數據中心零地電壓共模噪聲問題研究

　　2.1.零地電壓產生高頻藕合循環電流和共模噪聲干擾電壓

　　圖5：I高頻藕合循環電流回路

　　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備零地之間EMC濾波電容Cm和C上所產生的高頻藕合循環電流回路共模噪聲對IT負載數據的影響。如圖5所示,即使設備多點接地,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電流回路,從而產生如圖6中IT計算機設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計算機設備系統都由兩種共同部分組成：半導體芯片(包括中央處理機、存儲器和外圍設備組件)和開關電源(用于將輸入電源轉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都有嚴重影響!

　　圖6 零地共模噪聲干擾電壓如何干擾數據流

　　2.2 零地共模噪聲干擾數據流(對半導體影響)：

　　目前IT設備產品使用的半導體對噪聲非常敏感,很多半導體部件的電源工作電壓被設計為 1.5 或 3.3 伏，甚至有的設計成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據。在一些情況下，由于某種形式的糾錯程序仍在運行，這只會使系統變慢;但在其他情況下，數據錯誤會導致系統丟包、誤碼、被鎖定或崩潰。當噪聲找到進入計算機之間的數據傳輸的路徑時(例如因為在數據中心直流地、交流地與安全地最后都共用一個接地系統，當噪聲干擾電壓找到進入計算機直流系統干擾路徑時，易對直流系統產生沖擊),將直接影響系統數據可靠性，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，但卻可能使傳輸數據丟包、誤碼甚至導致數據崩潰，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,它完全能夠觸發電子信號所有上升沿和下降沿, 使數據崩潰甚至鎖定整個電子信號。而一旦鎖定整個電子信號，這時候需要重新發送數據。若此情況經常發生，網絡速度將會變慢。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絡以最高效率和速度運行。

　　2.3 零地共模噪聲對IT設備開關電源影響：

　　大多數IT設備開關電源用于將輸入電源轉換為中央處理機和支持硬件所需電壓，而該開關電源輸出的“直流地”或端通常與IT設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常從電源地線藕合進入計算機的設備。部分共模噪聲除了通過電源進入系統邏輯來干擾數據外,還會造成開關電源本身誤導通和誤觸發。如果噪聲干擾電壓過大，開關電源本身會被共模噪聲干擾電壓破壞，甚至IT設備中的半導體裝置很可能會發生混亂或被共模噪聲干擾電壓損壞。