地線干擾引起的系統復位分析

周海力，朱達書，劉沖

（中國船舶工業系統工程研究院，北京，100094）

地線干擾引起的系統復位分析

周海力，朱達書，劉沖

（中國船舶工業系統工程研究院，北京，100094）

本文通過對武器接地系統的概括介紹，篩選出合理的接地設計，從芯片的散熱接地設計開始，以及提出新盈的增加接地濾波器設計，對其所應采取的各類接地措施作了較為詳盡的說明與分析，對武器系統接地應采取的保護與定期檢查提出了適當的建議。本文在研究地線實驗基礎上，通過大量的接地實驗，對武器系統的地線雜波干擾進行初探。

地線干擾；地線阻抗；散熱；接地濾波器

0 引言

目前，武器系統電磁環境日益惡劣，大部分系統工作的可靠性和安全性受到了嚴重威脅。研究在復雜的電磁環境下，特別是在強磁場強電場環境下，地線上的干擾更為強烈，防止地線干擾常常被人忽視，電子系統中地線的電磁兼容性問題顯得尤為重要。武器電子系統在強電磁脈沖作用下和地線的干擾的情況下，會出現“死機”、重啟動、通訊出錯和數據采誤差增大甚至燒毀器件等現象。

1 散熱接地造成的系統死機復位現象

一般的情況CPU的散熱要求風冷片，大多武器系統應用場合，受空間有限，體積狹小的限制，所以散熱一般用機箱代替散熱片，

圖 1 CPU利用機箱散熱示意圖

由于CPU一般工作在高速運作的情況下，發熱量較大，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會通過散熱壁上的機殼，當機殼的干擾通過分布電容來干擾CPU，造成復位，死機等故障，分析起來較為困難，所以設計散熱接地時要十分小心。

由于接地分布電容的存在，但絕緣導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。考慮到絕緣材料與散熱片之間 的分布電容會形成另-條噪聲傳播途徑，所以在散熱器屏蔽層中間插入屏蔽層，將分布電容減小（電容串聯容值減小）。為了減小散熱器加入屏蔽層而增加的熱阻。同時，應注意屏蔽層必須接至輸入接地端。

2 引起系統死機復位的地線雜波干擾來源分析

接地平面上兩接地點之間存在電位差，它串聯在信號回路中，將對電子設備產生干擾。接地平面電位差產生的原因較為復雜，主要有兩種原因造成接地電位差。一種是接地點的阻抗，不同地點的電位構成不同，同時，隨著時間的變化產生的電解電位不一樣或者不同金屬搭接時，化學電動勢不同而產生電位差，這種電位差多數是直流的，由于它的存在．將對信號傳輸電平產生干擾。

另一種電位差發生在運載體上，由于電磁感應等交流信號作用，飛機殼體、艦船甲板上各接地點電位不等，通過接地引入了接地干擾，這種電位差是交流信號干擾。因此，了解其來源是電磁兼容設計的先決條件之一，一般的來源分為內部和外部兩種。

2.1 武器系統電子設備內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生漏電而造成的地線干擾，系統引起的死機復位。

（2） 信號通過地線、電源和傳輸導線的阻抗互相耦合，或導線之間的互感造成的干擾，系統引起的死機復位。

（3） 設備或系統內部某些元件發熱，影響元件本身或其他元件的穩定性造成的地線干擾，系統引起的死機復位。

（4） 大功率和高電壓部件產生的磁場、電場通過耦合影響其它部件造成的地線干擾，系統引起的死機復位。

2.2 電子設備或系統以外的因素對線路、設備或系統間互聯地線干擾，系統引起的死機復位。

(1) 外部大功率的設備在空間產生很強的磁場，通過互感耦合干擾地線路、設備或系統系統引起的死機復位。

(2)空間電磁對地線或系統產生的干擾，系統引起的死機復位。

(3) 工作環境溫度不穩定，引起電子線路、設備或系統內部元器件參數改變造成的干擾，系統引起的死機復位。

3 地線的合理選擇與設計

在武器系統設計中，接地是控制干擾的重要方法。在地線設計中應注意以下兩點。

（1）地線上不應流通工作電流。設計時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電路的影響，地線的截面積都應比回流線截面積大，這些在系統地線設計時必須加以考慮。

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

4 增加接地濾波設計

電路設計的常規做法之一，是在電源或信號的的各個關鍵部位配置適當的濾波器。正確而合理的設計接地濾波是解決地線干擾的一個非常重要的技術方法。

接地濾波器是以能夠有效抑制地線帶來干擾為目標的濾波器，常常以阻抗匹配為目的，電磁干擾通過地線傳入設備和傳出設備的主要途徑的情況。可以在武器系統的電子設備的信號接地入口處安裝一個低通地線濾波器，這個地線濾波器對地線上的干擾有雙向濾波的功能，從而保護敏cpu等感器件，減少信號地線上的干擾。

具有優良電磁兼容性指標的武器系統，仍然需要不斷進行電磁干擾預防工作和定期檢測工作。各武器平臺的接地點，設備接地之間，系統連接之間、設備、元器件、電纜等銹蝕腐蝕、老化、失效、環境、缺乏維修等原因，原有的電磁特性會發生變化，可能出現新的電磁干擾。電磁干擾預防是不可間斷的長期進行的重要工作。特別是那些電磁干擾隱患，尤其需要時刻預防。

5 結束語

由于武器系統的廣泛應用，并且相互交聯，各種干擾設備的輻射很復雜，要真正完全消除地線干擾是不可能完成的任務。但是可以根據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可容納的范圍之內，從而保證武器系統或設備良好的電磁兼容性。

[1]B·E·凱瑟（美）.《電磁兼容原理》.電子工業出版社.

[2]D·斯托爾（德）.《工業抗干擾的理論與實踐》.國防工業出版社.

[3]蔡仁鋼.《電磁兼容原理設計和預測技術》.北京航空航天大學出版社.

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.