电磁和静电对电脑的干扰

电磁和静电对电脑的干扰
一、电磁干扰
1.电磁干扰的类型
电脑及其周围设备对电磁干扰相当敏感，严重的电磁干扰会使电脑无法正常操作，但什么是电磁干扰？电磁干扰是从哪里产生的？用哪些方法来排除呢？
电磁干扰最简单的解释是：电路当中出现了我们不需要的或不期望的电压、电流或数据的随机变化，这可能是一个突发性的电压变化，也可能是比较固定的。例如：喇叭持续的交流哼声或是显示器屏幕混杂不清。对电脑而言，电磁干扰的影响有两种：一是电磁干扰对电脑的影响；二是电脑产生的电磁干扰对其他电子设备的影响。如果是110Hz（低频辐射）的电磁干扰，称为电磁干扰（简称EMI），频率超过10kHz（高频）的电磁干扰，称为无线电射辐干扰（RFI）。
（1）电磁干扰。电磁干扰又分为暂态反应电磁干扰、元件内部电磁干扰和静电放电电磁干扰三种。
暂态反应电磁干扰指的是电气设备对电路里面某个元件打开或关闭所产生的电压脉冲或火花引起不必要的反应，其中以电源线的暂态反应和人体的静电放电两种外来的电磁干扰对电路的危害最为严重。
元件内部电磁干扰指的是电脑主机板及芯片所产生的干扰。以目前的芯片制造技术，已经可以制造内部EMI相当低的芯片，因此干扰的最大来源是导线、接头及印刷电路板的铜箔，当芯片烧毁或过热时，也会造成不好处理的内部干扰问题。
静电放电电磁干扰对电路的危害程度就像执行中的程序中断、磁盘数据存取错误、显示器显示混乱、打印机夹纸、存贮器中数据消失，或主机板上的芯片烧毁等程度不同的破环。虽然要完全消除电磁干扰是一项相当不容易的工作，如果能详细分析电磁干扰的来源，并采取有效的措施，还是可以把电磁干扰降低到最小程度。
（2）无线电射辐干扰。无线电射辐干扰有传导性干扰和辐射性干扰两种。
操作中的电脑产生的RFI经过电源线传送到室外的输配电线，这种RFI就是传导性的RFI，电源线就好像是一副发射天线把电磁干扰辐射出去。
如果电磁干扰是来自电脑内部的元件或因暂态反应的直接辐射，就叫做辐射性RFI。
2.电磁干扰的来源
电脑的电磁干扰来源有电源、元件、导线、接头、散热风扇、日光灯、雷电和静电放电等，甚至是电脑本身，特别是使用高频元件的交换式电源。最常发生的频率范围在10100MHz的电磁干扰，经过电源将EMI传送到室外的输配电线上。
如果电脑系统附近正好有使用交换式电源的机器在工作，所产生的电磁干扰将很容易地借着电源线传导，或是因电源线靠在一起而产生耦合进入到电脑里面。当两条电源线靠在一起，当中的一条导线会从另一条导线感应某些电压，这种现象我们称之为串音。假设导线会从另一条载有10V的导线感应0.25V的电压，当另一条导线所载的是100V的电压，这条导线会感应到2.5V的电压，这么高的感应电压足够使经过这条导线的数据发生错误。
每一种物体，甚至人体都具有一定的电容量，甚至0.1pF的电容量都有可能在个人电脑里造成5V的电压脉冲。在碾碎机、电锯、冷气机、洗衣机等耗电量大的机器周围或其电源线上，都存在着非常强大的电磁场，这些电源线的干扰往往很容易超过电源的保护上限而进入到电脑系统的电路中。继电器或马达在开、关时产生高电压的暂态反应，甚至数据传输电缆经过强烈的磁场地区，因固定不良而摇晃或振动都可能使电脑系统出问题，而由于电脑系统本身所产生的电磁干扰都可能干扰到无线电视或收音机的接收。
数字电路使用的脉冲信号，会从导线或接头放出辐射干扰。个人电脑在466MHz的频率下工作，如果电脑系统设计不良的话，很容易干扰到附近地区的无线电视和收音机。
3.电磁干扰的防治措施
大多数的电磁干扰是可以避免的，尽管仍有一部分无法予以完全压制，但可采取某些方法来降低电磁干扰可能造成的冲击。
最常用的方法有以下几种：滤波、屏蔽、限制电磁干扰的来源、改良布线方式、改良元件设计。
虽然滤波和屏蔽是最常用的保护电子设备的方法，但通常可以几种方法同时使用，以将干扰减小到最低程度。滤波器主要由电容器及电感器所组成，随着目的不同在设计时有分别针对电压、电流和频率产生滤波作用。
电脑工程师在设计电脑时都尽量降低电磁干扰的可能性，同时IBM PC电脑采用金属制造成型的机壳，具有重量轻、容易清洁及耐久不锈蚀等优点，提供防止电磁干扰、电磁辐射及静电放电的保护。
但由于电路先天性就存在着元件多样化、接点生锈损坏、焊接不良等问题，当外来的电磁场或静电穿透机壳冲击到电路时，电磁干扰所引起的故障还是会发生。
无论是电脑内部的电缆或是外部用来连接监视器、打印机、磁盘驱动器的电缆，都是EMI和RFI的主要来源。在不变更IBM PC电脑电路设计的情况下，要减少EMI可由两个方面着手：避免EMI传到主机板和扩展卡上；将电脑置于屏蔽良好的环境中。
可采用方法有屏蔽技术、接地技术、滤波器和脉冲吸收器等。金属容器可以提供最佳的屏蔽效果，因此像交换式电源等高电磁干扰来源部分，都装在金属容器里，金属愈厚屏蔽效果愈好。
使用光纤及光耦合接头是对抗EMI和RFI的最佳选择，但目前采用这种技术的个人电脑使用者并不普遍，主要原因是价格昂贵。相信由于光纤维的各种优越特性，势必会成为未来数据传输的标准设备。
射频干扰和电磁干扰非常相似，唯一不同的是RFI指频率高于10kHz的干扰信号。虽然RFI对人体健康无害，但电脑必须附合FCC的规定，从30MHz1000MHz的无线电频率辐射都必须小于规定的电场强度上限，通过检验才可在市场上销售。为了将电脑系统的射频辐射完全封锁，唯一妥善的解决方法是把电脑放置在一个完全屏蔽的环境里操作，但这个方法在应用上很难做到。下面列出一些使用者可以采用的办法：
电脑放置的位置至少与电视机相距2m；
使用高指向性的室外电视天线；
如有干扰发生，可改变电视天线安装的位置；
电视机加装电源滤波器；
加入成为有线电视的用户；
将平行300Ω导线改成75Ω屏蔽电缆。
此外，根据报告显示，个人电脑与无线电话机有相互干扰的情形，小功率的无线电话机会因为个人电脑的干扰而产生错误拨号，功率大的无线电话机则会干扰个人电脑，使得电脑的显示屏上出现来路不明的文字或符号。通常个人电脑的设备当中，键盘最容易受到干扰。因此，若家里使用有无线电话机，就必须购买屏蔽良好的键盘，以减少无谓的困扰。
机房的位置应远离强电磁场、超声波等辐射源，以避免干扰电脑的正常运行。
二、静电对电脑的干扰
静电干扰是电脑操作人员和维修人员必须注意的一个问题。
静电放电在数字电路里，常常会造成很多不可思议的后果。静电放电时，在电路里所造成的电压脉冲，使操作中的电脑程序出现偶发性的随机错误。这一问题在冬天里更明显，因为空气干燥，更容易产生静电。这一问题在房间里有负离子发生器时会更加严重。因为出没无常，即使是很有经验的行家，往往也要借助许多昂贵精密的检修仪器，才能找出故障的原因。个人电脑的使用者，虽然没有能力拥有昂贵精密的检修仪器，却可以借机学习查找故障的本领。
1.静电的来源
每一种物体可积累各不相同的静电电压，常见的静电的来源有：走动的人体；掉落的垫片；温度过高的元件；不良的接地；焊接不良的导线；屏蔽效果不好的电缆；温度太低；屏蔽装设不当。
人的身体和许多物体一样，很容易累积电荷，一般人的身体大约可累积25000V的电荷。和一个刚从地毯另一端走过来的人握手，累积的静电荷沿着手、身体对大地放电，使两个人同时受到“电震”，像这样的电震也可能发生在用手接触电脑金属外壳的时候，强烈的电震往往使得电脑正在执行的程序暂停，数据无缘无故地消失，屏幕显示混乱，甚至烧毁一些对静电比较敏感的元件。在最恶劣的情况下，甚至低至3V的电荷都可能使逻辑电路发生位错。
我们知道两件物体摩擦会产生静电，因此一个人穿着木质或聚乙烯塑料的拖鞋从地板上走过，会在人体上积累相当的电荷，当积累的电荷高到10000V时，静电会从任何接地的金属放电。
如果静电积累到某种程度，所产生的问题就够我们头痛的了。人只要从地毯上走过就会产生几千伏的静电，如果刚好大气的相对湿度很低，房间里的空气又很干燥，人体积累的电荷会更高（相对湿度在50％以上，人体就不会积累静电荷），很容易对磁盘驱动器这一类有接地的金属迅速放电。静电放电对人体或许不会造成伤害，但放电的脉冲流过磁盘驱动器的磁头及与磁头有关联的电路，却会造成相当大的损害，即使不烧毁某些脆弱的芯片，也会使元件急速劣化而让电脑提早出故障。
表1—1和表1—2分别列出了常见电子元器件的破坏电压和不同静电压对电脑的影响。
表1—1电子元件的破坏电压
表1—2不同静电压对电脑的影响
2.静电的防止措施
对静电危害要引起足够的重视，应在安装时就将电脑的外壳及其他设备的金属外壳与建筑物或自行设置的地线保持良好的接触。
通常，电脑或电子器件所遭受到静电危害除了机械摩擦所引起的以外，大多是通过人体造成的。因此当插拔插件板或更换电子元件时，作业人员应放去人体上的静电荷。具体方法是佩戴“防静电手镯”。如没有此条件，可在手腕处戴松紧金属纺织线（可用金属手表带），并将金属线可靠接地，或用良好的导电材料擦手，然后戴上棉纱手套进行操作。
如果你碰到这种问题，这里有几种方法可以帮助你解决：
第一，当你在电脑前坐下来工作时，摸一下一个金属物件能释放你身上所带的静电，然后再碰电脑。不要把电脑外壳或放电脑的桌子作为触摸的金属面释放静电。
第二，许多公司出售的静电驱散产品可以驱散你带的静电。这些产品包括放在电脑或键盘底下的台席、专门的地板席、喷在周围的防静电喷剂等。
另一个办法是在工作区内放置一个湿度调节仪。它可以安置在建筑的进风口（因此加的湿气能分布整个房间），或者放在你使用电脑的地方。增加湿度将降低或完全消除静电。
为及早防范，建议你采取以下的行动，来延长电脑的寿命并使操作更稳定：
在地毯上喷一些抗静电剂；
改铺抗静电地毯；
放置电脑的桌子下铺上抗静电的垫子（最常用的方法）；
用抗静电溶剂拖洗地板，拥有大量电子设备的工厂可采用这个方法；
铺上导电桌垫；
加上加湿器，使相对湿度维持在50％；
采用抗静电桌垫；
将芯片存放在导电海绵里；
用手接触电脑之前，另一只手要握住接地的金属（例如电源的外壳）。
特别要指出的一点是，如果电脑不用，不能让它长时间的关闭。而要每隔一段时间打开电脑运行，以使电脑内部芯片和器件上可能积累的静电能够释放掉，

表1—1电子元件的破坏电压
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表1—2不同静电压对电脑的影响
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