Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними
на страницах сайта
www.electrosad.ru
В статье «Компьютер как источник помех» я попробовал рассказать о помехах с которыми приходится сталкиваться в ПК. Она была помещена на сайт в 2006 году, но последние неграмотные публикации показали что ее надо доработать, расширив раздел посвященный распространению помех по линиям передачи и борьбе с ними. Это позволит более грамотно применять защиту от помех и избежать терминов «магнитный изолятор», «активный импеданс ферритового элемента».
Современные узлы ПК используют полупроводниковые микросхемы (чипы) выполненные на основе КМОП и подобных структур и по тонким технологическим процессам, поэтому с более высоким быстродействием. Такие структуры имеют высокое входное сопротивление поэтому для исключения искажений сигнала и согласования линий передачи информации на входе ПК применяются согласующие резисторы. Для передачи информации в ПК в основном применяются два типа линий. Это коаксиальные, двухпроводные линии и экранированные двухпроводные линии.
Линии передачи информации
Именно с ростом быстродействия и соответственно полосы частот передаваемых по линиям, ушли в прошлое однопроводные линии, где в качестве обратного проводника использовались — один общий проводник или МАССА прибора или ПК.
Как уже говорилось выше, для передачи информации в ПК применяются коаксиальные и двухпроводные линии. Последние могут быть как параллельная или скрученная пара. Причем последняя применяется чаще на длинных линиях поскольку меньше излучает вовне и имеет меньшие наводки от внешних источников помех..
Прохождение сигнала по линии
Прохождение сигнала по линии связи показаны на рис 1.
Полезный сигнал идет по линии связи от генератора G к нагрузке R н и показан стрелками. Так передается перепад напряжения. Аналогично передается сигнал и по коаксиальной линии. Только с тем отличием, что одним из проводников (обратным) является оплетка кабеля.
Но коаксиальная линия имеет существенное преимущество. Ее экран (оплетка) хоть и не совершенен, его экранирование имеет величину порядка 30 дб, но существенно ослабляет синфазную помеху (примерно на ту же величину).
Синфазная помеха
Синфазная помеха на двухпроводной линии передачи наводится, как правило, внешним источником помехи и через взаимную емкостную связь между проводниками линии.
Что касается наведенных помех в линиях передачи информации (сигнала) рекомендую почитать книгу (Список литературы [ 6 ] )
Здесь синим цветом показано прохождение полезного (информационного) сигнала по линии, а красным синфазная помеха наведенная на оба проводника линии передачи и распространяющаяся к нагрузке R н. На R н происходит суммирование обоих сигналов, что приводит к искажению сигнала.
Коаксиальная линия
КЛ используется давно и успешно как для передачи импульсных так и радиочастотных сигналов.
Прохождение сигнала по коаксиальной линии показано на рис. 3.
На рис. 2 показана передача по коаксиальной линии перепада напряжения (полезного сигнала) — синим цветом и синфазной помехи по оплетке кабеля и центральной жиле в одном направлении — красным цветом .
Как уже говорилось выше производимые сейчас гибкие коаксиальные линии имеют степень экранирования по напряженности электрического поля порядка 30 дб. Данной величины эффекта экранирования достаточно чтобы при уровне помех в бытовых, производственных помещениях и внутри ПК можно было считать что синхронные помехи в коаксиальных кабельных линиях передачи информации отсутствуют.
Но коаксиальные линии имеют свою особенность. За счет конечного ослабления оплетки сигнал изнутри линии просачивается на внешнюю сторону оплетки — образуется так называемая «поверхностная волна». Ее особенность в том, что ее время прохождения по кабелю отличается от времени прохождения полезного сигнала. В результате они приходят к R н в разный момент времени.
Кроме того на оплетку может наводиться помеха от внешних источников, которая тоже может распространяться по поверхности кабеля и в нагрузке накладываться на полезный сигнал.
Коаксиальная линия, как пишут специалисты по цифровой технике (компьютерщики), имеет существенный недостаток, ее сложно подводить к разъемам. Правда ее сложно подводит к разъемам для этого не предназначенным. Сейчас существуют конструкции разъемов лишенные этого недостатка.
Свойства ферритов
Для работы в устройствах подавления помех в кабельных линиях применяются ферриты, относящиеся к классу материалов называемых магнитодиэлектриками. Даже с большой натяжкой назвать их «магнитными изоляторами» нельзя.
На рис.4 показаны частотные характеристики ферритов.
Зависимость от частоты:
- μ ‘ — магнитной проницаемости — сплошная линия,
- tgδ — тангенс угла потерь — пунктирная линия.
Привожу их для того чтобы Вы поняли, они имеют конечные рабочие частоты. Другие типы ферритов (высокочастотные) имеют другие граничные частоты, но их ход полностью аналогичен.
Вообще ферриты нормально работают до частот сотен мегагерц. Но у таких ферритов низкая диэлектрическая проницаемость μ ‘ и их эффективность при применении в рассматриваемых приложениях снижается.
На частотах до граничной частоты работы феррита они работают в режиме заградительного фильтра (см. далее), а на более высоких частотах ферриты работают на поглощение ВЧ помех и перевода их энергии в тепло. Потому что для частот выше граничной возрастают потери в них за счет появляющихся в них токах.
Борьба с помехами в кабельных линиях
Данное решение является продолжением хорошо известного и показанного на рис. 5.
 |  |
Аналогично выполняется фильтрация линий USB порта непосредственно на системной плате, отличается только тем что помехи фильтруются в 4х проводной линии.
Как в показанном на рис. 5 и 5.1, так и при использовании ферритовых трубок защита осуществляется за счет включения в линию передачи последовательной индуктивности, которая существенно снижает синфазную помеху, но не влияет на сам сигнал. Данное решение аналогично работает и с коаксиальным кабелем, существенно снижая поверхностную волну.
Это совсем не «существенный активный импеданс», а смешанный, на частотах ниже граничной частоты феррита — это чисто индуктивный импеданс, а на более высоких частотах это сопротивление потерь и энергия помехи поглощается материалом трубки и переходит в тепло .
Эффективность ферритового кольца тем выше чем больше витков намотано на нем (чем выше индуктивность).
Главное и ферритовое кольцо и трубка должны находиться как можно ближе к приемнику сигнала. Если линия двунаправленная то надо ставить две ферритовые трубки на концах кабеля, непосредственно у разъемов. Пример такого применения трубок показан ниже.
 |  |
Сейчас ферритовые трубки широко продаются и можно их поставить там где Вы обнаружите наличие помех (например — посторонних шумов).
Заключение
Применение описанных фильтров снижает уровень помех излучаемых ПК.
Применив показанное на рис. 5 решение я избавился (по крайней мере вывел за порог слышимости) от нудного гула в колонках.
А применение ферритовых трубок на всех кабелях дало возможность слушать, на весьма чувствительный радиоприемник, в метре — полутора от ПК радиостанции работающие в длинноволновом диапазоне на ферритовую антенну. Ранее это можно было делать на расстоянии не менее 3-5 м.
Источник
Для нейтрализации помех
· применяются устойчивые материалы и средства связи,
· программируются избыточные коды, позволяющие восстановить исходную информацию,
· развитие цифровых каналов связи открывает новые возможности пользователям компьютерных сетей.
Для защиты информации от несанкционированного вмешательства возникает необходимость ее засекречивания. На бытовом уровне иногда подменяются понятия кодирования и шифрования. Шифром называют секретный код преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей. Защита информации — важный компонент процессов хранения, обработки, передачи и использования информации в системах любого типа, особенно социальных и технических. Изобретением и использованием шифров занимается наука криптография.
Обработка информации — процесс получения новой информации на базе уже имеющейся. Преобразование информации может быть связано с изменением ее содержания или формы представления. В последнем случае говорят о кодировании информации. Например, шифрование информации или перевод текстов на другой язык.
Упорядочивание информации (расписания), поиск нужной информации в информационном массиве (номер телефона в телефонной книге) являются другими вариантами обработки. Редактирование текста, математические вычисления, логические умозаключения — примеры процедур получения новой информации.
Обработка информации может производиться формально, руководствуясь правилами по заданному алгоритму. Либо применяется эвристический подход, при котором создаётся новая система действий или открываются неизвестные ранее закономерности изучаемой информации.
Важным видом обработки информации является кодирование – преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки. Кодирование активно используется в технических средствах работы с информацией (телеграф, радио, компьютеры). Другой вид обработки информации – структурирование данных (внесение определенного порядка в хранилище информации, классификация, каталогизация данных).
Ещё один вид обработки информации – поискв некотором хранилище информации нужных данных, удовлетворяющих определенным условиям поиска (запросу). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации.
Информация не может существовать без своего носителя. Носитель информации — это среда, непосредственно хранящая информацию. Заметим, что слово «носитель» означает «нести в себе», то есть содержать, а не переносить информацию. Носителем информации о самом себе является практически любой предмет, явление, живое существо. Можно использовать и другие средства для хранения информации о чем-либо. Это может быть материальный предмет (камень, дерево, папирус, бумага, магнитные, оптические носители информации). Например, в тетрадь мы записываем задание, а видеокассета содержит интересный для нас фильм. Это могут быть волны различной природы (световые, звуковые, электромагнитные) или разные состояния вещества. О волновом представлении информации все знают из школьного курса физики. А как связать информацию и состояние вещества? Проиллюстрируем пояснение следующим примером. Рассмотрим молоко. По температурному состоянию оно может быть: парным, подогретым, горячим, кипящим, холодным. Описанный набор качеств (кодов) составляет алфавит, с помощью которого можно сообщить информацию о состоянии молока.
Чтобы иметь возможность в будущем многократно воспользоваться информацией, используют так называемые внешние (по отношению к человеческой памяти) носители информации. Записные книжки, справочники, магнитные записи, картины, фото- и кинодокументы и т.д. Для извлечения информации из внешних носителей зачастую требуется много времени и необходимы дополнительные средства. Например, для того, чтобы получить информацию, содержащуюся на оптическом диске, необходимо соответствующее оборудование.
В обществе хранение носителей с информацией организуется в специальных хранилищах. Хранилище информации — это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования (например, архивы документов, библиотеки, картотеки). Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга и др. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов для удобства работы с ними.
Основные свойства хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации.
Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Вычислительная техника дает огромные возможности для организованного хранения информации в компактной форме: электронные, магнитные, оптические носители. Здесь играют роль такие показатели, как информационная емкость, время доступа к информации, надежность хранения, время безотказной работы.
Человеческое общество способно накапливать информацию и передавать ее от поколения к поколению. На протяжении всей истории накапливаются знания и жизненный опыт отдельных людей, а также «коллективная память» — традиции, обычаи народов.
Технические средства реализации информационных процессов.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Защита информации от помех в канале передачи данных
Все помехи, воздействующие на кабели, датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и металлические шкафы автоматики, в большинстве случаев протекают в виде тока по заземляющим проводникам, создавая вокруг них паразитное электромагнитное поле и падение напряжения помехи на проводниках. Источниками и причинами помех может быть молния, статическое электричество, электромагнитное излучение, «шумящее» оборудование, сеть питания 220 В 50 Гц, переключаемые сетевые нагрузки, трибоэлектричество, гальванические пары, термоэлектрический эффект, электролитические процессы, движение проводника в магнитном поле и др.
Государственные центры стандартизации и сертификации во всех странах мира не допускают к производству оборудование, являющееся источником помех недопустимо высокого уровня. Однако уровень помех невозможно сделать равным нулю. Кроме того, на практике встречается достаточно много источников помех, связанных с неисправностями или применением не сертифицированного оборудования.
При конструировании электронной аппаратуры для снижения уровня помех используют микромощную элементную базу с невысоким быстродействием, уменьшение длины проводников и экранирование. Особые меры принимаются для снижения помех от радиопередающих устройств беспроводных сетей (подробнее см. раздел «Промышленные сети и интерфейсы».
Паразитные воздействия помех на процесс передачи сигнала в системах промышленной автоматизации можно разделить на следующие группы:
o воздействия через кондуктивные связи;
o влияние неэквипотенциальности «земли»;
o наводки через взаимную индуктивность;
o наводки через емкостные связи;
o высокочастотные электромагнитные наводки.
 |
| Рис. 3.1. Относительный уровень спектральной плотности мощности и частота основных источников электромагнитных помех |
В гидроакустических каналах помехой является работа насосов. При использовании электромагнитных каналов основная помеха – это промышленная сеть 50Гц. На буровой как минимум 2 мощнейших электродвигателя: 1 двигатель лебедки (200КВ), двигатель насосов (600КВ), куча оборудования для проживания, связи, отопления. Все эти приборы создают очень большой фон помех. Отношение сигнал/шум 100дБ (1:1000000). Требуется принимать очень серьезные меры, чтобы на фоне этих помех выделить полезный сигнал.
При использовании «Манчестер-2», применяется помехоустойчивое кодирование, в чем-то напоминающее код Хэмминга. Каждые 5 двоичных разрядов кодируются 15 двоичными разрядами. Избыточность 3хкратная. Такое кодирование обеспечивает кодовое расстояние между соседними цифрами. Кодовое расстояние (количество позиций, которое нужно изменить, чтобы числа стали равны друг другу) между цифрами больше или равное 7, что позволяет исправлять ошибки, возникающих в трех, четырех битовых сигналов.
При приеме принимаемое число сравнивается со всеми 32 кодировками, с какой кодировкой будет меньше кодовое расстояние, значит то число и получилось.
Кроме кодировки двоичных разрядов информации, для распознавания начала пакета используется специальная комбинация двоичных кодов, которая называется синхропосылкой, кодовое расстояние которой относительно любой из обычных цифр ещё больше, правда для синхропосылок используется несколько другой критерий. Обычное требование для кода синхропосылки – чтобы коэффициент корреляций синхропосылки на 50% отличался от любой комбинации кодов полезной информации. Синхропосылка обычно 30 разрядов, а потом идут посылки 15 разрядов с 5 разрядами полезной информациии.
Зенит 0-90 градусов (30-120) с точностью 0,1 градус – 10 разрядов.
Азимут 0-360 градусов с точностью до 1 градуса – 9 разрядов.
Отклонитель 0-360 градусов с точностью
1,3 градуса – 8 разрядов.
Итого нужно 6 комбинаций по 5 разрядов (30 синхро и 90 инфо). Итого 120 битовых интервалов, частота 10 Гц – 12с.
Чем глубже, тем хуже передается сигнал и частоту нужно уменьшать. Набор частот передач: 10, 5, 2,5, 1,25, 0,625 Гц.
Источник
