接地技術(shù)對(duì)信息技術(shù)設(shè)備電磁兼容性的影響及案例分析

【摘要】 本文主要介紹了影響信息技術(shù)設(shè)備電磁兼容性的幾種接地技術(shù)，并討論了針對(duì)信息技術(shù)設(shè)備輻射騷擾中接地技術(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)其的影響以及案例分析。

【關(guān)鍵詞】 電磁兼容;接地技術(shù);信息技術(shù)設(shè)備

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.01.006

Abstract： The main sources of uncertainty of determination of phthalate esters in cosmetics by gas chromatography-mass spectrometry were the standard solution，the sample，the sample handling course.Butyl benzyl phthalate（BBP）as an example，each uncertainty component was evaluated.The combined uncertainty and expanded uncertainty were calculated. As the measuring the results of BBP in cosmetics was 10.05 mg/L，the expanded uncertainty was 0.70 mg/L（k=2）.

Key words： gas chromatography-mass spectrometer;cosmetics;BBP;uncertainty

1 引言

在當(dāng)下的信息時(shí)代，人類日常生活中信息技術(shù)設(shè)備的使用隨處可見。而在人們身邊，除去信息技術(shù)設(shè)備外還有眾多的電氣產(chǎn)品，在這些產(chǎn)品環(huán)繞之下，由電氣產(chǎn)品工作時(shí)產(chǎn)生的電磁能量越來越大。在這樣的電磁污染環(huán)境下，對(duì)產(chǎn)品本身的電磁干擾強(qiáng)度越來越大，對(duì)人體的健康危害也越來越顯著。良好的接地技術(shù)在不僅能保護(hù)設(shè)備使用過程中的人身安全，對(duì)電磁干擾的防護(hù)也有極大的影響。

2 不良接地對(duì)信息技術(shù)設(shè)備運(yùn)行過程中的存在的問題

不良接地對(duì)信息技術(shù)設(shè)備運(yùn)行過程中的存在的問題，主要有3個(gè)方面。

a）人體觸電問題。眾所周知，對(duì)于外殼是導(dǎo)電體的設(shè)備在眾多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中地線均要為保護(hù)接地。保護(hù)接地便是在導(dǎo)電金屬外殼在故障帶電情況下通過接地與大地連接起來的防護(hù)措施。這是起到防止人體觸電危險(xiǎn)的有效措施。

b）靜電問題。靜電是摩擦產(chǎn)生的電，其能量雖然小，但是對(duì)信息技術(shù)設(shè)備的不良影響確是很大。在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中，GB/T 17626.2《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)》便是我國國標(biāo)中便是對(duì)電氣設(shè)備的靜電抗擾度要求。在GB/T 17618《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限制和測(cè)量方法》也有針對(duì)于靜電的條款要求。

信息設(shè)備在運(yùn)行過程中，靜電產(chǎn)生放電時(shí)，在放電點(diǎn)產(chǎn)生瞬間電流，干擾到其附近線路、設(shè)備，從而致使設(shè)備無法正常運(yùn)行。而且，靜電產(chǎn)生的微小電流可能引起電子線路中前后兩點(diǎn)的電位差，倘若產(chǎn)生足夠電壓值時(shí)便會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞等問題。在當(dāng)今的信息技術(shù)設(shè)備多功能化、復(fù)雜化發(fā)展的階段下，設(shè)備的電子線路的設(shè)計(jì)中很多半導(dǎo)體元器件是高密度、集成化的，在高靈敏材料集成下的線路板，對(duì)于靜電的抗擊能力便會(huì)大大下降，這不排除在靜電的作用下會(huì)把電路擊穿造成受控器件誤動(dòng)、設(shè)備運(yùn)行紊亂等。而要消除此類問題，由于靜電的產(chǎn)品本身便具有概率性，產(chǎn)生的靜電強(qiáng)度每次也是不盡相同，所以要想完全消除靜電問題對(duì)信息技術(shù)設(shè)備的影響，難度是很大的。此外，很多信息技術(shù)設(shè)備均有儲(chǔ)存和信號(hào)指令傳輸功能，倘若受到靜電電流影響，很可能出現(xiàn)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)丟失或者執(zhí)行錯(cuò)誤指令等嚴(yán)重問題[1]。

c）電磁干擾問題。信息技術(shù)設(shè)備多為直流元器件集成設(shè)計(jì)，在設(shè)備電子元器件中共模和差模電容的運(yùn)用便會(huì)極大的影響信息技術(shù)設(shè)備的電磁干擾問題。這便直接影響了最終設(shè)備是否符合我國GB/T 9254-2008《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限制和測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)。這不僅對(duì)設(shè)備是否能夠順利獲得認(rèn)證證書有直接關(guān)聯(lián)，對(duì)產(chǎn)品的高品質(zhì)要求也是極大考驗(yàn)。

3 信息技術(shù)設(shè)備接地技術(shù)的類型

信息技術(shù)設(shè)備接地技術(shù)共分為2類。

a）保護(hù)型接地。保護(hù)型接地技術(shù)主要是為了去除靜電以及防止觸電。除靜電接地技術(shù)主要是通過地線將靜電引流入大地，以防外殼電子積蓄過多而對(duì)人體或者設(shè)備造成傷害;防止漏電接地技術(shù)主要是將設(shè)備與人體能夠接觸的可導(dǎo)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行接良好地，防止在設(shè)備短路本體帶電時(shí)裸露的金屬部分在與人體接觸時(shí)發(fā)生人身觸電事故。同時(shí)可以防止高壓電路和低壓電路的互串，也能夠在設(shè)備發(fā)生故障短路時(shí)及時(shí)熔斷保險(xiǎn)從而切斷電源，提高設(shè)備使用過程中的安全性[2]。

b）功能型接地。功能型接地技術(shù)主要包括了系統(tǒng)接地、邏輯接地、屏蔽接地和信號(hào)接地。系統(tǒng)接地的主要目的就是防止設(shè)備運(yùn)行過程中因錯(cuò)綜復(fù)雜的電回路交錯(cuò)而發(fā)生的震蕩，是為了保證設(shè)備能夠夠安全、平穩(wěn)地運(yùn)行;邏輯接地得作用便是平衡兩點(diǎn)（面）的電勢(shì)，構(gòu)成等位點(diǎn)（面），以此為基準(zhǔn)點(diǎn)從而能夠獲得穩(wěn)定的電位參數(shù);屏蔽接地就是提高設(shè)備的電磁兼容性，將多電路產(chǎn)生的電磁干擾經(jīng)地線流走，避免其他電路受其影響;信號(hào)接地便是可以統(tǒng)一電路的電暈放電損耗、側(cè)漏電源等參數(shù)，提高基準(zhǔn)點(diǎn)位的穩(wěn)定性，從而使電路運(yùn)行過程中的波動(dòng)減少[3]。

4 信息技術(shù)接地方式的設(shè)計(jì)

4.1 單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地便是只有一個(gè)接地點(diǎn)，設(shè)備的各部分結(jié)構(gòu)都需接到此接地點(diǎn)上。實(shí)現(xiàn)方式有串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地兩種。如圖1所表示。

串聯(lián)式單點(diǎn)接地便是信息技術(shù)各部分電路共用一條地線，通過同一導(dǎo)線，這種方式會(huì)使接地阻抗串聯(lián)增大，并且各回路干擾均會(huì)匯聚一條導(dǎo)線，互相干擾。這種接地方式對(duì)于抑制干擾來看作用性是最小的，但其也有其優(yōu)勢(shì)所在，這種接地方式的結(jié)果是最簡單的，而且往往這種接地的引線也是最短的，單回路的接地阻抗就相對(duì)小了很多，比較適用于組合柜中的多功能信息技術(shù)設(shè)備。

并聯(lián)式單點(diǎn)接地是指在同一設(shè)備中只定義一個(gè)接地參考點(diǎn)，系統(tǒng)中各個(gè)電路需并聯(lián)接入該點(diǎn)，互不干擾，各回路接地電阻并聯(lián)而行。各單獨(dú)電路互不影響，這能在低頻工作時(shí)避免其他電路接地電阻的干擾，但是在高頻電路中還是不適用的，高頻電路中，相鄰的地線產(chǎn)生耦合的可能性更大，在多地線的情況下此種現(xiàn)象的產(chǎn)生更容易，從而對(duì)電路間的干擾也會(huì)更多。同時(shí)并聯(lián)式接地，地線數(shù)量會(huì)增加很多，這會(huì)帶來電路設(shè)計(jì)的空間問題以及設(shè)備本身的重量問題和成本問題[3]。

4.2 多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地是指同一設(shè)備中每個(gè)單回路采用就近原則直接獨(dú)立與最近的接地平面相連接。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)便在于各接地線均會(huì)較短，適用于工作頻率在10MHz以上的高頻電路，但伴隨著也會(huì)產(chǎn)生新的干擾，便是多點(diǎn)接地會(huì)使各回路獨(dú)立接地，這便形成了多底線回路，單回路干擾也就增多了，這對(duì)設(shè)備內(nèi)低頻率的電路的不良影響會(huì)加劇。

4.3 混合接地

混合接地技術(shù)便是單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地相結(jié)合。畢竟我們知道信息技術(shù)設(shè)備的工作頻段不會(huì)是單一性的，綜上第1和第2點(diǎn)所述，單點(diǎn)接地適用于低頻電路，多點(diǎn)接地適用于高頻電路。那對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的信息設(shè)備多電路，相應(yīng)頻率的回路采用相應(yīng)的接地方式便是混合接地技術(shù)。

4.4 懸浮接地

對(duì)于很多信息技術(shù)設(shè)備來說，其外殼設(shè)計(jì)均為非導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其與電路直接也是絕緣的，但是往往此類產(chǎn)品也會(huì)設(shè)計(jì)底線系統(tǒng)，這便是懸浮接地技術(shù)。如圖2所示。

這樣設(shè)計(jì)的初衷便是抑制電磁干擾，讓地系統(tǒng)上的電磁干擾不傳導(dǎo)到設(shè)備電路本身。同時(shí)，其另一作用便是防止干擾直接耦合到信息技術(shù)設(shè)備的信號(hào)電路。

懸浮接地的不足之處便是由于其不是與大地真的連接，伴隨著靜電產(chǎn)生，電路容易產(chǎn)生靜電積累，在外界有電擊干擾的情況下，靜電累積產(chǎn)生的高壓會(huì)使操作人員遭到電擊并損壞設(shè)備。再者，信息技術(shù)設(shè)備一般時(shí)直接連入市電電網(wǎng)，而電網(wǎng)為保證安全性一般時(shí)直接與地連接，當(dāng)電網(wǎng)相線與懸浮地的機(jī)箱短路時(shí)，有引起高壓觸電的危險(xiǎn)。所以，一般懸浮地的接地電阻需要極其謹(jǐn)慎的考慮和設(shè)計(jì)以保證安全性[4]。

5 良好接地對(duì)信息技術(shù)設(shè)備在輻射騷擾測(cè)試中的影響案例分析

5.1 信息技術(shù)設(shè)備輻射測(cè)試介紹

信息技術(shù)設(shè)備，對(duì)應(yīng)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 9254-2008《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限制和測(cè)量方法》。標(biāo)準(zhǔn)中第6章介紹了輻射測(cè)試的限值要求如為表1～表4所示。

測(cè)量頻率上限的選擇依據(jù)EUT正常工作產(chǎn)生的最高時(shí)鐘頻率而定：

最高時(shí)鐘頻率<108 MHz，測(cè)量進(jìn)行到1 GHz;

108 MHz≤最高時(shí)鐘頻率<500 MHz，測(cè)量進(jìn)行到2 GHz;

500 MHz≤最高時(shí)鐘頻率<1 GHz，測(cè)量進(jìn)行到5 GHz;

最高時(shí)鐘頻率≥1 GHz，測(cè)量將進(jìn)行到5倍最高頻率或者到6 GHz，取兩者中的小者[5]。

標(biāo)準(zhǔn)第10章節(jié)詳細(xì)介紹了輻射騷擾的測(cè)量方法，其中臺(tái)式設(shè)備和落地式設(shè)備的測(cè)試布置如圖3和圖4所示。

5.2 某品牌掃描儀接地處理前后輻射騷擾測(cè)試結(jié)果分析

依據(jù)國標(biāo)GB/T 9254-2008《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限制和測(cè)量方法》，采用暗室輻射發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)某一品牌掃描儀的輻射測(cè)試結(jié)果有如下分析。采用設(shè)備及場(chǎng)地如表5所示。

掃描儀采用的限值分類為A級(jí)ITE，為臺(tái)式設(shè)備，測(cè)試布置依據(jù)圖3，且其為單一性掃描儀，不考慮其他功能模塊，輻射騷擾測(cè)試頻率只進(jìn)行至1 GHz即可。注：本次測(cè)試采用3 m法，其A級(jí)ITE設(shè)備1 GHz以下限值要求為表6所示。

通過對(duì)掃描儀的輻射測(cè)試后，在不加任何處理手段的情況下，我們得到如下的測(cè)試圖譜（圖5），以天線垂直極性結(jié)果為例。

由圖可見其點(diǎn)1（頻率為36.85 MHz）和點(diǎn)2（頻率為50.01 MHz）出現(xiàn)高峰，其峰值已經(jīng)超過了準(zhǔn)峰值的限值要求，對(duì)其兩點(diǎn)進(jìn)行終測(cè)讀點(diǎn)后，讀出點(diǎn)1的準(zhǔn)峰值為52.10 dB（μV/m）（超出限值2.10 dB）;點(diǎn)2的準(zhǔn)峰值為49.21 dB（μV/m）（裕量為0.79 dB），顯然本次測(cè)試得出結(jié)果為不合格，即使點(diǎn)2為超出限值要求，但其裕量也是嚴(yán)重不足，加上輻射測(cè)試這種空間性的測(cè)試，復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性都不高，極有可能二次復(fù)測(cè)也是不合格。

該掃描儀本身為Ⅰ類防觸電等級(jí)設(shè)備，有保護(hù)接地，其內(nèi)部電源模塊已有接地處理，現(xiàn)對(duì)其電源輸入處接地線縮短，電源模塊后端接地點(diǎn)直接連接保護(hù)地，并在后端的掃描儀的顯示屏進(jìn)行就近地接地處理后得到圖6的測(cè)試結(jié)果。

從圖6中可見，原頻點(diǎn)1和2的測(cè)試結(jié)果均有改善，30 MHz～50 MHz整頻段的輻射騷擾值均有降低，由此可見接地處理對(duì)信息技術(shù)設(shè)備電磁干擾的影響是很大的，注意這些細(xì)節(jié)，這能讓一款電氣產(chǎn)品研發(fā)時(shí)少走很多彎路。

6 總結(jié)

接地處理在現(xiàn)階段已不僅僅有安全保護(hù)的作用，這對(duì)信息技術(shù)設(shè)備的電磁兼容也有重大的影響，良好接地能改善電磁干擾，這對(duì)信息技術(shù)設(shè)備的電氣結(jié)構(gòu)研發(fā)設(shè)計(jì)具有借鑒意義，對(duì)檢測(cè)兼容測(cè)試的整改措施也有指導(dǎo)性作用。

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【作者簡介】

吳俊純（1996-）男，學(xué)士，研究方向?yàn)殡姶偶嫒輽z測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)。