УСТРОЙСТВО НАКОПЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2002 года по МПК G06K19/18 H05K7/02 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и вычислительной техники и может использоваться при бесконтактном энерговводе электрической энергии в прибор (аппаратуру) от внешних устройств, передачи и приема между ними информации в виде электромагнитных и звуковых волн различной частоты, при разработке портативных и мощных вычислительных систем, систем управления, систем контроля и сбора информации, систем предоставления банковских и медицинских услуг, энергонезависимых перепрограммируемых устройств долговременного хранения информации.

Известен модуль с электронными компонентами, содержащий основание с ячейками, заполненными вязкой противоударной средой, электронные компоненты, установленные в ячейки и соединенные с общей платой, и шлейф для электрического соединения с электронными компонентами (патент Франции 2624284, кл. G 06 K 19/02, 89ИСМ, вып. 117, 1-90).

Данное устройство, обладая определенной вибростойкостью, не имеет защиты от неблагоприятных воздействий внешней среды.

Известны и другие устройства, в которых, кроме повышения виброустойчивости модуля, плотности монтажа, удобства в эксплуатации, применяется и защита от коррозии и взрыва (а.с. СССР 1451880, М.кл. Н 05 К 5/06, 1989).

Всем им присущ основной недостаток - контактный способ ввода и вывода электрической энергии, при котором используются разъемы, контакты и др., что значительно ослабляет защиту герметизируемых устройств от неблагоприятных воздействий внешней среды, в частности влаги из-за неоднородности корпуса.

Известно устройство накопления и обработки информации, содержащее герметичный металлический корпус, включающий крышку и дно с отверстием, в котором герметично установлена вставка из радиопрозрачного материала, первую плату с электронными блоками, вторую плату с катушками и экраном для связи и подачи питания, шлейф, соединяющий элементы плат, металлическое основание с ячейками для размещения электронных блоков с эластичной средой и размещения второй платы с отверстием для прохода шлейфа (патент РФ 2046397, 1995).

Данное устройство, обладая определенной защитой от внешних неблагоприятных воздействий, имеет низкую надежность и эксплуатационные качества, определяемые низкой герметичностью корпуса, недостаточной жесткостью и низким экранирующим действием конструкции.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство накопления и обработки информации, содержащее герметичный цельнометаллический корпус, металлическое основание, печатные платы с электронными блоками, многослойные печатные платы с катушками и экранами, внутренний металлический несущий корпус, при этом пространство между стенками внутреннего корпуса, одной из плат и электронными блоками заполнено вязким диэлектрическим материалом, шлейф, который соединяет элементы плат, во внутреннем корпусе и основании выполнены сквозные отверстия (патент RU 2133502 С1, кл. G 06 K 19/18, Н 05 К 7/02, 04.06.96, 20.07.99, БИ 20).

Недостатками данного устройства являются низкая надежность, ограниченные функциональные возможности и область применения. Наличие данных недостатков обусловлено следующими причинами.

1. Частичная или полная потеря выполняемых функций из-за возможности появления отказов электронных блоков и печатных плат вследствие усиления деградационных процессов в данных элементах из-за снижения герметичности конструкций при длительных сроках эксплуатации.

2. Ограниченные возможности по наращиванию функциональных узлов, необходимых для создания современной архитектуры вычислительно-управляющих систем.

3. Передача информационных сигналов с использованием только электромагнитных волн.

4. Ограниченный диапазон частот информационных сигналов, который определяется прозрачностью металлического корпуса для прохождения электромагнитных волн.

Целью изобретения является повышение надежности устройства, расширение его функциональных возможностей и области применения.

Данная цель достигается тем, что в устройство накопления и обработки информации, выполненное в виде прибора, содержащего внешний металлический корпус, печатные платы, на которых установлены электронные блоки, соединенные в электронную схему, внутренний металлический корпус, первую и вторую многослойные печатные платы, на которых установлены приемопередающие элементы и экраны, шлейф и вязкий диэлектрический материал, введены многослойные печатные платы коммутации, на которых установлены и электрически с ними соединены печатные платы с электронными блоками, герметичная емкость, которая установлена во внешний корпус и содержит крышку и дно, преобразователи сигналов, которые установлены на вторую многослойную печатную плату со стороны противоположной размещению приемопередающих элементов, волновод, гермоввод, внутри которого установлен волновод, и упругие элементы, которые установлены между стенками внешнего корпуса и герметичной емкости, при этом внешний корпус содержит не менее двух частей - крышку и дно, внутренний металлический корпус установлен в герметичной емкости, выполнен в виде разъемных металлических панелей, в выборках которых установлены печатные платы коммутации, а пространство между стенками панелей, печатными платами и электронными блоками заполнено вязким диэлектрическим материалом, первая печатная плата размещена в торце внутреннего корпуса напротив дна герметичной емкости, а вторая печатная плата установлена в выборке, выполненной на внешней стороне дна герметичной емкости, при этом дно и крышка герметичной емкости выполнена из материала прозрачного для прохождения электромагнитных и звуковых волн различной частоты, например из стекла, и соединены герметично по периметру например, сварным швом, а приемопередающие элементы плат расположены напротив друг друга и выполнены в виде детекторов и излучателей, при этом приемопередающие элементы первой платы электрически соединены с платами коммутации посредством шлейфа, а приемопередающие элементы второй платы электрически соединены с преобразователями сигналов, которые соединены с волноводом, для прохода шлейфа к платам через панели внутреннего корпуса в них выполнены сквозные отверстия, а для установки гермоввода в дне внешнего корпуса выполнено сквозное отверстие, при этом части внешнего корпуса соединены по периметру болтовыми соединениями через упругие элементы.

На чертеже изображено устройство накопления и обработки информации, общий вид, разрез.

Устройство накопления и обработки информации содержит внешний металлический корпус 1, включающий (в данном исполнении) крышку 2, проставку 3 и дно 4, герметичную емкость 5, которая установлена во внешний корпус 1 и содержит крышку 6 и дно 7, внутренний металлический корпус 8, который установлен внутри герметичной емкости 5 и выполнен в виде разъемных металлических панелей 9, многослойные печатные платы 10 коммутации, которые установлены в выборках, выполненных в металлических панелях 9, печатные платы 11, которые размещены на платах 10 коммутации, и электрически с ними соединены электронные блоки 12, которые установлены на печатные платы 11 и соединены в электронную схему, первую многослойную печатную плату 13, которая размещена в торце внутреннего корпуса 8 напротив дна 7 герметичной емкости 5, вторую многослойную печатную плату 14, которая установлена в выборке, выполненной на внешней стороне дна 7 герметичной емкости 5, приемопередающие элементы 15 и экрана 16, которые установлены на платах 13, 14, преобразователи 17 сигналов, которые установлены на вторую плату 14 со стороны противоположной размещению приемопередающих элементов 15, гермоввод 18, внутри которого установлен волновод 19, шлейф 20, вязкий диэлектрический материал 21 и упругие элементы 22, которые установлены между стенками внешнего корпуса 1 и герметичной емкости 5, при этом пространство между стенками панелей 9, печатными платами 11 и электронными блоками 12 заполнено вязким диэлектрическим материалом 21 с высокой теплопроводностью, а дно 7 и крышка в герметичной емкости 5 выполнены из материала, прозрачного для прохождения электромагнитных и звуковых волн различной частоты, например из стекла (ситалла, композита и др. ), и соединены герметично по периметру, например, сварным швом, при этом приемопередающие элементы 15 плат 13, 14 расположены напротив друг друга и выполнены в виде детекторов (светодиоды, фотодиоды, пьезодатчики, и др.) и излучателей (антенны, генераторы, и др. ), которые обеспечивают передачу информационных сигналов и электропитания в виде электромагнитных и(или) звуковых волн различной частоты через герметичную емкость 5, а преобразователи 17 сигналов, которые обеспечивают сопряжение сигналов различной физической природы (неэлектрической и электрической) путем их преобразования, расположены напротив дна 4 и внешнего корпуса 1 и могут быть выполнены, например, на основе передатчиков (генераторы волн, антенны) и приемников (датчики электромагнитных и звуковых волн), при этом приемопередающие элементы 15 первой платы 13 электрически соединены с платами 10 коммутации посредством шлейфа 20, а приемопередающие элементы 15 второй платы 14 электрически соединены с преобразователями 17 сигналов, которые соединены с волноводом 19, при этом для прохода шлейфа 20 к платам 10, через панели 9 внутреннего корпуса 8 в них выполнены сквозные отверстия 23, а для установки гермоввода 18 в дне 4 внешнего корпуса 1 выполнено сквозное отверстие 24, при этом крышка 2, проставка 3 и дно 4 внешнего корпуса 1 соединены по периметру через упругие элементы 22, например, болтовыми соединениями (на чертеже не показаны).

Электронные блоки 12 предназначены для реализации функций накопления и обработки информации. Они могут быть выполнены из электрорадиоизделий (интегральных микросхем с различной степенью интеграции и дискретных элементов - R, С, L и др.) и построены по иерархическому принципу: 1) сверхбольшие и большие интегральные микросхемы и дискретные элементы, 2) электрорадиоизделия на печатных платах - многокристальные микромодули, 3) субблоки - объединяют многокристальные микромодули с помощью плат коммутации, 4) блоки - образуются из субблоков, соединенных при помощи шлейфов, печатных плат и т. д. Электронные блоки 12 могут иметь различные назначения, необходимые для выполнения функции накопления и обработки информации: приемники, передатчики, запоминающие устройства (оперативные, долговременные, и др.), микропроцессоры, микроконтроллеры, логические устройства с элементами И, ИЛИ, и любые другие элементы, в которых проводимость осуществляется посредством переноса электронов или ионов.

Печатные платы 11, на которых установлены "электронные блоки", многослойные платы 10 коммутации, шлейф 20, предназначены для выполнения функции накопления и обработки информации путем обеспечения электрической связи между электронными блоками 12 (путем переноса электронов по токоведущим проводникам). Выполнение топологии плат 10, 11, их электрический монтаж при помощи шлейфа 20 осуществляется в соответствии с электрической схемой того или иного устройства накопления и обработки информации.

Работа устройства заключается в следующем. Энерговвод и ввод информационных сигналов в устройство осуществляется бесконтактным способом от других устройств по волноводу 19 в виде электромагнитных и (или) звуковых волн различной частоты, которые поступают на преобразователи 17 сигналов, где преобразуются в электрические сигналы, которые возбуждают излучатели приемопередающих элементов 15 платы 14, что приводит к инициированию электромагнитных и (или) звуковых волн, которые передаются через прозрачную для их прохождения в заданном диапазоне частот, герметичную емкость 5, на детекторы приемопередающих элементов платы 13, где преобразуются в электрические сигналы, которые затем поступают по шлейфу 20 через платы 10 коммутации, печатные платы 11, на электронные блоки 12.

После обработки сигналов в блоках 12 информация через печатные платы 11, платы 10 коммутации, шлейф 20, излучатели и детекторы приемопередающих элементов 15 плат 13 и 14 поступает на преобразователи 17 сигналов, где преобразуется в электромагнитные и (или) звуковые волны различной частоты, которые по волноводу 19 передаются на внешние устройства.

Введение новых отличительных признаков в устройствах позволяет обеспечить:
1. Создание многофункциональной системы обработки информации, обладающей большими вычислительными и управляющими возможностями.

2. Существенно расширить диапазон информационных сигналов за счет использования электромагнитных и (или) звуковых волн в широком диапазоне частот (инфразвуковой, звуковой, ультразвуковой, световой, инфракрасный и другие спектры).

3. Существенно расширить информационную емкость передаваемых сигналов, например, за счет применения оптической связи.

4. Практически полную герметичность, исключающую воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды за счет применения многоуровневой системы герметизации, включающей: 1) внешний металлический корпус; 2) герметичную емкость; 3) внутренний металлический корпус.

5. Высокую помехозащищенность за счет применения информационных сигналов (квантов света, звуковых волн), которые электрически нейтральны.

6. Повышенную стойкость к воздействию электромагнитных излучений за счет применения двухуровневой системы экранирования, включающей в себя внешний цельнометаллический и внутренний металлический корпус, в котором установлены электронные блоки.

7. Высокую степень защиты от несанкционированного доступа за счет применения сигналов различной физической природы, которые передаются бесконтактным способом.

Применение данного устройства наиболее перспективно для автоматических систем управления, контроля, сбора и обработки информации, т. к. его использование позволяет существенно расширить их функциональные возможности и области применения, повысить их надежность, точность, помехозащищенность, долговечность и экономическую эффективность.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и вычислительной техники и может быть использовано при бесконтактном энерговводе и вводе информационных сигналов в виде электромагнитных и звуковых волн различной частоты от других приборов, передачи и приема между ними информации, а также при обработке и хранении информации. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, области применения и повышения надежности и долговечности эксплуатации устройства. Устройство содержит внешний металлический корпус, включающий крышку, проставку и дно с отверстием, в котором установлен гермоввод с волноводом, прозрачную для электромагнитных и звуковых волн различной частоты герметичную емкость, содержащую крышку и дно, внутренний металлический корпус содержащий металлические панели, многослойные печатные платы коммутации, на которых установлены печатные платы с электронными блоками, которые расположены в вязкой диэлектрической среде, не менее двух многослойных печатных плат с приемопередающими элементами, экранами и преобразователями сигналов, сквозные отверстия в панелях и упругие элементы. 1 ил.

Устройство накопления и обработки информации, выполненное в виде прибора, содержащего внешний металлический корпус, печатные платы, на которых установлены электронные блоки, соединенные в электрическую схему, внутренний металлический корпус, первую и вторую многослойную печатные платы, на которых установлены приемопередающие элементы и экраны, шлейф и вязкий диэлектрический материал, отличающееся тем, что в него введены многослойные печатные платы коммутации, на которых установлены и электрически с ними соединены печатные платы с электронными блоками, герметичная емкость, которая установлена во внешний корпус и содержит крышку и дно, преобразователи сигналов, которые установлены на вторую многослойную печатную плату со стороны, противоположной размещению приемопередающих элементов, гермоввод, внутри которого установлен волновод, и упругие элементы, которые установлены между стенками внешнего корпуса и герметичной емкости, при этом внешний корпус содержит не менее двух частей - крышку и дно, внутренний металлический корпус установлен в герметичной емкости и выполнен в виде разъемных металлических панелей, в выборках которых установлены печатные платы коммутации, а пространство между стенками панели, печатными платами и электронными блоками заполнено вязким диэлектрическим материалом, первая печатная плата размещена в торце внутреннего корпуса напротив дна герметичной емкости, а вторая печатная плата установлена в выборке, выполненной на внешней стороне дна герметичной емкости, при этом дно и крышка герметичной емкости выполнены из материала прозрачного для прохождения электромагнитных и звуковых волн различной частоты и соединены друг с другом герметично по периметру, а приемопередающие элементы платы расположены напротив друг друга и выполнены в виде детекторов и излучателей, при этом приемопередающие элементы первой платы электрически соединены с платами коммутации посредством шлейфа, а приемопередающие элементы второй платы электрически соединены с преобразователями сигналов, которые соединены с волноводом, для прохода шлейфа к платам через панели внутреннего корпуса в них выполнены сквозные отверстия, а для установки гермоввода в дне внешнего корпуса выполнено сквозное отверстие, а также тем, что в устройстве накопления и обработки информации крышка и дно герметичной емкости выполнены из стекла и соединены сварным швом, а также, тем, что в устройстве накопления и обработки информации части внешнего корпуса соединены по периметру болтовыми соединениями через упругие элементы.