電磁干擾對結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的影響

1、電磁干擾對結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的影響    如今，企業(yè)高度依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，事實(shí)上，如果沒有高科技電子設(shè)備，它們幾乎無法有效運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦投資購置，這些電子設(shè)備的可靠運(yùn)行就變得至關(guān)重要。系統(tǒng)故障不但會造成業(yè)務(wù)機(jī)會喪失或生產(chǎn)效率降低等嚴(yán)重后果，而且會使用戶對系統(tǒng)的信心快速下滑。結(jié)果，用戶要么設(shè)法避開網(wǎng)絡(luò)，因而無法獲得全部商業(yè)優(yōu)勢，或者，將該系統(tǒng)更換為更可靠性的產(chǎn)品，并由此導(dǎo)致額外的成本。對電磁兼容性（EMC）的關(guān)注以及制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力源自個(gè)人計(jì)算機(jī)、局域網(wǎng)等電子設(shè)備的快速增長，源自這些設(shè)備持續(xù)增加的數(shù)據(jù)速率。更重要的是，便攜式電子設(shè)備的使用也出現(xiàn)爆發(fā)式增長，給通信

2、環(huán)境帶來難以預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)多以計(jì)算機(jī)或微處理器為基礎(chǔ)，通常會對系統(tǒng)中的高頻信號產(chǎn)生有害影響，這些影響來源于另一系統(tǒng)接口電纜中的傳導(dǎo)電流或者電磁場導(dǎo)致的電磁感應(yīng)。另外，采用數(shù)字電子設(shè)備的系統(tǒng)含有電流和電壓高速交換電路，會導(dǎo)致較高的高頻電磁輻射。本文以電磁兼容性（EMC）為主題，旨在增進(jìn)對電磁兼容性（EMC）及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的了解，并在此基礎(chǔ)上探討電磁兼容性（EMC）對布線系統(tǒng)的影響。電磁效應(yīng)電磁效應(yīng)可分為兩大類。第一類指電子設(shè)備因電磁感應(yīng)電壓和電流而發(fā)生故障或損壞，或?qū)Υ祟惞收匣蛴绊懙拿庖吣芰?。第二類與不必要的電磁噪聲的放射問題相關(guān)?，F(xiàn)今，電子設(shè)備的應(yīng)用已達(dá)到前所未有的程度，系統(tǒng)的可靠性及抗

3、故障能力可能對安全、生產(chǎn)效率、可靠性等造成顯著影響。除設(shè)備或系統(tǒng)的電磁輻射敏感性以外，另一重點(diǎn)在于，不得產(chǎn)生顯著超過正常信號水平的電磁放射，無論是傳導(dǎo)信號還是輻射信號均須如此。目前，許多國家通過嚴(yán)厲的法律手段對其進(jìn)行控制什么是電磁干擾？電磁干擾（EMI）的含義非常廣泛，它是造成電子系統(tǒng)暫時(shí)或永久故障的原因，其根源既可能是相關(guān)系統(tǒng)所處的自然環(huán)境或人為電磁環(huán)境，也可能是通過接口電纜從其他設(shè)備饋入的意外感應(yīng)電流和電壓。流經(jīng)電子系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的高頻電流也可能導(dǎo)致電磁干擾。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)上可承受操作環(huán)境中的電磁威脅，且不放射超過規(guī)定水平的電磁輻射，則該系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。若要保護(hù)每件設(shè)備，使其免受

4、任何電磁干擾的威脅，其成本將非常高昂。弄清所需防護(hù)水平，評估設(shè)備的操作電磁環(huán)境，這是設(shè)計(jì)的第一步。放射時(shí)變電荷分布和電流會產(chǎn)生電磁波。所有電氣和電子設(shè)備及系統(tǒng)都含有支持時(shí)變電流和電壓的導(dǎo)線，因而或多或少都會產(chǎn)生一定的電磁輻射，具體取決于以下因素：時(shí)變電壓和電流的大小導(dǎo)線的長度電壓和電流的變化速率系統(tǒng)中導(dǎo)線相互之間及其相對于接地基準(zhǔn)點(diǎn)的幾何布局。需要注意的是，由于切換操作中電流和電壓快速發(fā)生變化，所以，即使是直流（DC）系統(tǒng)和甚低頻系統(tǒng)也可能產(chǎn)生顯著的電磁輻射。這可能造成一種短暫的干擾源。敏感性為了弄清使現(xiàn)代電子設(shè)備敏感性不斷增加的原因，我們必須首先考慮小型化技術(shù)取得的巨大進(jìn)步。得益于此類進(jìn)步，

5、執(zhí)行同樣復(fù)雜的任務(wù)所需要的功率降低了；這就意味著，用來在設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備之間發(fā)射信號的電壓和電流也大幅降低了。不幸的是，結(jié)果相對增強(qiáng)了干擾信號的顯著性。除了降低功率水平以外，小型化還拉近了設(shè)備各區(qū)域之間的距離，因而加大了干擾幾率。造成系統(tǒng)敏感性增加的另一因素是電路帶寬的增加，這是更快處理速度需求造成的結(jié)果。如前所述，這不但會產(chǎn)生無用的電磁（EM）放射，同時(shí)還會使系統(tǒng)對更為廣泛的頻率作出無用反應(yīng)。電磁場中的磁性元件與電子系統(tǒng)中的環(huán)路結(jié)合后會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此外，與電場元件對齊的導(dǎo)線或者電場元件中的正常導(dǎo)線，如達(dá)到一定長度，將會產(chǎn)生感應(yīng)電流。對于操作信號水平達(dá)幾伏特且/或操作電流達(dá)幾微安培的系統(tǒng)，若不

6、采取預(yù)防措施，則極易受到電磁場的干擾。用于避免敏感性問題的諸多措施同時(shí)也能降低電磁放射。電磁干擾問題的解決辦法如前所述，對電磁干擾問題的全方位解決方案取決于設(shè)備以及需要遵循的抗擾度規(guī)范的性質(zhì)。設(shè)計(jì)的各個(gè)方面均須納入考慮范圍，從電路板到連接器，從機(jī)柜到電源和接口電纜。以下即是有助于增強(qiáng)系統(tǒng)整體性能的所有設(shè)計(jì)因素，有源電子器件和布線系統(tǒng)均是如此：印刷電路板設(shè)計(jì)機(jī)柜設(shè)計(jì)連接器技術(shù)電源和接口電纜本文討論的是接口電纜的設(shè)計(jì)。電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)以下為四類電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)：基本標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在測試方法方面須參考基本標(biāo)準(zhǔn)。以下是與局域網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備的測試及合規(guī)性相關(guān)標(biāo)

7、準(zhǔn)：放射標(biāo)準(zhǔn)IECCISPR22或EN55022關(guān)于信息技術(shù)設(shè)備射頻干擾特性的限制和測量方法IEC/EN61000-6-3通用放射標(biāo)準(zhǔn)第一部分：住宅、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境IEC/EN61000-6-4通用放射標(biāo)準(zhǔn)第二部分：工業(yè)環(huán)境抗擾度標(biāo)準(zhǔn)IECCISPR24或EN55024產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：信息技術(shù)設(shè)備抗擾度IEC/EN61000-6-1通用抗擾度標(biāo)準(zhǔn)第一部分：住宅、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境IEC/EN61000-6-2通用抗擾度標(biāo)準(zhǔn)第二部分：工業(yè)環(huán)境IEC61000-4基本電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)系列第二部分：靜電放電（ESD）抗擾度測試第三部分：輻射場抗擾度測試第四部分：電快速瞬變脈沖群（EFT）/猝發(fā)抗擾度測試第五

8、部分：電涌抗擾度測試第六部分：導(dǎo)電場抗擾度測試第八部分：電頻磁場抗擾度測試最常見的局域網(wǎng)硬件和結(jié)構(gòu)化布線放射及抗擾度標(biāo)準(zhǔn)分別為EN55022（IECCISPR22）和EN55024（IECCISPR24）。EN55022對A類和B類環(huán)境中的輻射放射和傳導(dǎo)放射要求作了規(guī)定。“A類”對應(yīng)于商業(yè)環(huán)境：“B類”則為住宅環(huán)境。電磁兼容性和客戶樓宇布線由于多數(shù)電纜安裝方安裝的是無源系統(tǒng)（如電纜、連接器、配線架和插座），因此，要對已裝布線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電磁兼容性測試存在一些問題。計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備通常由網(wǎng)絡(luò)所有人連接到已安裝的布線系統(tǒng)上，不是由布線安裝方直接控制。電磁兼容性主要由聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的制造商負(fù)責(zé)。網(wǎng)

9、絡(luò)布線有著明確的規(guī)定（如5e類和6類電纜），因此，計(jì)算機(jī)設(shè)備制造商需要處理的連接環(huán)境也非常明確?？砂匆韵路绞娇紤]布線系統(tǒng)的電磁兼容性能：電子設(shè)備/系統(tǒng)制造商考慮到電磁兼容性認(rèn)證相關(guān)布線規(guī)范。然后針對連接不同類型電纜（如5e類或6類UTP）的情況，確定其產(chǎn)品說明？由提供“系統(tǒng)集成”服務(wù)（并保證系統(tǒng)整體性能）的布線系統(tǒng)供應(yīng)商負(fù)責(zé)所有布線標(biāo)準(zhǔn)委員會將繼續(xù)對布線系統(tǒng)的電磁性能進(jìn)行調(diào)查。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的新版本和未來版本將納入性能要求和參數(shù)，以獲得出色的電磁性能。四個(gè)潛在領(lǐng)域?yàn)椋褐荚诳刂粕漕l放射的差分到共模轉(zhuǎn)換限制（相反則為抗擾度控制）屏蔽系統(tǒng)的屏蔽效果（電纜加連接器加連接硬件產(chǎn)生的耦合衰減和/或傳輸阻抗）屏蔽

10、系統(tǒng)的完整性屏蔽布線的接地規(guī)范除此類標(biāo)準(zhǔn)以外，用戶還應(yīng)確保以下各項(xiàng)：有源產(chǎn)品與無源產(chǎn)品之間的電磁兼容性電纜、連接器和連接硬件之間的兼容性布線須符合相關(guān)設(shè)計(jì)和安裝標(biāo)準(zhǔn)克服電磁兼容性的方法局域網(wǎng)的一個(gè)特有問題就是與多種布線系統(tǒng)的互聯(lián)問題。就電磁信號而言，電纜只不過是一種能有效發(fā)射其中出現(xiàn)的共模信號的天線，因此，局域網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)一定是對這種信號進(jìn)行有效的限制。有兩種常見方法可為通信鏈路（不包括同軸電纜和光纜）提供電磁兼容性能保障即屏蔽雙絞線（FTP/STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）。原則上，由于屏蔽系統(tǒng)將整個(gè)鏈路封存于金屬屏蔽體之中，因而似乎可提供最佳電磁兼容性控制。在這種方案下，外部噪聲使電流

11、在屏蔽體中流動(dòng)，結(jié)果在信號導(dǎo)線中產(chǎn)生極性相反的等效電流。這種電流流過導(dǎo)線和屏蔽體的阻抗，產(chǎn)生噪聲電壓。當(dāng)在整個(gè)環(huán)路（包括屏蔽體的接地連接）中匯集時(shí)，導(dǎo)線上的噪聲電壓將抵消屏蔽體上的電壓。不幸的是，要發(fā)揮屏蔽布線系統(tǒng)的效用，屏蔽體必須在各端正確接地，而這通常會違反安全或其他要求。另外，對于復(fù)雜的安裝系統(tǒng)，要確保其屏蔽完整性持續(xù)不變也存在一定的難度。屏蔽法采用的是“法拉第筒”模式：將一個(gè)導(dǎo)電屏蔽體安放在導(dǎo)線及所有相關(guān)接口的周圍。但是，這種模式在很大程度上取決于導(dǎo)電屏蔽體的完整性以及屏蔽體的接地方式和接地位置。需要記住的是，屏蔽體同時(shí)也是導(dǎo)體，如果未能當(dāng)作屏蔽體正確處理，也會像任何其他導(dǎo)體一樣傳輸信

12、號、發(fā)射或接受噪聲?？紤]屏蔽樓宇布線系統(tǒng)時(shí)必須滿足以下條件：電纜屏蔽設(shè)計(jì)正確連接器設(shè)計(jì)正確連接器處的電纜包皮端接正確安裝程序細(xì)致周全有干凈電源可用有良好的接地系統(tǒng)可用有良好的接地程序使接地阻抗保持低水平UTP電纜的有效性取決于電纜本身的平衡性，更重要的是接口電路的平衡性。差分信號置于發(fā)射器端的一對線纜上，線對中的兩條線纜相互絞繞，在整個(gè)鏈路中都保持高度匹配。使用這種技術(shù)時(shí)，任何外部噪聲都會對線對中的兩條線纜產(chǎn)生相同的影響（稱為共模噪聲）。在接收器端，線對中的差分信號被解釋為數(shù)據(jù)，而大部分共模噪聲則可以被抵消，或者被過濾掉并予以忽略。該因素在接口端電路的設(shè)計(jì)中加以考慮，因?yàn)檫@是有用差分?jǐn)?shù)據(jù)信號向

13、無用共模（輻射）信號轉(zhuǎn)換的地方。平衡傳輸?shù)哪康脑谟诖_保在雙絞導(dǎo)線上產(chǎn)生極性相反的等效信號。這些信號會產(chǎn)生極性相反的等效電磁場，而這些磁場則會相互抵消，結(jié)果使雙絞線上的放射為零。另外，平衡傳輸使兩條導(dǎo)線上的噪聲影響相等，結(jié)果，不會將凈噪聲信號傳遞至接收器接口。一般而言，系統(tǒng)平衡性越出色，其放射量越少，抗噪能力越強(qiáng)。作為一種具有成本優(yōu)勢的電磁兼容性能改善方法，“平衡”法常常被忽視。對于接口處未使用的線對，通常在電子設(shè)備中以共模端接技術(shù)進(jìn)行端接。其目的是為線對提供恰到好處的共模接地阻抗，以減少共模信號的環(huán)路（天線）區(qū)并使未用線對保持平衡。事實(shí)表明，這種端接方法可極大地改善系統(tǒng)的電磁兼容性能。同時(shí)也是

14、局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會為所有高速應(yīng)用推薦的端接法。實(shí)際上，使系統(tǒng)達(dá)到完美屏蔽或完美平衡狀態(tài)是不可能的。就如大多數(shù)技術(shù)問題一樣，這里同樣存在一個(gè)工程上的折衷問題，必須進(jìn)行審慎評估，以便為一系列既定條件找到最佳答案。平衡UTP系統(tǒng)將取得可接受抗擾度的最大籌碼押在接口電子元件和布線元件（電纜、連接器和互聯(lián)硬件）的設(shè)計(jì)上，而電子設(shè)計(jì)師確保使設(shè)備取得最佳電磁兼容性能的做法已成為標(biāo)準(zhǔn)慣例。得益于這種時(shí)下盛行的設(shè)計(jì)模式，UTP系統(tǒng)安裝和維護(hù)起來更加方便、成本更低。另一方面，F(xiàn)TP/STP系統(tǒng)在端點(diǎn)處則依賴于信號通道本身。從發(fā)射器到接收器（包括端點(diǎn)電子元件），必須維持鏈路的屏蔽性能；否則，屏蔽效果將大打折扣。安裝方

15、必須對各個(gè)鏈路的系統(tǒng)缺陷進(jìn)行評估。在安裝中，驗(yàn)證屏蔽的完整性極其困難，因此，難以發(fā)現(xiàn)或糾正缺陷。另外，屏蔽體的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)也對布線元件和安裝的性能及成本有一定的決定作用。電磁兼容性和美國康普解決方案與美國康普布線系統(tǒng)配合使用時(shí)，設(shè)計(jì)得當(dāng)、制造精良、安裝到位的IT設(shè)備將符合電磁兼容性要求。盡管在受控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行的放射測試不一定能考慮到現(xiàn)場遇到的所有變量，但康普的布線系統(tǒng)已被成功地安裝到許多最惡劣的商業(yè)和工業(yè)環(huán)境之中，展現(xiàn)出良好的外部噪聲抗擾性能，并且沒有造成任何干擾問題。美國康普對其布線系統(tǒng)進(jìn)行了全面的獨(dú)立測試。電纜和連接器均經(jīng)過獨(dú)立驗(yàn)證，符合現(xiàn)行國際布線標(biāo)準(zhǔn)。雖然多數(shù)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)并不直接適

16、用于布線系統(tǒng)，但康普進(jìn)行的廣泛測試提供了一種基準(zhǔn)，使有源電子元件制造商可以專注于其設(shè)備的合規(guī)條件。為了解決電磁兼容性問題，也是為了確保美國康普SYSTIMAX布線系統(tǒng)符合當(dāng)時(shí)及后來的電磁兼容性要求，我們在1990年啟動(dòng)了一項(xiàng)美國康普SYSTIMAX電磁兼容性測試計(jì)劃。自此以來，我們對ISO8802-310BASE-T、100BASE-T、1000BASE-T、ISO8802-516Mb/s令牌環(huán)、ISO9314（ANSIX3.263）100Mb/sTP-PMD局域網(wǎng)以及兼容ATMForum的155Mb/s局域網(wǎng)進(jìn)行了測試。測試表明，康普SYSTIMAX用戶完全可以免除后顧之憂，因?yàn)樗麄兊牟季€系統(tǒng)符合所有標(biāo)準(zhǔn)的要求。美國康普發(fā)布了信道性能保證、設(shè)計(jì)與安裝文檔以及現(xiàn)場測試指南文檔，為其解決方案提供了堅(jiān)強(qiáng)后盾。這些文檔是必不可少的，若要使固定設(shè)備符合歐盟現(xiàn)行電磁兼容性指令（2004/108/EC），更是如此。另外，康普在其SYSTIMAX應(yīng)用擔(dān)保計(jì)劃中已包含了電磁兼容性合規(guī)要求。總而言之，對于希望確保其網(wǎng)絡(luò)符合電磁兼容性要求的用戶，我們特提出以下建議。導(dǎo)致放射的主要因素為與局域網(wǎng)布線系統(tǒng)相連的設(shè)備，如收發(fā)器、集線器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等。這些設(shè)備必須經(jīng)過測試且符合相