周海力，朱達(dá)書，劉沖

（中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京，100094）

地線干擾引起的系統(tǒng)復(fù)位分析

周海力，朱達(dá)書，劉沖

（中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京，100094）

本文通過對(duì)武器接地系統(tǒng)的概括介紹，篩選出合理的接地設(shè)計(jì)，從芯片的散熱接地設(shè)計(jì)開始，以及提出新盈的增加接地濾波器設(shè)計(jì)，對(duì)其所應(yīng)采取的各類接地措施作了較為詳盡的說明與分析，對(duì)武器系統(tǒng)接地應(yīng)采取的保護(hù)與定期檢查提出了適當(dāng)?shù)慕ㄗh。本文在研究地線實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過大量的接地實(shí)驗(yàn)，對(duì)武器系統(tǒng)的地線雜波干擾進(jìn)行初探。

地線干擾；地線阻抗；散熱；接地濾波器

0 引言

目前，武器系統(tǒng)電磁環(huán)境日益惡劣，大部分系統(tǒng)工作的可靠性和安全性受到了嚴(yán)重威脅。研究在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，特別是在強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下，地線上的干擾更為強(qiáng)烈，防止地線干擾常常被人忽視，電子系統(tǒng)中地線的電磁兼容性問題顯得尤為重要。武器電子系統(tǒng)在強(qiáng)電磁脈沖作用下和地線的干擾的情況下，會(huì)出現(xiàn)“死機(jī)”、重啟動(dòng)、通訊出錯(cuò)和數(shù)據(jù)采誤差增大甚至燒毀器件等現(xiàn)象。

1 散熱接地造成的系統(tǒng)死機(jī)復(fù)位現(xiàn)象

一般的情況CPU的散熱要求風(fēng)冷片，大多武器系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合，受空間有限，體積狹小的限制，所以散熱一般用機(jī)箱代替散熱片，

圖 1 CPU利用機(jī)箱散熱示意圖

由于CPU一般工作在高速運(yùn)作的情況下，發(fā)熱量較大，需要借助體積較大的散熱器來降低溫度，以提高CPU的可靠性。 圖1所示為一般為CPU散熱方法。由于CPU會(huì)通過散熱壁上的機(jī)殼，當(dāng)機(jī)殼的干擾通過分布電容來干擾CPU，造成復(fù)位，死機(jī)等故障，分析起來較為困難，所以設(shè)計(jì)散熱接地時(shí)要十分小心。

由于接地分布電容的存在，但絕緣導(dǎo)熱層并不能消除由于CPU引起的噪聲干擾通過分布電容耦合到散熱壁上，這樣就給地線上的干擾提供了一個(gè)較近的路徑，分布電容傳遞輸入形成干擾，為了減小這種干擾，將散熱器與接地相連，但需要加裝絕緣材料?？紤]到絕緣材料與散熱片之間 的分布電容會(huì)形成另-條噪聲傳播途徑，所以在散熱器屏蔽層中間插入屏蔽層，將分布電容減?。娙荽?lián)容值減?。?。為了減小散熱器加入屏蔽層而增加的熱阻。同時(shí)，應(yīng)注意屏蔽層必須接至輸入接地端。

2 引起系統(tǒng)死機(jī)復(fù)位的地線雜波干擾來源分析

接地平面上兩接地點(diǎn)之間存在電位差，它串聯(lián)在信號(hào)回路中，將對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。接地平面電位差產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，主要有兩種原因造成接地電位差。一種是接地點(diǎn)的阻抗，不同地點(diǎn)的電位構(gòu)成不同，同時(shí)，隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生的電解電位不一樣或者不同金屬搭接時(shí)，化學(xué)電動(dòng)勢(shì)不同而產(chǎn)生電位差，這種電位差多數(shù)是直流的，由于它的存在．將對(duì)信號(hào)傳輸電平產(chǎn)生干擾。

另一種電位差發(fā)生在運(yùn)載體上，由于電磁感應(yīng)等交流信號(hào)作用，飛機(jī)殼體、艦船甲板上各接地點(diǎn)電位不等，通過接地引入了接地干擾，這種電位差是交流信號(hào)干擾。因此，了解其來源是電磁兼容設(shè)計(jì)的先決條件之一，一般的來源分為內(nèi)部和外部?jī)煞N。

2.1 武器系統(tǒng)電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的相互干擾

（1） 工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電而造成的地線干擾，系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

（2） 信號(hào)通過地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合，或?qū)Ь€之間的互感造成的干擾，系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

（3） 設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，影響元件本身或其他元件的穩(wěn)定性造成的地線干擾，系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

（4） 大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)通過耦合影響其它部件造成的地線干擾，系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

2.2 電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對(duì)線路、設(shè)備或系統(tǒng)間互聯(lián)地線干擾，系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

(1) 外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，通過互感耦合干擾地線路、設(shè)備或系統(tǒng)系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

(2)空間電磁對(duì)地線或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

(3) 工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變?cè)斐傻母蓴_，系統(tǒng)引起的死機(jī)復(fù)位。

3 地線的合理選擇與設(shè)計(jì)

在武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，接地是控制干擾的重要方法。在地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。

（1）地線上不應(yīng)流通工作電流。設(shè)計(jì)時(shí)要求地線和回流線分開，地線上不流通工作電流，但地線上存在雜散電流。為了避免雜散電流壓降對(duì)電路的影響，地線的截面積都應(yīng)比回流線截面積大，這些在系統(tǒng)地線設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。

（2）機(jī)殼不流通工作電流，不允許機(jī)殼作為電路組成部分。機(jī)殼一般是良導(dǎo)體，但機(jī)殼活動(dòng)連接處是不可靠接地，傳導(dǎo)電流時(shí)往往在連接處產(chǎn)生壓，這是電路不允許的。為了避免機(jī)殼對(duì)電路的影響，機(jī)殼既不應(yīng)作為電路組成部分，也不應(yīng)作為地線使用，一般地線在機(jī)殼內(nèi)布線時(shí)，只允許一點(diǎn)與機(jī)殼相連，特殊要求的電路與機(jī)殼是絕緣的。機(jī)殼接地僅作為安全接地，泄放靜電感應(yīng)電荷。

4 增加接地濾波設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一，是在電源或信號(hào)的的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)臑V波器。正確而合理的設(shè)計(jì)接地濾波是解決地線干擾的一個(gè)非常重要的技術(shù)方法。

接地濾波器是以能夠有效抑制地線帶來干擾為目標(biāo)的濾波器，常常以阻抗匹配為目的，電磁干擾通過地線傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑的情況?？梢栽谖淦飨到y(tǒng)的電子設(shè)備的信號(hào)接地入口處安裝一個(gè)低通地線濾波器，這個(gè)地線濾波器對(duì)地線上的干擾有雙向?yàn)V波的功能，從而保護(hù)敏cpu等感器件，減少信號(hào)地線上的干擾。

具有優(yōu)良電磁兼容性指標(biāo)的武器系統(tǒng)，仍然需要不斷進(jìn)行電磁干擾預(yù)防工作和定期檢測(cè)工作。各武器平臺(tái)的接地點(diǎn)，設(shè)備接地之間，系統(tǒng)連接之間、設(shè)備、元器件、電纜等銹蝕腐蝕、老化、失效、環(huán)境、缺乏維修等原因，原有的電磁特性會(huì)發(fā)生變化，可能出現(xiàn)新的電磁干擾。電磁干擾預(yù)防是不可間斷的長(zhǎng)期進(jìn)行的重要工作。特別是那些電磁干擾隱患，尤其需要時(shí)刻預(yù)防。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于武器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，并且相互交聯(lián)，各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜，要真正完全消除地線干擾是不可能完成的任務(wù)。但是可以根據(jù)電磁兼容性的基本原理來采取許多措施最大限度地減小電磁干擾使之控制在系統(tǒng)可容納的范圍之內(nèi)，從而保證武器系統(tǒng)或設(shè)備良好的電磁兼容性。

[1]B·E·凱瑟（美）.《電磁兼容原理》.電子工業(yè)出版社.

[2]D·斯托爾（德）.《工業(yè)抗干擾的理論與實(shí)踐》.國(guó)防工業(yè)出版社.

[3]蔡仁鋼.《電磁兼容原理設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)技術(shù)》.北京航空航天大學(xué)出版社.

Analysis of system reset caused by ground disturbance

Zhou Haili，Zhu Dashu，Liu Chong
(China Shipbuilding Industry System Engineering Institute,Beijing,100094)

ground wire interference; ground impedance; heat dissipation ;ground filter

Abstrat:Based on the introduction of weapons grounding system, grounding screen design is reasonable, the heat from the chip design of grounding, grounding and increase filter design new profit, of all kinds of the grounding measures should be taken to make more detailed descriptions and analysis, for the protection of the weapon system. To be taken and put forward appropriate recommendations regular inspection. In this paper, based on the study of ground wire, a large number of grounding experiments are carried out to study the ground clutter interference of weapon system.