关于分布式系统的思考一
高亚慧
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0314-01
引言
随着电子技术飞速发展，电子设备在不断小型化的同时，工作频率越来越快，系统越来越复杂，各个单元之间的电磁兼容成为系统的重要的质量指标，由于不仅关系到设备自身的可靠性和安全性，同时也可能影响到系统中其他设备的正常工作，影响整个电磁兼容环境。所以需要严格考核电磁兼容指标。
本文主要描述视频会议系统的故障整改过程及超标原因分析 。是由于多个设备的参考电位不等，针对地的功能及系统常用接地的方式进行描述，深刻了解“地”的含义及使用方式，避免在后续使用中出现类似的问题。
1. 视频系统故障整改
1.1. 系统的组成
视频系统主要的单元为控制器、显示器、交换机和摄像头等。其中暗室内测试设备（控制器和摄像头），暗室外辅助测试设备（控制器、显示器、摄像头和交换机）。各个单元之间通过屏蔽互连线缆相连，线缆信号有网络、视频、控制及电源。
1.2. 系统的电磁兼容分析
视频系统主要由测试设备（控制器和摄像头）和辅助测试设备（控制器、显示器、摄像头和交换机）组成 。其中控制器为屏蔽机箱；内部主要电路有电源模块、视频处理模块，数字信号处理模块等，主要的电磁干扰为电源模块的DC/DC开关管的工作频率及其高次谐波的干扰通过线缆的传导以及辐射；数字信号处理模块中时钟信号、数字信号等的上升/下降沿及其高次谐波的干扰通过线缆的传导及辐射。
1.3. 故障整改过程
根据结构和电路的分析，对视频系统提出电磁兼容整改方案并进行实施验证。初步验证完成后在10MHz～30MHz频段内有多个单频点的干扰不满足要求。根据经验分析，此频段内的干扰为系统间的网络通信引起的干扰或者由于系统的接地不良引起的辐射超标。
注：测试曲线频段在原始状态和最终状态为2MHz～ 30MHz ，中间测试曲线为分析过程，只测试不满足要求频段10MHz～30MHz。
对干扰频段进行定位分析。首先断开测试设备，干扰最大幅值无明显改善，但是干扰频段发生偏移，主要是由于负载端阻抗发生变化。干扰为辅助测试设备通过线缆传导引起的辐射超标。
辅助测试设备中产生10MHz～30MHz频段干扰的设备为交换机。其次断开交换机。干扰明显降低，初步定位为交换机自身产生的干扰通过网线传导引起的空间辐射。
交换机为220V/50Hz交流电源供电，内部的AC/DC转换模块产生的干扰会通过网线传导引起空间辐射，采取措施为更换为直流交换机，测试结果无明显改善。
使用电流卡钳检测网线屏蔽层表面有无干扰存在。在10MHz～30MHz频段内有干扰存在，屏蔽层上有电流流过，进而产生电场辐射。
采取措施屏蔽交换机，且屏蔽壳体与暗室内设备共地，干扰明显减小，同时结果满足电磁兼容预测试的要求。
在测试中发现，互连线缆的屏蔽层与辅助测试设备机壳地搭接，会引起画面显示异常，分析得出是由于不同设备之间存在电位差，有电荷的流动引起画面显示异常。
针对以上分析及测试验证，得出干扰是由于两者之间存在电位差，干扰通过交换机和测试设备的互联线缆网络信号屏蔽层流动。同时网络和视频信号的屏蔽层搭接，导致视频画面显示异常。通过对交换机进行屏蔽且与测试设备共地，减小交换机和控制器之间的电位差引起干扰的传导辐射。同时其他辅助测试设备与测试设备共地，视频画面显示正常。因此实验的过程中需确保系视频统为同一个参考地。
2. 系统及设备的地
上述试验异常，主要原因为系统单元之间的地电位不等。通常在设计及测试阶段也会遇到同样问题，在此我们对系统及设备之间的地进行全面学习及了解。
2.1. 接地类型
通常的接地类型有功能性接地、保护接地、电磁兼容接地三种。
（1） 为了使电网和电气设备能够正常工作，采用功能性接地；
（2） 为了保证人身和设备的安全而采取保护接地，例如安全接地和防雷接地；
（3） 为了防止和抑制电磁干扰而将干扰导入大地采用电磁兼容接地。电磁兼容接地是功能性接地和保护的结合，例如屏蔽接地、滤波器的参考接地面和电路的参考地。
2.2. 系统或设备常见的接地方式
在电磁兼容试验过程中考虑较多的是电磁兼容接地，其目的是为电流提供一个最小阻抗的路径，保障干扰的回流路径，避免不确定的流向引起的电磁兼容不满足要求。常见的接地方式有：悬浮地、单点接地、多点接地和混合接地。
（1） 悬浮地指设备地线系统在电气上与壳体之间绝缘，防止接地系统上
的电磁干扰通过线缆传导进入设备，或者防止机箱上的干扰电流耦合到信号电路中。
（2） 单点接地主要针对低频设备（工作频率≤1MHz），将整个系统的安
全地作为参考地，设备中各个单元的接地，都接到安全地上。实现低频电路的单点接地有串联单点接地和并联单点接地。
（3） 多点接地主要针对高频设备（工作频率≥10MHz）的系统，用一
块接地平板代替系统中各单元或者电路各部分的安全地，使需要的接地点都就近连接到接地平板上。
（4） 混合接地主要针对工作频率介于1 ～ 10MHz的电路，当接地线的长度
小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地，否则采用多点接地。
单点接地可以避免形成地线回路，防止通过地线回路传导干扰。但是各单元共用一个接地点，容易引起公共地阻抗回路干扰。多点接地的接地线较短，因而减小了高频阻抗，但是多点接地容易形成地回路，引起地回路干扰。混合接地主要适用工作频带范围较宽的设备或系统。为防止各电路在工作中产生互相干扰，结合实际情况，采取不同的接地方式，使系统正常工作，同时满足电磁兼容的要求。
3. 结束语
地线是电流返回源头的最低阻抗路径，是为电路和系统提供参考基准的等电位或面。适当的接地是解决电磁兼容问题的有效技术措施，利于抑制骚扰源、消除或减弱骚扰耦合，降低敏感设备对骚扰的影响。若地线上有干扰存在，是由于地线上有阻抗和感抗存在，在电流流过时有电压产生并形成环路干扰。所以减小地回路的干扰主要通过减小地线两端的电位差。
视频系统的工作过程为视频信号的处理，各个设备之间通过网线互连，需要提供一个稳定的基准电位，确保各单元间工作正常。视频系统正常工作时包括低频的直流电源，同时也包括高频的数字信号处理，属于工作频带范围较宽的系统，建议采用混合接地的方式。
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