计算机机房的电磁兼容设计与实现

计算机机房的电磁兼容设计与实现Ξ

易兰珍

(怀化铁路总公司电算中心　怀化　418000)

摘 要

本文简述了当今电磁环境的复杂性以及电磁干扰对计算机机房设备的危害,介绍了通用的电磁兼容实现技术。并对计算机机房电磁兼容设计提供了一套方案及具体实现办法。

关键词:电磁兼容　接地　屏蔽　隔离

中图法分类号:TP308

Design and Implementation of Electromagnetic Compatibility in Computer R oom

Yi Lanzhen

(Huaihua Railway Electronic Computer Center Huaihua418000)

Abstract:This article discusses current complicated electromagnetic environment and the electromagnetic inter2 ference damage to equipment in computer room.It introduces the universal technology to realize electromagnetic compatibility.It also provides a scheme on implementing electromagnetic compatibility in computer room.

K ey w ords:electromagnetic compatibility,grounding,shielding,separating

Class number:TP308

1　前言

随着电子技术的调整发展,计算机以及网络的应用在各行各业已达到了相当程度,使得各行业计算机中心机房担负着极其重要的任务,确保数据安全以及机房设备的正常运转与企业的效益甚至生存体戚相关。计算机机房系统庞大,设备繁多。为了加大计算机机房内设备运转的安全保障,机房环境的优化就显得非常重要了。优化设计有多个层面,如:机房的电磁兼容性设计,防火安全设计,温湿度调控等等。在此,我就机房的电磁兼容设计方面做简要分析论述。2　电磁干扰对计算机系统的危害电磁干扰产生的原因很多,人为的干扰源如:通讯电子设备发射的电磁波、电站工作、工业机械电子设备的点火系统、电火花、电子设备启动、停止等;自然界的非人为干扰源如:大气噪声(雷、电等)、太阳噪声、宇宙噪声等等。这些干扰源都污染着电磁环境。

过去,人们往往认为,计算机是以逻辑为特征的数字系统,受外来电磁干扰影响不会很大。因此对计算机机房防电磁干扰设计方面没有足够的重视。随着微电子技术的发展,计算机已朝高速度、高灵敏度、高集成和

Ξ收到本文时间:2003年4月15日

多功能方向发展,系统已是含有多种元器件和许多分系统的低压传输信息的复杂设备。高速和高密,会使系统的辐射加重,低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。因此,由于电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰,严重地威胁着计算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。具体表现为:

①导致硬盘、磁带机等数据存储设备损坏,使数据丢失。

②输入输出逻辑出错。

③显示器显示画面稳定。

④造成主机死机或错误处理。

⑤雷击事故引起的尖峰干扰可引起逻辑电路的伪触发,严重的使硬件设备造成毁灭性的破坏等等。

面对复杂的电磁环境。对机房系统进行电磁兼容性设计,是提高机房电子设备稳定、安全可靠性的可行方法。

3　电磁兼容实现技术

电磁兼容是指电子、电气设备或系统的一种工作状态,在这种工作状态下,它们不会因内部和彼此之间存在电磁干扰而影响其正常工作。电磁兼容实现主要技术有:接地、屏蔽、滤波和隔离等,合理地运用相关技术,就能有效地控制电磁干扰。计算机机房的电磁兼容实现中主要运用了接地、屏蔽、隔离技术

。

3.1接地技术

接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面,是电路或系统的基准电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全,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。

接地的方法很多,具体使用哪一种方法取决于系统的结构和功能。这些方法包括:

①单点接地:如图

1所示,单点接地是为许多在一起的电路提供公共电位参考点的方法,这样信号就可以在不同的电路之间传输。若没有公共参考点,就会出现错误信号传输。单点接地要求每个电路只接地一次,并且接在同一点。该点常常以地球为参考。由于只存在一个参考点,因此可以相信没有地回路存在,因而也就没有干扰问题。

图1　单点和星形接地

②多点接地:如图2所示,从图中可以看出,设备内电路都以机壳为参考点,而各个设备的机壳又都以地为参考点。这种接地结构能够提供较低的接地阻抗,这是因为多点接地时,每条地线可以很短:并且多根导线并联能够降低接地导体的总电感。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。

图2　多点接地

③混合接地:混合接地既包含了单点接地的特性,又包含了多点接地的特性。例如,系统内的电源需要单点接地,而射频信号又要求多点接地,这时就可以采用图3所示的混合接地。对于直流,电容是开路的,电路是单点接地,对于射频,电容是导通的,电路是多点接地。

当许多相互连接的设备体积很大(设备

的物理尺寸和连接电缆与任何存在的干扰信号的波长相比很大)时,就存在通过机壳和电缆的作用产生干扰的可能性。当发生这种情况时,干扰电流的路径通常存在于系统的地回路中

。图3　混合接地

在考虑接地问题时,要考虑两个方面的

问题,一个是系统的自兼容问题,另一个是外部干扰耦合进地回路,导致系统的错误工作。由于外部干扰常常是随机的,因此解决起来往往更难。3.2屏蔽技术

电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。屏蔽体对电磁波的衰减有三种不同的机理:

①空气中传播的电磁波到达屏蔽体表面时,由于空气———金属界面的不连续性,对入射波产生反射损耗。这种反射并不要求屏蔽材料有多厚,而只要阻抗不连续性。

②未被表面反射而进入屏蔽体内的能量,在屏蔽体内向前传播时,被屏蔽体的吸收损耗。

③在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量,传到屏蔽体的另一面时,遇到另一个空气界面而再次反射,并重新折回屏蔽体内。这种反射在两交界面可能重复多次,形成多次反射损耗。

屏蔽一般分为两种类型:一类是静电屏蔽,主要用于防治静电场和恒定磁场的影响,另一类是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。

静电屏蔽应具有两个基本要点,即完善的屏蔽体和良好的接地。

电磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且

要求屏蔽体具有良好的导电连续性,对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。

因而为了满足电磁兼容性要求,常常用高导电性的材料作为屏蔽材料,如铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层等。

电磁屏蔽装置一般为金属材料制成的封闭壳体。当交变的电磁场传向金属壳体时,一部分被金属壳体表面所反射,一部分在壳体内部被吸收,这样透过壳体的电磁场强度便大幅度衰减。电磁屏蔽的效果与电磁波频率、壳体厚度和屏蔽材料特性等有关。

一般地说,频率越高,壳体越厚,材料导电性能越好,屏蔽效果也就越大。在实际的屏蔽中,电磁屏蔽的效能更大程序上依赖于屏蔽体的结构,即导电的连续性。

对金属屏蔽体的屏蔽性能可用屏蔽效率S 来进行评估,计算公式为:

S =R +A +B (dB )其中R :反射损耗A :吸收损耗B :校正因子反射损耗的大小取决于电磁波产生源的性质以及波源的距离。

吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩时能量损耗的数量。

校正因子在屏蔽材料较薄,吸收损耗小于10dB 的情况下需要考虑。

各项的具体计算在此就不作陈述了。在工程实施中,屏蔽体是难以做到安全封闭的,同时从工程的实际需要和经费的情况出发,屏蔽材料的选用就会有相应的变化。如带孔阵的金属或金属网作为屏蔽材料,虽然屏蔽效果会降低,但便于电子设备通风、散热、透光,具有实用性。3.3隔离技术

不同功能的设备分区摆放,强电、弱电传输线分开布放。

4　机房电磁兼容设计具体实现

根据我中心机房的具体情况,综合成本