。例如電源濾波器，電源的頻率很低（50或直流），而其它高于工頻的信號如雷電暫態(tài)過電壓波等通過濾波器時(shí)
24、，則存在顯著的能量衰減。如下圖所示，是一個(gè)含壓敏電阻的低通濾波器。在原有的濾波衰減功能的基礎(chǔ)上，還增加了泄流限壓抑制諧振的功能。 圖6.3.1 含壓敏電阻的低通濾波器 2）吸收式濾波器吸收式濾波器又名損耗式濾波器。它將信號中不需要的頻濾分量的能量消耗在濾波器中（或被濾波器吸收）而允許需要的頻率分量通過，來達(dá)到抑制干擾的目的。吸收式濾波器通過做成具有媒質(zhì)填充或涂覆的傳輸線形式，媒質(zhì)材料可以是鐵氧體材料或者其它材料。將鐵氧體材料填充在電纜里可以制成電纜濾波器。例如，將鐵氧體材料填充在同軸線纜內(nèi)、外導(dǎo)體間，可以構(gòu)成有耗同軸電纜。電纜濾波器的特點(diǎn)是體積小，具有理想的高頻衰減特性，只需較短的一段有耗電纜
25、就可以完成預(yù)期的濾波效果。另一種抑制通過導(dǎo)線的不需要的高頻騷擾的即簡便又經(jīng)濟(jì)的方法是將導(dǎo)線穿過管狀的鐵氧體磁環(huán)。當(dāng)導(dǎo)體穿過磁環(huán)時(shí)，在磁環(huán)附近的一段導(dǎo)線將具有單匝扼流圈的特性，低頻時(shí)具有低阻抗。，阻抗隨流過電流的頻率升高而增大，在一個(gè)寬的高頻帶內(nèi)具有適中的高阻抗，以抑制高頻電流的通過。因此鐵氧體磁環(huán)可構(gòu)成低通濾波器。加長磁環(huán)或?qū)讉€(gè)磁環(huán)同時(shí)穿入導(dǎo)線，則這段導(dǎo)線的等效電感值和電阻值將隨著磁環(huán)長度的增加而增大。如果將導(dǎo)線繞過幾圈穿過磁環(huán)，則總電感值和總電阻值將隨圈數(shù)的平方而增大。但應(yīng)注意，隨著圈數(shù)的增加匝間分布電容將增加，會導(dǎo)致高頻抑制作用會隨之下降，所以多匝線圈只在相對低的頻率上最有效。4、軟件抗
26、干擾軟件抗干擾是去掉進(jìn)入系統(tǒng)的干擾危害的有力手段，而且相對于硬件抗干擾而言軟件抗干擾有可靠性高，參數(shù)修改方便等特點(diǎn)。1）Watchdog技術(shù)工控機(jī)普遍采用的抗干擾措施之一就是Watchdog技術(shù)，當(dāng)計(jì)算機(jī)因干擾而出現(xiàn)飛程序時(shí)，Watchdog能夠幫助系統(tǒng)自動恢復(fù)正常運(yùn)行。 圖6.4.1 Watchdog的構(gòu)成如圖所示，Watchdog由一個(gè)與CPU形成閉合回路的定時(shí)器構(gòu)成。定時(shí)器受CPU控制，CPU可重新設(shè)置定時(shí)值或重新啟動，只要在定時(shí)器“定時(shí)到”前CPU訪問定時(shí)器一次，定時(shí)器會重新開始計(jì)時(shí)，該定時(shí)器永遠(yuǎn)不會產(chǎn)生溢出脈沖，Watchdog不會起作用；若定時(shí)器“定時(shí)到”以前CPU未訪問定時(shí)器，那
27、么Watchdog產(chǎn)生溢出信號使系統(tǒng)復(fù)位，重新初始化或產(chǎn)生中斷使系統(tǒng)進(jìn)入故障處理程序。2）數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)也是計(jì)算機(jī)廣泛使用的消除干擾信號的措施。它是用程序?qū)崿F(xiàn)濾波，無需硬件，只需根據(jù)濾波算法編制相應(yīng)的程序即可達(dá)到目的，且它對頻率很低的干擾信號也能實(shí)現(xiàn)濾波。常用的濾波算法有平均值濾波、中值濾波、限幅濾波、一階滯后濾波。（1） 平均值濾波 平均值濾波把信號的次采樣值的算術(shù)平均值，作為 (為采樣周期)時(shí)的濾波器輸出 平均值濾波對周期性干擾信號有良好的抑制作用。（2） 中值濾波 中值濾波將信號的連續(xù)次（3）采樣值進(jìn)行排序，取其中位值作為時(shí)的濾波輸出。中值濾波對緩變過程的脈沖干擾有良好的濾波效
28、果。（3） 限幅濾波 限幅濾波將前后兩次采樣的差值與相鄰兩次采樣值之差的最大可能值比較。若差值小于，則濾波器輸出本次采樣值，反之則輸出上次采樣值。其算式為 限幅濾波對隨機(jī)干擾和采樣器不穩(wěn)定引起的失真有良好的濾波效果。（4） 一階滯后濾波 一階滯后濾波是模擬RC低通濾波器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)，它適用于波動頻繁的被控參數(shù)。除以上介紹的技術(shù)外，軟件抗干擾技術(shù)還有指令冗余空間冗余容錯(cuò)技術(shù)等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)選取。七電磁泄漏 計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備工作時(shí)通過地線電源線信號線、寄生電磁信號或諧波將有用信息輻射出去的過程叫計(jì)算機(jī)的電磁泄漏。計(jì)算機(jī)以兩種方式向外泄漏信息：一種是以電磁波的形式輻射出，稱為輻射
29、泄漏（其原理如圖7.1所示）；另一種是通過各種線路和金屬管道傳導(dǎo)出去，稱為傳導(dǎo)泄漏（其原理如圖7.2所示）。 圖7.1 輻射泄漏示意圖 圖7.2 傳導(dǎo)泄漏示意圖大量有關(guān)國家安全、國防軍工、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要數(shù)據(jù)信息迅速集中于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的額外微弱電磁能輻射可以被高靈敏度的接收系統(tǒng)接收，從接收到的電磁波中提取分析被處理的數(shù)據(jù)信息，即可獲得所需要的信息內(nèi)容。計(jì)算機(jī)及其數(shù)據(jù)信息面臨被竊取、失密的嚴(yán)重威脅。當(dāng)今，衛(wèi)星通信發(fā)達(dá)，超導(dǎo)探頭的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的輻射所帶來的泄密危害將會變得愈加嚴(yán)重。因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)防電磁泄漏至關(guān)重要。抑制信息泄露的技術(shù)途徑有兩條：一是電子隱蔽技術(shù)，一是物理抑制技
30、術(shù)。電子隱蔽技術(shù)主要包括用干擾、跳頻等技術(shù)來掩飾計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)和保護(hù)信息； 物理抑制技術(shù)又分為包容法和抑源法兩種。包容法主要是對線路單元乃至設(shè)備，甚至系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽，以阻止電磁波的傳播。抑源法則從線路和元件入手，從根本上解決計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備本身向外輻射的電磁波，消除產(chǎn)生較強(qiáng)電磁波的根源。它通常采用低輻射設(shè)備，主要采取以下措施：（1） 選用電壓及功率較低的元器件；（2） 電路布線設(shè)計(jì)降低耦合和輻射；（3） 采用電源濾波和信號濾波；（4） 采用防電磁波涂覆技術(shù)；（5） 采用“紅/黑”隔離技術(shù)。實(shí)踐中可將包容法和抑源法結(jié)合使用。除了采用各種技術(shù)防止計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備電磁泄漏外還應(yīng)注意計(jì)算機(jī)的擺放位
31、置。計(jì)算機(jī)應(yīng)遠(yuǎn)離電話線、暖氣管/水管等金屬線路，使計(jì)算機(jī)向本單位以外的輻射強(qiáng)度減到最小。八、光計(jì)算機(jī)隨著纖維光學(xué)、光學(xué)全息技術(shù)及集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“數(shù)字式光計(jì)算機(jī)”的研究有很大發(fā)展。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，光計(jì)算機(jī)有存儲容量大，處理速度快和抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。電子的實(shí)際傳輸速度僅為光子傳輸速度的幾分之一，而光的波長是無線電波的百萬分之一，因此可以預(yù)言光計(jì)算機(jī)的速度會比超級電子計(jì)算機(jī)快1000倍。而且采用光纖電路是抗電磁脈沖干擾的最理想途徑。光束傳輸信號和處理信號是利用了光技術(shù)所具有的高密度傳送信息和不受電磁感應(yīng)噪聲影響兩大特征。導(dǎo)體上感應(yīng)的以電流或電壓形式出現(xiàn)的脈沖都不能通過光纖進(jìn)行傳輸，且光信號的
32、頻率比電磁脈沖的頻率相隔很遠(yuǎn)，互相不會發(fā)生干擾。同時(shí)，與傳統(tǒng)的導(dǎo)線相比，體積大大的縮小了，耦合也減小了。因此我們可以認(rèn)為光技術(shù)的應(yīng)用及光計(jì)算機(jī)的研究必將使計(jì)算機(jī)的電磁兼容性提高到一個(gè)新的階段。（對文章的總結(jié)）九、結(jié)束語 隨著科技及生產(chǎn)力水平的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的價(jià)格越來越低，但由于計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用，計(jì)算機(jī)承擔(dān)了處理和存儲大量寶貴信息的任務(wù)，一旦計(jì)算機(jī)受到電磁干擾導(dǎo)致信息丟失或出錯(cuò)所造成的損失是無法用金錢衡量的。因此計(jì)算機(jī)電磁兼容問題不容忽視。但要對所有的計(jì)算機(jī)都進(jìn)行嚴(yán)格的電磁兼容設(shè)計(jì)卻又是不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)的，因此我們應(yīng)視實(shí)際情況來采取不同的措施。 參考文獻(xiàn) 路宏敏編著. 工程電磁兼容. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2003 王慶斌, 劉萍, 尤利文, 林嘯天編著. 電磁干擾與電磁兼容技術(shù). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2003 楊天怡, 黃勤編著. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2002 李海泉, 李健編著. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全技術(shù). 北京: 北京人民郵電出版社,2001 鄧洪濤, 武新華, 林予松編著. 全面破解計(jì)算機(jī)硬件. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2003文章的潤色、排版（字體、字號），增加對計(jì)算機(jī)本身特性的分析，工作頻譜，工作電平等15
計(jì)算機(jī)電磁兼容技術(shù)研究畢業(yè)論文.doc
