транскрипт
2 Короткий огляд Електричні імпульсні перешкоди (викиди) в лініях передачі даних можуть привести до поломок комп'ютерного обладнання як в умовах офісного, так і домашнього використання. Багато користувачів добре розуміють ризик, пов'язаний зі стрибками електроживлення, але недооцінюють наслідки таких викидів в лініях даних. У цій статті пояснюється, як виникають імпульсні перешкоди, який негативний ефект вони можуть надати на електричне обладнання, а також як працюють пристрої, що пригнічують викиди, допомагаючи захиститися від таких імпульсних перешкод. 2
if ($ this-> show_pages_images $ Page_num doc [ 'images_node_id'])
5 спіралі вторинної обмотки. За точно таким же принципом, дроти, які проходять недалеко один від одного всередині будівлі, можуть магнетичним способом викликати імпульсні перешкоди, як показано на малюнку 2. Таке індуктивне взаємодія може бути викликано лінією електроживлення, индуцирующей напруга в розташованій поруч лінії передачі даних, також можливо взаємний вплив ліній передачі даних (таку ситуацію зазвичай називають перехресної перешкодою). Малюнок 2 Индуктивная зв'язок Магнітний потік Лінія електроживлення Лінія передачі даних Наведення електричного струму Набагато більш сильне магнітне взаємодія може викликати блискавка, один її удар здатний вивести з ладу безліч різних елементів. На малюнку 3 показаний розряд блискавки, що б'є в землю. Цей грозовий розряд оточений дуже потужним магнітним полем. Майже таким же способом, яким магнітне поле від одного провідника може наводити імпульсні перешкоди в розташованому поруч провіднику, удар блискавки може індукувати енергію у зовнішній лінії електропередач фактично без прямого контакту з цією лінією. Ще більш важливим є те, що якщо удар блискавки відбудеться досить близько до будівлі, він може викликати імпульсні перешкоди у внутрішніх лініях передачі даних, які перетне його магнітний потік. Такі імпульсні перешкоди можуть порушити передачу даних по цих лініях або, що дуже ймовірно, викликати пошкодження підключеного обладнання. Іншим терміном, що використовується для опису індуктивного зв'язку є електромагнітний імпульс (ЕММІ) або перешкоди. 5
6 Малюнок 3 Магнітне поле, створюване при ударі блискавки Магнітний потік Хоча індуктивні зв'язки, що виникають між проводами, а також при розряді блискавки, є двома найбільш відомими джерелами імпульсних перешкод, існують і інші джерела індуктивного впливу, які можуть завдавати шкоди інфраструктурі обміну даних в будівлі . При плануванні та перевірці схеми прокладки ліній передачі даних в будівлі повинні усуватися такі джерела індуктивного впливу: лінії передачі даних, що проходять над напірними трубопроводами; прокладка кабелів передачі даних біля вертикальних блискавковідводів (громовідводи це провідні лінії або конструкції в приміщенні, передбачені для перенесення на землю заряду, що виникає при попаданні в будівлю блискавки); прокладка кабелів для передачі даних біля сталевих будівельних конструкцій (особливо поблизу від блискавковідводів); прокладка ліній передачі даних занадто близько до джерел люминисцентного освітлення (яке випромінює ЕМІ). Це лише деякі з основних джерел індуктивного взаємодії в лініях передачі даних, але в конкретному будинку може існувати багато інших додаткових джерел перешкод. Вплив імпульсних перешкод Велика частина сучасного електронного обладнання, що використовується в будівлях і в домашньому господарстві, створена на основі інтегральних схем і мікропроцесорної технології. Через деяких особливостей, властивих інтегральних схем і мікропроцесорів, це обладнання особливо чутливо до викидів напруг при імпульсних перешкодах. Створені на основі мікропроцесорів і керовані з їх допомогою пристрою сьогодні можна знайти всюди. До такого електронного обладнання відносяться комп'ютери і їх периферійні пристрої, комп'ютерні та інформаційні мережі (наприклад, мережі LAN), телекомунікаційне обладнання, медичне діагности- 6
7 чеський обладнання, виробниче обладнання з ЧПУ, радіо обладнання, телевізори, обладнання для супутникового телебачення, електронні касові апарати, копіювальні машини, факси і т.д. Більша частина цього обладнання в цілях комунікації також зазвичай підключена до мереж передачі даних різного типу. Трьома основними факторами, що впливають на чутливість пристроїв на основі інтегральних схем до імпульсних перешкод, є: 1. проміжки між ІС і доріжками монтажної плати; 2. чинне обмеження робочої напруги; 3. використання синхронізуючих імпульсів для синхронізації певних операцій (наприклад, в комп'ютерах). Проміжки між ІС і доріжками монтажної плати Першим, найбільш поширеним фактором, що впливає на чутливість обладнання на основі інтегральних схем до імпульсних перешкод, є надзвичайно маленький простір між компонентами інтегральної схеми і доріжками монтажної плати. У більшості випадків цей проміжок набагато тонше, ніж товщина людської волосини. Харчування пропускається через монтажну плату по провідниках або доріжках. Ці доріжки, внутрішні і зовнішні по відношенню до ІС і самої платі, мають певний поріг для розширення і стиснення. Тепло, що створюється при проходженні струму через компоненти монтажних плат викликає певне їх розширення, а в разі припинення подачі струму навпаки, відбувається скорочення. Якщо імпульсна перешкода потрапить на такі доріжки, вона може викликати їх перегрів, що призведе до появи мікротріщин в структурі монтажної плати і стане причиною замикання нормально ізольованих доріжок. Таким чином виникає внутрішня, короткі замикання, які можуть привести пристрій у непридатний для роботи стан. У деяких випадках виникають мікротріщини не призводять до миттєвим пошкоджень, але повільно збільшуються в розмірах, приводячи до загального розширення або стиску компонентів, або створюють нові тріщини, які будуть викликати повільний відмова пристрою з плином часу, поки воно повністю не вийде з ладу. Діюче обмеження робочої напруги Другим фактором, що впливає на чутливість ІС, є поступове зниження робочої напруги, яке необхідно при експлуатації обладнання на основі інтегральних схем. Оскільки компоненти комп'ютерів зменшилися в розмірах і стали більш ефективними, а також з метою економії енергії, робочі напруги, необхідні для роботи цих компонентів, поступово були знижені. Загальна робоча напруга 5 В постійного струму, характерне для деяких внутрішніх пристроїв в комп'ютері, було знижено до 3,3 В постійного струму і продовжує знижуватися. Це означає, що поріг напруги, з яким може працювати система на основі ІС, також був знижений. Якщо імпульсна перешкода викличе збільшення напруги до 5 В в системі, розрахованої на 3,3 В постійного струму, то це легко може привести до поломки. 7
10 Малюнок 4 Поглинання і віддзеркалення імпульсних перешкод Поглинання Нестаціонарний режим Відображення Нестаціонарний режим Відсікання це функція, яку пристрої захисту від перенапруги використовують для обмеження напруги імпульсних перешкод. За допомогою відсікання внутрішні компоненти УЗП зменшують імпульсні перешкоди до нижчого рівня напружень, прийнятного для підключеного електричного обладнання, яке вони захищають. Енергія, передана на підключений електричне обладнання, після того як вона пройшла через пристрій ослаблення викидів УЗП, називається пропускається напругою. І знову в більшості УЗП цей процес не знижує напруги імпульсних перешкод до 0 вольт або нижче тих рівнів, які необхідні для роботи підключеного навантаження. Ослаблення імпульсних перешкод значно нижче необхідних рівнів може викликати надмірний знос самого УЗП. Одним з найбільш часто використовуваних в ПЗП компонентів є металооксидних варистори (МОВ). МОВ це нелінійний резистор з певними напівпровідниковими властивостями. МОВ залишатиметься в ізолюючому стані, дозволяючи енергії проходити за звичайною схемою до тих пір, поки в лінію не буде подано аномально висока напруга, викликане імпульсною завадою. У цей момент МОВ почне проводити струм, скидаючи надлишок напруги на землю. У міру збільшення сили струму буде рости величина відсікається напруги, при цьому пропускається напруга, що подається на обладнання, буде підтримуватися на прийнятному рівні, поки викид від імпульсної перешкоди не піде на спад. Металооксидних варистори часто комбінують з плавкими запобіжниками, які розміщуються на шляху подачі енергії на устаткування, що захищається, щоб розірвати ланцюг в разі катастрофічно великого викиду при імпульсної заваді. Якщо імпульсна перешкода має велику амплітуду і досить тривала, то може бути досягнуто значення пікового робочої напруги МОВ, після чого варістор повністю відкриється. Якщо станеться така поломка, від нагріву перегорить плавкахвставка, яка зазвичай знаходиться поруч або прикріплена до МОВ, в результат електричний ланцюг буде розімкнути і подальше надходження енергії на устаткування, що захищається стане неможливо. Металооксидних варистори використовуються в ПЗП через своїх стабільних характеристик. Кожен такий варістор завжди буде пропускати певне значення напруги, він завжди буде починати відкриватися при тому ж рівні надмірної напруги, поки не настане момент його виходу з ладу. 10
11 Пристрої захисту від перенапруги не вирішують усіх проблем з якістю електроживлення. Вони не можуть захистити від спадів (недостатніх напруги) і наростань (довготривалих перенапруг) змінного струму, що надходить з електромережі. Вони також не можуть скоротити пульсації, створювані нелінійними навантаженнями, такими як мотори і імпульсні джерела живлення в комп'ютерах деяких системах люминисцентного освітлення. Якщо станеться падіння напруги в мережі живлення, можуть використовуватися пристрої, такі як ДБЖ, які оснащені батареєю для тимчасової подачі енергії, поки не буде відновлена подача електроенергії по мережі. Заземлення Однією з найбільших проблем в середовищах енергопостачання, особливо щодо УЗП, є заземлення. Заземлення є необхідним елементом в будь-якій мережі електроживлення, сигналізації або передачі даних. Всі напруги і сигнальні рівні вказуються щодо землі. Більшість УЗП також використовують лінії заземлення в будівлі, щоб шунтировать зайву напругу в разі виникнення імпульсних перешкод. Без належного заземлення ці УЗП не зможуть працювати правильно. Заземляющие з'єднання в будівлі повинні бути підключені до однієї вузловій точці, розташованій на вхідний панелі внутрішньої електропроводки. Це одноточечное підключення до землі запобігає ненавмисному використанню декількох точок заземлення. Кілька точок заземлення можуть створити перепад напруги в мережі електроживлення, що викликає небажані струми, які будуть перетікати щодо низької лініях передачі даних. Такі небажані струми можуть приймати менш руйнівні форми, наприклад шуми, що заважають передачі даних, або проявлятися у вигляді викидів при імпульсних перешкодах, які можуть пошкодити обладнання і самі лінії передачі даних. На малюнку 5 показаний приклад паразитного контуру з замиканням через землю. Кожен елемент обладнання має незалежний заземлення (кожна електрична розетка пов'язана з окремою точкою заземлення). Проблема може виникнути, якщо це обладнання виявиться пов'язаним будь-якої замкнутої на землю (і проводить) лінією передачі даних. На малюнку 5 комп'ютер підключений до принтера за допомогою кабелю зв'язку через паралельний порт. Якщо виникає різниця потенціалів щодо землі (різниця електричного заряду) на використовуваному обладнанні, тоді струм може потекти з одного пристрою на інший за підключеному до паралельним портам кабелю, щоб зрівняти електричний заряд. Така ситуація називається паразитних контуром з замиканням через землю і може викликати значні пошкодження обладнання, яке, при нормальних умовах експлуатації, використовує низький пороговий рівень енергії для своєї роботи. Хоча на цьому прикладі показано одну будівлю, паразитні контури з замиканням через землю можуть виникати між декількома будівлями. 11