1.2. Основные понятия, относящиеся к проблеме ЭМС ЦТС

Понятие ЭМС по отношению к ЦТС встречается в литературе примерно с конца 60-х годов.

По аналогии с приведенным выше определением термина ЭМС РЭС можно сформулировать определение для ЭМС ЦТС примерно следующим образом: это способность ЦТС не воспринимать воздействующие на него допустимые внешние помехи и не создавать недопустимых

внешних помех другим ЦТС, а также недопустимых индустриальных радиопомех.

Под допустимой помехой здесь подразумевается помеха, значения параметров которой не выходят за пределы, установленные в нормативно-технических документах.

Свойств, упоминаемых в определениях для ЭМС, два — это восприимчивость к помехам (susceptibility) и излучение помех (emission). Понятие «восприимчивость к помехам» относится к реакции объекта на внешнюю помеху. Это свойство объекта снижать качество функционирования при воздействии на него внешних помех. Иногда в этом же смысле применяют понятие «чувствительность к помехам», но это терминологически неверно, поскольку «чувствительность» относится к реакции объекта на полезный сигнал [7]. Понятие «излучение помех» в проблеме ЭМС обычно применяется в более широком смысле, чем общепринято. Это не только излучение электромагнитных помех, но и образование любых видов помех другим ЦТС и РЭС.

Устройство идеально совместимо с внешней средой, если оно невосприимчиво к внешним помехам и не излучает помех.

В свою очередь, понятие «невосприимчивость к помехам» имеет в русском языке два синонима «помехоустойчивость» и «помехозащищенность», которые часто применяются в технической литературе в одном и том же смысле. Между тем, понятие «помехозащищенность» охватывает все свойства и ресурсы объекта, позволяющие ему противостоять помехам, в том числе и дополнительные средства защиты от помех, не относящиеся к принципу действия или построения объекта, в то время как «помехоустойчивость» охватывает лишь те свойства и ресурсы, которые позволяют объекту противостоять помехам, когда средства защиты приемных входов или всего объекта не применены или действуют неэффективно [8].

Представим себе ЦТС в виде «черного ящика». Прием «черным ящиком» помех или их излучение могут происходить ковдуктивным способом (т. е. по проводам) или пространственным способом [т. е. по электрическому и (или) магнитному полям]. Соответственно восприимчивость можно подразделить на кондуктивную (ВК) и пространственную (ВП). Аналогично и излучение может быть кондуктивным (ИК) и пространственным (ИП) (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Восприимчивость ЦТС к внешним помехам и излучение помех: ВП — восприимчивость пространственная (по полю); ВК — восприимчивость кокдуктивная (по проводам); ИП — излучение пространственное (в виде поля); ИК — излучение кондуктнвное (по проводам)

Одним из основных понятий в проблеме ЭМС является понятие «электромагнитная помеха» (сокращенно — «помеха»), А. Д. Князевым и И. В. Сапуновым предложено такое определение для помехи: это электромагнитные, электрические и магнитные явления (процессы), созданные любым источником в пространстве или проводящей среде, которые нежелательно влияют на полезный сигнал или могут создать такое влияние [9].

Это определение, на наш взгляд, недостаточно полно отражает специфику изделий, в которых одновременно передается и принимается не один, а множество информационных сигналов и, кроме того, осуществляются хранение, преобразование и обработка информации. Более полное определение могло бы быть сформулировано следующим образом: помеха — это электрическое и (или) магнитное явление (процесс), созданное любым источником в пространстве или проводящей среде, которое нежелательно влияет или может оказать нежелательное влияние на полезную информацию, носителями которой являются постоянные или изменяющиеся во времени значения напряжения, тока, электрического заряда или магнитного потока.

Источники помех чрезвычайно разнообразны. По сути дела, каждое изменение напряжения или тока в любой электрической цепи и сопутствующее ему изменение напряженности электрического и магнитного полей могут рассматриваться как потенциальный источник помех.

Помехи можно классифицировать по большому числу признаков.

Так, по источникам помехи подразделяют на естественные и искусственные, а последние — на преднамеренные и непреднамеренные. В зависимости от путей распространения помехи подразделяют на пространственные и кондуктивные.

По характеру протекания процесса во времени различают помехи гармонические, импульсные и шумы. В проблеме ЭМС ЦТС рассматриваются, главным образом, импульсные помехи. Под импульсной подразумевается помеха, представляющая собой одиночный импульс или последовательность импульсов произвольной формы, амплитуда и длительность которых достаточны для изменения состояния запоминающих или формирующих элементов ЦТС.

По месту расположения источника помех различают помехи собственные и внешние. Собственной является помеха, источник которой является частью рассматриваемого ЦТС, а внешней — помеха, источник которой не является частью рассматриваемого ЦТС [10]. В зависимости от рассматриваемого ЦТС одна и та же помеха может квалифицироваться как собственная или внешняя. Например, помеха от электродвигателя привода перфоленточного устройства ввода ЭВМ общего назначения является собственной для самого устройства ввода, для ЭВМ в целом и является внешней для других устройств ЭВМ, например процессора.

К собственным помехам можно отнести шумы, наводки и помехи от рассогласования.

Шум — это флюктуационный процесс, обусловленный дискретной природой электрического тока и представляющий собой последовательность очень коротких импульсов, появляющихся хаотически в большом количестве.

Различают разнообразные виды шумов: тепловой, полупроводниковый, дробовой и др. Тепловой шум возникает в проводниках вследствие теплового хаотического движения электронов, полупроводниковый — из-за статистического характера процесса генерации — рекомбинации пар электрон — дырка, дробовой шум — из-за случайного характера преодоления носителями тока потенциальных барьеров, например электронно-дырочных переходов.

Наводка — это помеха, возникающая вследствие непредусмотренной схемой и конструкцией рассматриваемого объекта передачи по паразитным связям напряжения, тока, заряда или магнитного потока из источника помехи в рассматриваемую часть объекта. Под паразитной связью при этом следует понимать связь по электрическим и (или) магнитным цепям, появляющуюся независимо от желания конструктора. В зависимости от физической природы элементов паразитных электрических цепей различают паразитную связь через общее полное сопротивление, емкостную паразитную связь и индуктивную паразитную связь. В зависимости от того, является или не является вызывающий наводку источник помех частью объекта, различают соответственно собственную и внешнюю наводки.

Помеха от рассогласования представляет собой нежелательный переходный процесс в рассматриваемой электрической цепи объекта, содержащей участки с распределенными и сосредоточенными параметрами, возникающий вследствие рассогласования между неоднородными участками.

К внешним помехам можно отнести промышленные (индустриальные), от радиоперадающих средств, атмосферные и космические. Внешние помехи ЦТС безотносительно к первоисточнику их возникновения подразделяют на внешние наводки, помехи из сети питания, из внешних линий связи и помехи от разрядов электростатических зарядов.

Помехи из сети питания переменного тока в свою очередь можно подразделить на импульсные (кратковременные) и длительные помехи. Последние делятся на провалы, перенапряжения и искажения формы синусоиды.

Провал напряжения в сети питания переменного тока — это помеха, в течение действия которой значение амплитуды напряжения в сети в каждом полупериоде частоты переменного тока превышает регламентированное максимально допустимое значение.

Перенапряжение в сети питания переменного тока — это помеха,

Рис. 1.2. Симметричная и несимметричная импульсные помехи из сети питания ЦТС (а), из линии связи (б), помеха от неэквипотенциальности точек заземления ЦТС (в)

в течение действия которой значение амплитуды напряжения в сети в каждом полупериоде частоты переменного тока превышает регламентированное максимально допустимое значение.

Кратковременные импульсные помехи в сети питания по виду воздействия можно подразделить на симметричные и несимметричные.

Напряжение симметричных помех приложено между проводами питающей сети, а несимметричных — между проводом и землей (рис. 1.2, а).

Под помехами из внешних линий связи подразумеваются помехи, попадающие в аппаратуру рассматриваемого объекта из линий связи с устройствами, не являющимися частями объекта. Наиболее характерными помехами из внешних линий связи являются симметричные и несимметричные импульсные помехи и помехи от неэквипотенциальности точек заземления.

Напряжение симметричной импульсной помехи из однофазной линии связи приложено между входными зажимами прямого и обратного проводов линии связи, из парафазной линии — между дифференциальными входными зажимами (рис. 1.2, б).

В литературе этот вид помехи иногда называют поперечной помехой, разностной помехой, помехой дифференциального вида или помехой нормального вида.

Напряжение несимметричной импульсной помехи по линии связи приложено между проводом линии связи и землей (рис. 1.2, б). В литературе этот вид помехи иногда называют синфазной помехой, продольной помехой или помехой общего вида. Напряжение помехи от неэквипотенциальности точек заземления приложено между точками заземления отдельных устройств. Если связи между устройствами ЦТС и ДТС являются гальваническими, а обратные провода связей соединены с корпусами устройств, то напряжение от неэквипотенциальности оказывается приложенным к обратному проводу связи (рис. 1.2, в).

По результатам воздействия на полезный сигнал различают помехи аддитивные и мультипликативные.

По предсказуемости времени появления и формы различают случайные (вероятностные) и регулярные помехи. Вероятностные помехи, как флуктуационные, так и импульсные, представляют собой случайные процессы и могут быть математически описаны рядом вероятностных и спектральных характеристик [11—14].