數(shù)據(jù)中心零地電壓共模噪聲問題研究

　　2.1.零地電壓產(chǎn)生高頻藕合循環(huán)電流和共模噪聲干擾電壓

　　圖5：I高頻藕合循環(huán)電流回路

　　下面重點介紹由于零地電壓作用在零線與地線之間的寄生電容，以及作用在電源和負載設(shè)備零地之間EMC濾波電容Cm和C上所產(chǎn)生的高頻藕合循環(huán)電流回路共模噪聲對IT負載數(shù)據(jù)的影響。如圖5所示,即使設(shè)備多點接地,但由于Cm和C這些電容搭橋存在，在零地電壓VNG作用下，根據(jù)美國軍方標準MIL-HDBK-419A Standard容性藕合方式，將形成一個圖5右端所示高頻藕合循環(huán)電流回路,從而產(chǎn)生如圖6中IT計算機設(shè)備零地共模噪聲干擾電壓波形。由于這些電容會耦合一些電流到地線中，因此會在零線和地線中形成一定的干擾電壓。零線與地線耦合越強，耦合電流就越大，產(chǎn)生零地電壓模噪聲干擾電壓的影響就越大。事實上所有基于IT計算機設(shè)備系統(tǒng)都由兩種共同部分組成：半導(dǎo)體芯片(包括中央處理機、存儲器和外圍設(shè)備組件)和開關(guān)電源(用于將輸入電源轉(zhuǎn)換為中央處理機和支持硬件所需電壓)。零地共模噪聲干擾電壓對這兩部分系統(tǒng)都有嚴重影響!

　　圖6 零地共模噪聲干擾電壓如何干擾數(shù)據(jù)流

　　2.2 零地共模噪聲干擾數(shù)據(jù)流(對半導(dǎo)體影響)：

　　目前IT設(shè)備產(chǎn)品使用的半導(dǎo)體對噪聲非常敏感,很多半導(dǎo)體部件的電源工作電壓被設(shè)計為 1.5 或 3.3 伏，甚至有的設(shè)計成1.3伏。由于電壓很低，這些部件之間的信號很容易受到失真影響，所以可能會傳輸錯誤的數(shù)據(jù)。在一些情況下，由于某種形式的糾錯程序仍在運行，這只會使系統(tǒng)變慢;但在其他情況下，數(shù)據(jù)錯誤會導(dǎo)致系統(tǒng)丟包、誤碼、被鎖定或崩潰。當噪聲找到進入計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂綍r(例如因為在數(shù)據(jù)中心直流地、交流地與安全地最后都共用一個接地系統(tǒng)，當噪聲干擾電壓找到進入計算機直流系統(tǒng)干擾路徑時，易對直流系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊),將直接影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性，該共模噪聲干擾電壓級別可能很低，雖然低到無法破壞硬件，但卻可能使傳輸數(shù)據(jù)丟包、誤碼甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)崩潰，例如圖6最下端干擾圖，CPU時鐘300MHZ,芯片工作電壓1.5V, ,而圖6最下端干擾圖中顯示零地共模噪聲干擾電壓達到1.5V或更高時,它完全能夠觸發(fā)電子信號所有上升沿和下降沿, 使數(shù)據(jù)崩潰甚至鎖定整個電子信號。而一旦鎖定整個電子信號，這時候需要重新發(fā)送數(shù)據(jù)。若此情況經(jīng)常發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)速度將會變慢。正是通過這些方式，零地共模噪聲干擾電壓也嚴重妨礙計算機網(wǎng)絡(luò)以最高效率和速度運行。

　　2.3 零地共模噪聲對IT設(shè)備開關(guān)電源影響：

　　大多數(shù)IT設(shè)備開關(guān)電源用于將輸入電源轉(zhuǎn)換為中央處理機和支持硬件所需電壓，而該開關(guān)電源輸出的“直流地”或端通常與IT設(shè)備的金屬底座相連接。為了確保供電安全，該底座同時連接到輸入電源線地線。正是通過該潛在路徑，共模噪聲干擾電壓才經(jīng)常從電源地線藕合進入計算機的設(shè)備。部分共模噪聲除了通過電源進入系統(tǒng)邏輯來干擾數(shù)據(jù)外,還會造成開關(guān)電源本身誤導(dǎo)通和誤觸發(fā)。如果噪聲干擾電壓過大，開關(guān)電源本身會被共模噪聲干擾電壓破壞，甚至IT設(shè)備中的半導(dǎo)體裝置很可能會發(fā)生混亂或被共模噪聲干擾電壓損壞。