1、概述:
综合布线本身是无源的,但它与各种高频网络设备联成系统后,就成为有源设备的重要组成部分,其受到的干扰种类较多,在实际工作中可能同时或交叉发生,所以需要抑制措施也较复杂。一般采取抑制噪声源,减少耦合电容与互感)、滤波(抑制噪声源)和合理布线(减少耦合电容与电感),同时合理接地(必须屏蔽)。对于传输线上的反射波通过阻抗匹配解决,对导体还要采取特殊的生产工艺的产品(双绞线)。
2、 双绞线抗干扰
为了消除线对间的串扰,综合布线系统中使用双绞线作为传输媒介,它把电流方向相反流量相等的两根导线互相拧合。由于电流的方向相反,感应磁通引起的噪声电流互相抵消,不影响传输信号,其抑制线队间的串扰效果与绞距有关,见表一所示:
两根线绞合在一起,除了可减小或消除串扰外,还可降低两导线间的非平衡性互电容,有利于平衡传输,还可以降低衰减,并保持恒定的特性阻抗。
2、 1非屏蔽与屏蔽线揽的选择
根据有无屏蔽层,双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)与屏蔽双绞线(STP)。UTP除了采用合理的绞距消除线对之间的串扰外(可认为是内部干扰),还利用平衡传输特性消除外界的电磁干扰,即外界干扰在一个线对的两根导线上的影响相同而互相抵消,接受器只对信号敏感而不受这种共模噪声的影响,其抗干扰能力≥40dB。在一般电磁环境中使用UTP已能满足性能要求。
2.1.1超过6类标准的高速数据传输中,因TUP的极限是6类标准,而实现7类标准必须采用屏蔽系统。
2.1.2有信息安全要求的场合,不允许电磁信息往外发射,若屏蔽系统尚不能达到要求,应采用光缆系统。
3、 屏蔽系统
屏蔽电缆的芯线外由于有一层屏蔽网,因此其屏蔽效果是很明显的,但它的做法却要求很严格:
3.1要求全程屏蔽。
包括线缆、终端、信息插座、跳接线、配线架、集线器等在内的整个系统都需要完全连续屏蔽,不允许有一丝的间断或破损。
3.2要求有良好、正确的接地。
对系统的接地方式、接地电阻有较高的要求,确保把干扰引入大地,并不把新的干扰引入系统。
以上两点在实际工程中均很难完全做到,若不能做到,则其性能可能反而不如UTP,而且屏蔽系统成本较高。目前,对综合布线是采用屏蔽与非屏蔽是工程界争论的焦点。
屏蔽系统除了传输部分屏蔽外,设备间(如机房)也需屏蔽。在高频时屏蔽物宜用铜或铝,其厚度可很小,而低频时宜用铁磁材料作屏蔽层。
4.传输线路的反射抑制
传输线在接有阻抗值不同于其特性阻抗Zc处,其传输的信号会在该处发生反射,并叠加在传输信号上,造成信号波形畸变,可能会使传送信息产生错误,或使电压超过电路极限值,破坏电路的正常工作。
反射包括信号源的内阻抗与传输线路的特性阻抗不匹配,以及传输线的特性阻抗与负载阻抗不匹配,或两种不同的电缆相互连接。综合布线线揽特性阻抗我国标准规定为100Ω与150Ω(新国标只规定为100欧姆),其偏差为±15Ω,设计时要注意阻抗匹配,以消除发射的形成。
5.滤波
滤波是抗干扰的一项重要手段。滤波器件分为模拟滤波器和数字滤波器,它们应用于信号电路时,都应无失真地让需要的信号通过,即在通频带内,其幅频特性应为一常数,而相频特性应为线形,设计时应以此为原则。
模拟滤波器既可用于电源线路,也可用于信号输入、输出电路,能衰减脉冲噪声、尖峰噪声、谐波与其他杂波信号。对于共模噪声,滤波器在电源线(信号线)和地线间构成通路,把噪声电流引入大地;对于常模噪声,滤波器在线间构成通路,把噪声电流在线间短路。
在高速数字传输系统中,例如前兆位以太网中,近端串扰严重,而且阻抗匹配也难以作到。在系统中除常见措施外,还需要采用数字滤波技术消除串扰与回波损耗。因为与模拟滤波相比,数字滤波具有精度高、稳定性好、改变系统特性容易(通过软件)、易集成等优点,随着高速DSP的发展,数字滤波较易实现。
6.接地
目前在我国应用的各种微电子装置的接地种类繁多,归纳起可分为以下几类:
6.1供电电源中性点的工作地,是指稳定的供电系统中性点电位的接地。
6.2防雷保护接地,是指在雷雨季节为防止雷电过电压的保护接地。
6.3安全保护地,是指为防止接触电压及跨步电压危害人身和设备安全,而设置的微电子装置的金属外壳的接地。
6.4直流系统地(又称为逻辑地、工作地),它为微电子装置各个部分、各个环节提供稳定的基准电位(一般是零点位)。这个地可以接大地,也可以仅仅是一个公共点。系统地如果与大地不相连,即系统地处于悬浮工作状态,称之为浮空地。
6.5屏蔽地,屏蔽地是为抑制各种干扰信号而设置的,屏蔽的种类很多,但都需要可靠的接地,屏蔽地就是屏蔽网络的接地。 在系统中各种微电子装置的接地种类及接地的技术指标要求,因生产厂及设备功能不同而不同,下面以通用型微电子装置为例,阐述其接地的设计原则:
(1) 系统地应为一点地,所有微电子设备的系统地均应连接到一点后,再进行接地。 (2) 为作到等电位,应当在微电子设备较为集中处,如操作室、控制室、计算机室等区域建立接地网络。
(3) 在一个区域内,每台设备到区域接地点应呈放射式接线,距离不应大于20米。
(4) 接地电阻应小于微电子设备的要求值,微电子设备不应与非微电子设备共地,也不能利用钢结构及建筑物的基础接地。
(5) 综合布线系统的接地种类分为:数字电源地(DG),模拟电源地(AG),模拟信号地(SG),同轴电缆地(CXG),机柜地(CG)。
尽管系统中各公司生产的微电子装置,对接地的种类规定及接地电阻的阻值要求不尽相同,但设备的系统地要求比其它几种接地要求要严格得多,并有越来越高的趋势。为了避免诸“地”间相互干扰,上述几种地都应设置各自独立的接地网络。其接地线必须采用绝缘铜导线,连接到统一的接地点,以形成一个共同的电位点。为了研究上述各种接地系统间的关系,分析接地网体系的诸多因素及降低接地电阻的有效途径和具体方法,近年来“计算机接地工程学”作为一门崭新的学科,受到自动化控制领域的重视,也为微电子装置的接地系统的研究和实践奠定了理论基础。
7.电源干扰的抑制
电源干扰主要形式是:脉冲干扰与持续干扰。持续干扰主要指电源欠电压、过电压、频率偏移和波形畸变,其持续时间大于10ms。这些主要都是电能质量问题,应按照《计算机站场地技术要求》中对电源供电的要求,必要时采用电源净化器、多个供电电源与UPS结合冗余方式,以确保供电可靠性和质量要求。
脉冲干扰指的是电网脉宽小于1us的脉冲,主要原因有:线路上断开感性负载、投入补偿电容器、雷击等。其抑制措施是采用瞬变干扰吸收器或浪涌电压保护器、线路滤波器、屏蔽,对感性负载两端并联放电回路,容性负载串联限流元件。
对电子设备损害较大的是电磁脉冲干扰(EMP),除了合理的屏蔽、滤波与接地之外,还要在电源进线与信号线、电子设备等处装设多级浪涌电压保护器或称为电源避雷器。它的装设与参数选择应根据配电系统形式、接地系统是联合接地还是单独接地以及电源的过载、短路、漏电保护装置等配合。 对于共用接地系统,各接地极之间可不加浪涌保护器,若是单独接地的,应在接地端子间加装保护器。当装设在信号回路中时,应与工作频率、传输线的特性阻抗相匹配