Паразитные обратные связи через источники питания
Паразитные обратные связи через источники питания в многокаскадном усилителе возникают вследствие того, что источник питания имеет внутреннее сопротивление
.Так, например, ток сигнала I вых усилителя, изображенного на рис. 50, проходя через источник питания, создает на внутреннем сопротивлении Zн последнего падение напряжения V, равное I вых Zn. Это напряжение, вместе с постоянной составляющей напряжения источника питания, подается на предыдущие каскады, а затем через элементы межкаскадной связи попадает на входы усилительных элементов, создавая в усилителе паразитную обратную связь. В зависимости от фазы по отношению к сигналу это напряжение может увеличивать напряжение сигнала и при достаточной глубине - привести к его самовозбуждению
.Опасный сигнал может попасть в цепи электрического питания, создавая канал утечки информации. В линию электропитания высокая частота передается за счет паразитных емкостей трансформаторов блоков питания (рис. 51).
Утечка информации по цепям заземления
Заземление - это устройство, состоящее из заземлителей и проводников, соединяющих заземлители с электронными и электрическими установками, приборами, машинами. Заземлителем называют проводник или группу проводников, выполненных из проводящего материала и находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом. Заземлители могут быть любой формы - в виде трубы, стержня, полосы, листа, проволоки и т.п. В основном они выполняют защитную функцию и предназначаются для соединения с землей приборов защиты.
Отношение потенциала заземлителя к стекающему с него току называется сопротивлением заземления. Величина сопротивления заземления зависит от удельного сопротивления грунта и площади соприкосновения заземлителей с землей (рис. 52)
.
Взаимные влияния в линиях связи
Рассмотрим, какое влияние друг на друга оказывают параллельно проложенные линии связи.
В теории взаимных влияний между цепями линий связи приняты следующие основные определения:
- влияющая цепь - цепь, создающая первичное влияющее электромагнитное поле (рис. 53);
- цепь, подверженная влиянию - цепь, на которую воздействует влияющее электромагнитное поле;
- непосредственное влияние - сигналы, индуцируемые непосредственно электромагнитным полем влияющей цепи в цепи, подверженные влиянию
.
Рис.53 Сигналы в цепях от взаимных влияний.
Помимо непосредственного имеют место косвенные влияния вторичными полями за счет отражений и другие.
В зависимости от структуры влияющего электромагнитного поля и конструкции цепи, подверженной влиянию, различают систематические и случайные влияния. К систематическим влияниям относят взаимные наводки, возникающие по всей длине линии. К случайным относятся влияния, возникающие вследствие ряда случайных причин и не поддающиеся точной оценке. Существуют реальные условия наводок с одного неэкранированного провода на другой, параллельный ему провод той же длины, когда оба они расположены над "землей". На рис. 54 приведены характеристики наводок.
Рис. 54. Наводки на неэкранированныи провод от другого неэкранированного провода при неидеальной "земле" (кривая 1) и идеальной (кривая 2).
В таблице 3 приведены примерные данные взаимного влияния различных типов пинии и меры их защиты.
Табл. 3
|
#G0 | ||
|
Тип линии |
Преобладающее влияние |
Меры защиты |
|
Воздушные линии связи |
Систематическое влияние, возрастающее с увеличением частоты сигнала |
Скрещивание цепей, оптимальное расположение цепей |
|
Коаксиальный кабель |
Систематическое влияние через третьи цепи, с повышением частоты убывающее вследствие поверхностного эффекта |
Экранирование и ограничение диапазона рабочих частот снизу |
|
Симметричный кабель |
Систематическое и случайное влияния, возрастающие с частотой |
Оптимизация шагов скрутки и конструкций кабеля; пространственное разделение цепей, экранирование |
|
Оптический кабель |
Систематическое и случайное влияния, от частоты сигнала практически не зависят при 30 ГГц |
Экранирование оптических волокон, пространственное разделение оптических волокон |
В реальных условиях имеют место наводки как от экранированных кабелей на экранированные, так и от неэкранированных кабелей на экранированные.
На рис. 55 приведены практические результаты исследования взаимных наводок экранированных кабелей друг на друга
. Таким образом, можно заключить, что излучения и наводки от различных технических средств далеко не безопасны, т.к. информация с дисплея (ПЭВМ, терминал) может быть восстановлена с помощью обычного ТВ-приемника при небольшом его усовершенствовании. Небезопасны излучения и наводки кабельных сетей, как неэкранированных, так и экранированных. Для последних требуется хорошее состояние экрана и качественное заземление. На практике кабели не всегда полностью экранированы. Неисправные или покрытые коррозией соединители могут быть причиной значительных излучений. Используя узкополосные (полоса менее 1 кГц) приемники, можно зарегистрировать напряженности поля 0,1 мкВ на поверхности кабеля. Это позволяет обнаружить сигнал 1 мкВ на расстоянии 3 м от кабеля. Даже на расстоянии 300 м сигналы, имеющие значение 1 мВ на поверхности кабеля, могут быть обнаружены.
Степень ослабления излучения кабеля в зависимости от расстояния и частоты излучения определяется по формуле
где d - расстояние от кабеля,
л -длина волны излучения.
В дальней зоне, начиная с расстояний, примерно больших 6л от источника возмущения, электрическое поле принимает плоскую конфигурацию и распространяется в виде плоской волны, энергия которой делится поровну между электрической и магнитной компонентами.
Сильные магнитные поля, как правило, создаются цепями с низким волновым сопротивлением, большим током и малым перепадом напряжений, а интенсивные электрические поля - цепями с большим сопротивлением, высоким напряжением и малым током. Для плоской волны в свободном пространстве волновое сопротивление
Для поля с преобладающей
электрической компонентой волновое
сопротивление существенно больше
, а
для преобладающего магнитного поля
существенно меньше
значения волнового сопротивления для плоской волны.
Дальняя зона - это область пространства, в которой расстояние от источника существенно превышает длину волны.
Границей раздела этих волн условно можно принять равенство расстояний от источника возмущения -1: 6 длины волны
что составляет 0,5 м для частоты 108 Гц (100 МГц) или 50 м для частоты 106 Гц (1МГц). В ближней зоне, когда расстояние от источника возмущения не превышает длины волны, электромагнитное поле имеет выраженный только электрический или только магнитный характер.
Аналогично взаимному влиянию проводов и кабелей осуществляется взаимное влияние электромагнитных полей, образованных электронными средствами. Например, электромагнитное поле, образованное персональной ЭВМ, влияет на другие технические средства, расположенные в одном с ней помещении (телефонные аппараты, факсы и даже на кабельные линии охранно-пожарных систем) (рис. 56)
.
Анализ физической природы многочисленных преобразователей и излучателей показывает, что:
- источниками опасного сигнала являются элементы, узлы и проводники технических средств обеспечения производственной и трудовой деятельности, а также радио- и электронная аппаратура;
- каждый источник опасного сигнала при определенных условиях может образовать технический канал утечки конфиденциальной информации;
- каждая электронная система, содержащая в себе совокупность элементов, узлов и проводников, обладает некоторым множеством источников опасного сигнала и, естественно, некоторым множеством технических каналов утечки конфиденциальной информации.
Множество каналов утечки с определенной степенью обобщения может быть представлено следующими:
1. Канал утечки информации за счет микрофонного эффекта элементов электронных схем.
2. Канал утечки информации за счет магнитной составляющей электромагнитного поля электронных схем и устройств различного назначения и исполнения.
3. Канал утечки информации за счет электромагнитного излучения низкой и высокой частоты.
4. Канал утечки информации за счет возникновения паразитной генерации усилителей различного назначения.
5. Канал утечки информации по цепям питания электронных систем.
6. Канал утечки информации по цепям заземления электронных систем.
7. Канал утечки информации за счет взаимного влияния проводов и линий связи.
8. Канал утечки информации за счет высокочастотного навязывания мощных радиоэлектронных средств и систем.
9. Канал утечки информации волоконно-оптических систем связи. (Рис. 57).
Каждый из этих каналов в зависимости от конкретной реализации элементов, узлов и изделий будет иметь определенное проявление, специфические характеристики и особенности образования, связанные с условиями расположения и исполнения.
Рис . 57
Наличие и конкретные характеристики каждого источника образования канала утечки информации изучаются, исследуются и определяются конкретно для каждого образца технических средств на специально оборудованных для этого испытательных стендах и в специальных лабораториях.
Классификация электромагнитных каналов утечки информации по природе образования, диапазону излучения и среде распространения приведена на рис. 58
.