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               詳 細 內 容
          電磁干擾對結構化布線系統的影響

          如今,企業高度依賴于計算機網絡,事實上,如果沒有高科技電子設備,它們幾乎無法有效運轉。一旦投資購置,這些電子設備的可靠運行就變得至關重要。系統故障不但會造成業務機會喪失或生產效率降低等嚴重后果,而且會使用戶對系統的信心快速下滑。結果,用戶要么設法避開網絡,因而無法獲得全部商業優勢,或者,將該系統更換為更可靠性的產品,并由此導致額外的成本。

          對電磁兼容性(EMC)的關注以及制定相應標準的動力源自個人計算機 、局域網等電子設備的快速增長,源自這些設備持續增加的數據速率。更重要的是,便攜式電子設備的使用也出現爆發式增長,給通信環境帶來難以預料的風險。

          現代電子系統多以計算機或微處理器為基礎,通常會對系統中的高頻信號產生有害影響,這些影響來源于另一系統接口電纜中的傳導電流或者電磁場導致的電磁感應。另外,采用數字電子設備的系統含有電流和電壓高速交換電路,會導致較高的高頻電磁輻射。

          本文以電磁兼容性(EMC)為主題,旨在增進對電磁兼容性(EMC)及相關標準的了解,并在此基礎上探討電磁兼容性(EMC)對布線系統的影響。

          電磁效應

          電磁效應可分為兩大類。第一類指電子設備因電磁感應電壓和電流而發生故障或損壞,或對此類故障或影響的免疫能力。第二類與不必要的電磁噪聲的放射問題相關。

          現今,電子設備的應用已達到前所未有的程度,系統的可靠性及抗故障能力可能對安全、生產效率、可靠性等造成顯著影響。

          除設備或系統的電磁輻射敏感性以外,另一重點在于,不得產生顯著超過正常信號水平的電磁放射,無論是傳導信號還是輻射信號均須如此。目前,許多國家通過嚴厲的法律手段對其進行控制

          什么是電磁干擾?

          電磁干擾(EMI)的含義非常廣泛,它是造成電子系統暫時或永久故障的原因,其根源既可能是相關系統所處的自然環境或人為電磁環境,也可能是通過接口電纜從其他設備饋入的意外感應電流和電壓。

          流經電子系統和電氣系統的高頻電流也可能導致電磁干擾。如果系統設計上可承受操作環境中的電磁威脅,且不放射超過規定水平的電磁輻射,則該系統設計符合電磁兼容性標準。

          若要保護每件設備,使其免受任何電磁干擾的威脅,其成本將非常高昂。弄清所需防護水平,評估設備的操作電磁環境,這是設計的第一步。

          放射

          時變電荷分布和電流會產生電磁波。所有電氣和電子設備及系統都含有支持時變電流和電壓的導線,因而或多或少都會產生一定的電磁輻射,具體取決于以下因素:

          ◆時變電壓和電流的大小

          ◆導線的長度

          ◆電壓和電流的變化速率

          ◆系統中導線相互之間及其相對于接地基準點的幾何布局。

          需要注意的是,由于切換操作中電流和電壓快速發生變化,所以,即使是直流(DC)系統和甚低頻系統也可能產生顯著的電磁輻射。這可能造成一種短暫的干擾源。

          敏感性

          為了弄清使現代電子設備敏感性不斷增加的原因,我們必須首先考慮小型化技術取得的巨大進步。得益于此類進步,執行同樣復雜的任務所需要的功率降低了;這就意味著,用來在設備內部和設備之間發射信號的電壓和電流也大幅降低了。不幸的是,結果相對增強了干擾信號的顯著性。除了降低功率水平以外,小型化還拉近了設備各區域之間的距離,因而加大了干擾幾率。

          造成系統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果。如前所述,這不但會產生無用的電磁(EM)放射,同時還會使系統對更為廣泛的頻率作出無用反應。

          電磁場中的磁性元件與電子系統中的環路結合后會產生感應電壓,此外,與電場元件對齊的導線或者電場元件中的正常導線,如達到一定長度,將會產生感應電流。對于操作信號水平達幾伏特且/或操作電流達幾微安培的系統,若不采取預防措施,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備以及需要遵循的抗擾度規范的性質。

          設計的各個方面均須納入考慮范圍,從電路板到連接器,從機柜到電源和接口電纜。

          以下即是有助于增強系統整體性能的所有設計因素,有源電子器件和布線系統均是如此:

          ◆印刷電路板設計

          ◆機柜設計

          ◆連接器技術

          ◆電源和接口電纜

          本文討論的是接口電纜的設計。

          電磁兼容性標準

          以下為四類電磁兼容性標準:

          ◆基本標準

          ◆通用標準

          ◆產品系列標準

          ◆產品標準

          通用標準、產品系列標準和產品標準在測試方法方面須參考基本標準。以下是與局域網和相關設備的測試及合規性相關標準:

          放射標準

          ◆IEC CISPR 22或EN 55022 - 關于信息技術設備射頻干擾特性的限制和測量方法

          ◆IEC/EN 61000-6-3 - 通用放射標準第一部分:住宅、商業和輕工業環境

          ◆IEC/EN 61000-6-4 - 通用放射標準第二部分:工業環境

          抗擾度標準

          ◆IEC CISPR 24或EN 55024 - 產品標準:信息技術設備抗擾度

          ◆IEC/EN 61000-6-1 - 通用抗擾度標準第一部分:住宅、商業和輕工業環境

          ◆IEC/EN 61000-6-2 - 通用抗擾度標準第二部分:工業環境

          ◆IEC 61000-4 - 基本電磁兼容性標準系列

          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)/猝發抗擾度測試

          第五部分:電涌抗擾度測試

          第六部分:導電場抗擾度測試

          第八部分:電頻磁場抗擾度測試

          最常見的局域網硬件和結構化布線放射及抗擾度標準分別為EN 55022 (IEC CISPR 22)和EN 55024 (IEC CISPR 24)。EN 55022對A類和B類環境中的輻射放射和傳導放射要求作了規定!癆類”對應于商業環境;“B類”則為住宅環境。

          電磁兼容性和客戶樓宇布線

          由于多數電纜安裝方安裝的是無源系統(如電纜、連接器、配線架和插座),因此,要對已裝布線網絡進行電磁兼容性測試存在一些問題。計算機和通信設備通常由網絡所有人連接到已安裝的布線系統上,不是由布線安裝方直接控制。電磁兼容性主要由聯網計算機和通信設備的制造商負責。網絡布線有著明確的規定(如5e類和6類電纜),因此,計算機設備制造商需要處理的連接環境也非常明確。

          可按以下方式考慮布線系統的電磁兼容性能:

          電子設備/系統制造商考慮到電磁兼容性認證相關布線規范。然后針對連接不同類型電纜(如5e類或6類UTP)的情況,確定其產品說明

          由提供“系統集成”服務(并保證系統整體性能)的布線系統供應商負責

          所有布線標準委員會將繼續對布線系統的電磁性能進行調查,F行標準的新版本和未來版本將納入性能要求和參數,以獲得出色的電磁性能。

          四個潛在領域為:

          旨在控制射頻放射的差分到共模轉換限制(相反則為抗擾度控制)

          屏蔽系統的屏蔽效果(電纜加連接器加連接硬件產生的耦合衰減和/或傳輸阻抗)

          屏蔽系統的完整性

          屏蔽布線的接地規范

          除此類標準以外,用戶還應確保以下各項:

          有源產品與無源產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

          布線須符合相關設計和安裝標準

          克服電磁兼容性的方法

          局域網的一個特有問題就是與多種布線系統的互聯問題。就電磁信號而言,電纜只不過是一種能有效發射其中出現的共模信號的天線,因此,局域網設計的主要目標一定是對這種信號進行有效的限制。

          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,由于屏蔽系統將整個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,外部噪聲使電流在屏蔽體中流動,結果在信號導線中產生極性相反的等效電流。這種電流流過導線和屏蔽體的阻抗,產生噪聲電壓。當在整個環路(包括屏蔽體的接地連接)中匯集時,導線上的噪聲電壓將抵消屏蔽體上的電壓。不幸的是,要發揮屏蔽布線系統的效用,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,對于復雜的安裝系統,要確保其屏蔽完整性持續不變也存在一定的難度。屏蔽法采用的是“法拉第筒”模式:將一個導電屏蔽體安放在導線及所有相關接口的周圍。但是,這種模式在很大程度上取決于導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,屏蔽體同時也是導體,如果未能當作屏蔽體正確處理,也會像任何其他導體一樣傳輸信號、發射或接受噪聲?紤]屏蔽樓宇布線系統時必須滿足以下條件:

          ◆電纜屏蔽設計正確

          ◆連接器設計正確

          ◆連接器處的電纜包皮端接正確

          ◆安裝程序細致周全

          ◆有干凈電源可用

          ◆有良好的接地系統可用

          ◆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。差分信號置于發射器端的一對線纜上,線對中的兩條線纜相互絞繞,在整個鏈路中都保持高度匹配。使用這種技術時,任何外部噪聲都會對線對中的兩條線纜產生相同的影響(稱為共模噪聲)。在接收器端,線對中的差分信號被解釋為數據,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計中加以考慮,因為這是有用差分數據信號向無用共模(輻射)信號轉換的地方。

          平衡傳輸的目的在于確保在雙絞導線上產生極性相反的等效信號。這些信號會產生極性相反的等效電磁場,而這些磁場則會相互抵消,結果使雙絞線上的放射為零。另外,平衡傳輸使兩條導線上的噪聲影響相等,結果,不會將凈噪聲信號傳遞至接收器接口。一般而言,系統平衡性越出色,其放射量越少,抗噪能力越強。作為一種具有成本優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,通常在電子設備中以共模端接技術進行端接。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路(天線)區并使未用線對保持平衡。事實表明,這種端接方法可極大地改善系統的電磁兼容性能。同時也是局域網標準委員會為所有高速應用推薦的端接法。

          實際上,使系統達到完美屏蔽或完美平衡狀態是不可能的。就如大多數技術問題一樣,這里同樣存在一個工程上的折衷問題,必須進行審慎評估,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、連接器和互聯硬件)的設計上,而電子設計師確保使設備取得最佳電磁兼容性能的做法已成為標準慣例。得益于這種時下盛行的設計模式,UTP系統安裝和維護起來更加方便、成本更低。另一方面,FTP/STP系統在端點處則依賴于信號通道本身。從發射器到接收器(包括端點電子元件),必須維持鏈路的屏蔽性能;否則,屏蔽效果將大打折扣。安裝方必須對各個鏈路的系統缺陷進行評估。在安裝中,驗證屏蔽的完整性極其困難,因此,難以發現或糾正缺陷。另外,屏蔽體的設計和結構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配合使用時,設計得當、制造精良、安裝到位的IT設備將符合電磁兼容性要求。盡管在受控實驗室環境中進行的放射測試不一定能考慮到現場遇到的所有變量,但康普的布線系統已被成功地安裝到許多最惡劣的商業和工業環境之中,展現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進行了全面的獨立測試。電纜和連接器均經過獨立驗證,符合現行國際布線標準。雖然多數電磁兼容性標準并不直接適用于布線系統,但康普進行的廣泛測試提供了一種基準,使有源電子元件制造商可以專注于其設備的合規條件。

          為了解決電磁兼容性問題,也是為了確保美國康普SYSTIMAX布線系統符合當時及后來的電磁兼容性要求,我們在1990年啟動了一項美國康普SYSTIMAX電磁兼容性測試計劃。自此以來,我們對ISO 8802-3 10BASE-T、100BASE-T、1000BASE-T、ISO 8802-5 16 Mb/s令牌環、ISO 9314 (ANSI X3.263) 100 Mb/s TP-PMD局域網以及兼容ATM Forum的155 Mb/s局域網進行了測試。測試表明,康普SYSTIMAX用戶完全可以免除后顧之憂,因為他們的布線系統符合所有標準的要求。

          美國康普發布了信道性能保證、設計與安裝文檔以及現場測試指南文檔,為其解決方案提供了堅強后盾。這些文檔是必不可少的,若要使固定設備符合歐盟現行電磁兼容性指令(2004/108/EC),更是如此。另外,康普在其SYSTIMAX應用擔保計劃中已包含了電磁兼容性合規要求。

          總而言之,對于希望確保其網絡符合電磁兼容性要求的用戶,我們特提出以下建議。導致放射的主要因素為與局域網布線系統相連的設備,如收發器、集線器、個人計算機等。這些設備必須經過測試且符合相應的電磁兼容性標準,擁有CE標志(一種歐盟合規標記),安裝正確并用于預期目的。有源系統必須符合電磁兼容性規范,無論電纜屬于哪種類型(UTP、FTP或STP),只要與布線系統相連的設備設計用于連接此類電纜并經過認證即可。相關布線系統的安裝應以制造商指南及/或國際、美國和歐盟布線標準的推薦意見為依據。需要注意的是,布線系統的電磁兼容性能受系統安裝方式的影響,FTP/STP布線系統尤其如此。盡管每位用戶的要求各具特色,但是,選用能提供端到端性能擔保的供應商的系統顯得非常重要。這種擔保還應有詳盡的設計、安裝、測試和產品文檔的支持。

           
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