Утечка информации по цепям заземления

Заземлением называется преднамеренное соединение объекта с заземляющим устройством, осуществляемое путем создания системы проводящих поверхностей и электрических соединений, предназначенных для выполнения различных функций.

Заземление экранирующих поверхностей способствует ослаблению нежелательных связей и является составной частью системы экранирования. Проводящие поверхности и электрические соединения системы заземления экранов предназначены для протекания обратных токов в сигнальных цепях и цепях электропитания.

Одной из причин попадания опасного сигнала в систему заземления является наличие электромагнитного поля — носителя опасного сигнала в местах расположения элементов системы. Это электромагнитное поле будет наводить в расположенной поблизости системе заземления ток опасного сигнала.

Проникновение опасного сигнала в цепи заземления может быть связано с образованием так называемых контуров заземления. Рассмотрим два устройства, соединенные парой проводников, один из которых является сигнальным, а другой служит для протекания обратных токов (рис. 14).

Пусть возвратный проводник соединен с корпусом первого (I) устройства, а корпус - с землей. Если этот проводник соединен с корпусом второго (II) устройства, также имеющего электрический контакт с землей (соединение 2'‑3'), то образуется замкнутый проводящий контур 2‑2'‑3'‑3‑2. Внешнее электромагнитное поле источника опасного сигнала наводит в этом контуре ЭДС, вызывая протекание тока I_ос, который, в свою очередь, создает на участке 2‑3 падение напряжения U_ос (опасного сигнала) равное:

(22)

где Z₂₃ — сопротивление участка цепи 2-3.

Рис. 14. Образование контуров заземления между двумя устройствами

Если отсутствует проводник 2'-3' или соединение проводника 2-2' с кор­пусом второго устройства, то возможность образования контура заземления полностью не исключается. В этих случаях контур может состоять из провод­ников 2-2', 3-3', земляной шины и паразитных емкостей между сигнальной цепью и корпусом второго устройства С₂, а также между корпусом второго устройства и землей С₂₃.

Еще одна причина появления опасного сигнала в цепи заземления связана с конечным значением величины сопротивления заземляющих проводников. По заземляющему проводнику протекает обратный электрический ток опасного сигнала (рис. 15).

Из-за конечного сопротивления R_з земляной шины на этом сопротивлении создается падение напряжения:

(23)

где U_C – напряжение источника сигнала; R_C1, R_C2 — внутреннее сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки соответственно.

При :

(24)

Рис. 15. Утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства

Напряжение опасного сигнала в цепи заземления будет тем больше, чем больше величина сопротивления R_з.

Утечка информации по цепям заземления может также происходить вследствие того, что общая земля служит обратным проводом для различных контуров. Рассмотрим ситуацию, представленную на рис. 16.

Рис. 16. Утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств

В этом случае для двух различных контуров — сигнального и постороннего — общая земля является обратным проводом с эквивалентным сопротивлением R_з.

На эквивалентном сопротивлении земли R_з возникает падение напряжения за счет протекания обратного тока опасного сигнала -I_c, равное:

при Rз<< Rc1+ Rc2

(25)

где R_C1, R_C2 — внутреннее сопротивление источника опасного сигнала U_c и сопротивление нагрузки в цепи сигнального контура.

На сопротивлении нагрузки R₂ постороннего контура имеет место падение напряжения U_ос, вызванное протеканием обратного тока опасного сигнала -I_с по общей цепи заземления, которое равно:

при Rз<< R1+ R2

(26)

где R₁ — внутреннее сопротивление источника напряжения U₂ в цепи постороннего контура. Подставляя (25) в (26), получим выражение для определения величины падения напряжения опасного сигнала на нагрузке постороннего контура:

(27)

Возможность утечки информации, связанная с цепями заземления, обусловлена также наличием электромагнитного поля опасного сигнала в грунте вокруг заземлителя. Из-за большого затухания, вносимого грунтом, магнитное поле в землю практически не проникает. Электрическое поле в земле определяется величиной потенциала заземлителя и параметрами грунта, где происходит растекание тока опасного сигнала. С помощью дополнительных заземлителей можно осуществить перехват опасного сигнала (рис. 17).

Рис. 17. Утечка информации по цепям заземления, обусловленная наличие электромагнитного поля в грунте