地线干扰引起的系统复位分析

周海力，朱达书，刘冲

（中国船舶工业系统工程研究院，北京，100094）

地线干扰引起的系统复位分析

周海力，朱达书，刘冲

（中国船舶工业系统工程研究院，北京，100094）

本文通过对武器接地系统的概括介绍，筛选出合理的接地设计，从芯片的散热接地设计开始，以及提出新盈的增加接地滤波器设计，对其所应采取的各类接地措施作了较为详尽的说明与分析，对武器系统接地应采取的保护与定期检查提出了适当的建议。本文在研究地线实验基础上，通过大量的接地实验，对武器系统的地线杂波干扰进行初探。

地线干扰；地线阻抗；散热；接地滤波器

0 引言

目前，武器系统电磁环境日益恶劣，大部分系统工作的可靠性和安全性受到了严重威胁。研究在复杂的电磁环境下，特别是在强磁场强电场环境下，地线上的干扰更为强烈，防止地线干扰常常被人忽视，电子系统中地线的电磁兼容性问题显得尤为重要。武器电子系统在强电磁脉冲作用下和地线的干扰的情况下，会出现“死机”、重启动、通讯出错和数据采误差增大甚至烧毁器件等现象。

1 散热接地造成的系统死机复位现象

一般的情况CPU的散热要求风冷片，大多武器系统应用场合，受空间有限，体积狭小的限制，所以散热一般用机箱代替散热片，

图 1 CPU利用机箱散热示意图

由于CPU一般工作在高速运作的情况下，发热量较大，需要借助体积较大的散热器来降低温度，以提高CPU的可靠性。 图1所示为一般为CPU散热方法。由于CPU会通过散热壁上的机壳，当机壳的干扰通过分布电容来干扰CPU，造成复位，死机等故障，分析起来较为困难，所以设计散热接地时要十分小心。

由于接地分布电容的存在，但绝缘导热层并不能消除由于CPU引起的噪声干扰通过分布电容耦合到散热壁上，这样就给地线上的干扰提供了一个较近的路径，分布电容传递输入形成干扰，为了减小这种干扰，将散热器与接地相连，但需要加装绝缘材料。考虑到绝缘材料与散热片之间 的分布电容会形成另-条噪声传播途径，所以在散热器屏蔽层中间插入屏蔽层，将分布电容减小（电容串联容值减小）。为了减小散热器加入屏蔽层而增加的热阻。同时，应注意屏蔽层必须接至输入接地端。

2 引起系统死机复位的地线杂波干扰来源分析

接地平面上两接地点之间存在电位差，它串联在信号回路中，将对电子设备产生干扰。接地平面电位差产生的原因较为复杂，主要有两种原因造成接地电位差。一种是接地点的阻抗，不同地点的电位构成不同，同时，随着时间的变化产生的电解电位不一样或者不同金属搭接时，化学电动势不同而产生电位差，这种电位差多数是直流的，由于它的存在．将对信号传输电平产生干扰。

另一种电位差发生在运载体上，由于电磁感应等交流信号作用，飞机壳体、舰船甲板上各接地点电位不等，通过接地引入了接地干扰，这种电位差是交流信号干扰。因此，了解其来源是电磁兼容设计的先决条件之一，一般的来源分为内部和外部两种。

2.1 武器系统电子设备内部各元部件之间的相互干扰

（1） 工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电而造成的地线干扰，系统引起的死机复位。

（2） 信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的干扰，系统引起的死机复位。

（3） 设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其他元件的稳定性造成的地线干扰，系统引起的死机复位。

（4） 大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的地线干扰，系统引起的死机复位。

2.2 电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统间互联地线干扰，系统引起的死机复位。

(1) 外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰地线路、设备或系统系统引起的死机复位。

(2)空间电磁对地线或系统产生的干扰，系统引起的死机复位。

(3) 工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰，系统引起的死机复位。

3 地线的合理选择与设计

在武器系统设计中，接地是控制干扰的重要方法。在地线设计中应注意以下两点。

（1）地线上不应流通工作电流。设计时要求地线和回流线分开，地线上不流通工作电流，但地线上存在杂散电流。为了避免杂散电流压降对电路的影响，地线的截面积都应比回流线截面积大，这些在系统地线设计时必须加以考虑。

（2）机壳不流通工作电流，不允许机壳作为电路组成部分。机壳一般是良导体，但机壳活动连接处是不可靠接地，传导电流时往往在连接处产生压，这是电路不允许的。为了避免机壳对电路的影响，机壳既不应作为电路组成部分，也不应作为地线使用，一般地线在机壳内布线时，只允许一点与机壳相连，特殊要求的电路与机壳是绝缘的。机壳接地仅作为安全接地，泄放静电感应电荷。

4 增加接地滤波设计

电路设计的常规做法之一，是在电源或信号的的各个关键部位配置适当的滤波器。正确而合理的设计接地滤波是解决地线干扰的一个非常重要的技术方法。

接地滤波器是以能够有效抑制地线带来干扰为目标的滤波器，常常以阻抗匹配为目的，电磁干扰通过地线传入设备和传出设备的主要途径的情况。可以在武器系统的电子设备的信号接地入口处安装一个低通地线滤波器，这个地线滤波器对地线上的干扰有双向滤波的功能，从而保护敏cpu等感器件，减少信号地线上的干扰。

具有优良电磁兼容性指标的武器系统，仍然需要不断进行电磁干扰预防工作和定期检测工作。各武器平台的接地点，设备接地之间，系统连接之间、设备、元器件、电缆等锈蚀腐蚀、老化、失效、环境、缺乏维修等原因，原有的电磁特性会发生变化，可能出现新的电磁干扰。电磁干扰预防是不可间断的长期进行的重要工作。特别是那些电磁干扰隐患，尤其需要时刻预防。

5 结束语

由于武器系统的广泛应用，并且相互交联，各种干扰设备的辐射很复杂，要真正完全消除地线干扰是不可能完成的任务。但是可以根据电磁兼容性的基本原理来采取许多措施最大限度地减小电磁干扰使之控制在系统可容纳的范围之内，从而保证武器系统或设备良好的电磁兼容性。

[1]B·E·凯瑟（美）.《电磁兼容原理》.电子工业出版社.

[2]D·斯托尔（德）.《工业抗干扰的理论与实践》.国防工业出版社.

[3]蔡仁钢.《电磁兼容原理设计和预测技术》.北京航空航天大学出版社.

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.