РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК Российский патент 2003 года по МПК H05K1/00 H05K1/11 H05K1/14 H05K3/46 H05K9/00 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании блоков радиоэлектронной аппаратуры, в частности радиоэлектронных блоков, предназначенных для приема и обработки сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

Особенностью конструирования радиоэлектронных блоков, осуществляющих прием и обработку сигналов СРНС, является необходимость использования в них разнотипных функциональных элементов и узлов - различных аналоговых СВЧ- и ВЧ-устройств, реализующих процессы приема и частотного преобразования входных СВЧ-сигналов, а также различных цифровых устройств - корреляторов, процессоров, преобразователей интерфейса, работающих на существенно более низких частотах и реализующих операции цифровой обработки сигналов, включая операции корреляционного поиска, слежения и формирования выходных сигналов, несущих навигационную информацию, необходимую потребителю [1, с.112, рис.47; с.126, рис.64].

Поскольку конструкция радиоэлектронного блока, осуществляющего прием, частотное преобразование и цифровую обработку входных СВЧ-сигналов, в частности сигналов СРНС, должна соединять в себе указанные разнотипные элементы и узлы, то возникает проблема их конструктивного объединения с обеспечением электромагнитной совместимости в условиях плотной компоновки в рамках одной конструкции. Поскольку такая конструкторская задача не имеет общепринятого решения, то при разработке конкретных образцов техники приходится применять индивидуальные конструкторские решения и приемы.

Например, известны конструкции объемных модулей [2], [3], [4], в которых осуществляется прием СВЧ-сигналов, их преобразование и цифровая обработка. Основной принцип конструирования, реализованный в [2], [3], [4], заключается в том, что функциональные узлы электрической схемы выполняются на отдельных микроплатах. Эти микроплаты устанавливаются, например, в металлических рамках, а затем собираются в виде пакета в корпусе объемного интегрального модуля. Электрические связи между микроплатами осуществляются посредством коммутационной платы, устанавливаемой перпендикулярно к торцам микроплат. Проблемы электромагнитной совместимости в таких конструкциях решаются выполнением микроплат на однотипных элементах, работающих на близких частотах, а также, при необходимости, межплатной экранировкой и использованием раздельного (по микроплатам) питания.

В плоскостных конструкциях, например, представленных в [5, с.51-50, рис. 2.9; с. 70-71, рис.3.6], [6], проблемы электромагнитной совместимости решаются путем размещения микроплат, на которых выполнены функциональные узлы электрической схемы, в соответствующих гнездах монолитного металлического основания, закрываемого металлической крышкой. Металлическое основание является несущим элементом в такой конструкции, а также выполняет функцию экрана. Размещение микроплат в гнездах, отделенных друг от друга слоем металла, позволяет в таких конструкциях исключить взаимное влияние разнотипных функциональных узлов электрической схемы друг на друга, устранить паразитные наводки и наведенные помехи. Однако применение монолитного металлического основания с гнездами для размещения микроплат увеличивает массу и габариты конструкции.

Известен радиоэлектронный блок [7, с. 24, рис. 3,2], представляющий плоскостную конструкцию, в которой микроплаты, на которых выполнены отдельные функциональные узлы электрической схемы, установлены горизонтально на нижней стороне несущей коммутационной платы, на верхней стороне которой размещены остальные электрорадиоэлементы электрической схемы. Микроплаты и электрорадиоэлементы на несущей коммутационной плате сгруппированы по функциональным зонам. Функциональные зоны разделены вертикальными экранирующими металлическими перегородками, которые размещены на верхней стороне несущей коммутационной платы. Группировка по функциональным зонам и разделение функциональных зон внешними экранирующими перегородками - конструкторский прием, позволяющий в данной конструкции решить задачи электромагнитной совместимости (исключить взаимное влияние разнотипных функциональных узлов друг на друга, устранить паразитные наводки и наведенные помехи). При этом использование коммутационной платы в качестве общего несущего элемента для микроплат и электрорадиоэлементов дает возможность уменьшить габариты данной конструкции по сравнению с конструкциями, где микроплаты размещаются в гнездах металлического основания.

Общим для рассмотренных конструкций является применение в них функциональных узлов, выполненных на отдельных микроплатах. Такой конструкторский прием соответствует принципу конструирования, изложенному, например, в [5, с. 11-13], суть которого заключается в объединении конструктивно законченных простых структурных единиц в более сложные. Привлекательность такого конструкторского приема обусловлена простотой реализации отдельных структурных единиц. Однако платой за преимущества, связанные с такой конструктивной реализацией отдельных функциональных узлов, является неизбежное увеличение габаритов и усложнение конструкции радиоэлектронного блока в целом.

В качестве прототипа заявляемого радиоэлектронного блока принят радиоэлектронный блок, описанный в [8], в котором решается задача конструктивного объединения разнотипных функциональных узлов (аналоговых СВЧ- и ВЧ-узлов, цифровых НЧ-узлов) с обеспечением их электромагнитной совместимости в условиях плотной компоновки на одной многослойной печатной плате.

Радиоэлектронный блок [8], принятый в качестве прототипа, содержит печатную плату с числом проводящих слоев N≥6, в которой в наружных первом и последнем (N-м) проводящих слоях размещены печатные проводники, контактные площадки, электрорадиоэлементы и соединители для внешних подключений, а во внутренних проводящих слоях - остальные печатные проводники электрической схемы, предназначенной для приема, частотного преобразования и цифровой обработки сигналов, например сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS". Межслойные соединения печатных проводников осуществляются посредством металлизированных отверстий межслойных соединений.

Электрорадиоэлементы, размещенные на печатной плате, сгруппированы по зонам, первая из которых является зоной размещения электрорадиоэлементов, предназначенных для приема и частотного преобразования сигналов, а вторая - зоной размещения электрорадиоэлементов, предназначенных для цифровой обработки сигналов. В первой зоне размещен также высокочастотный соединитель, предназначенный для подключения приемной антенны, а во второй зоне - низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения внешних устройств.

Первой зоне соответствуют соединенные друг с другом посредством металлизированных отверстий межслойных соединений первая и вторая экранирующие земляные плоскости, выполненные во внутренних втором и предпоследнем (N-1)-м проводящих слоях, соседствующих с наружными первым и последним N-м проводящими слоями. Первой зоне в блоке-прототипе соответствует также плоскость аналогового питания, расположенная в одном из внутренних проводящих слоев, свободном от размещения экранирующих земляных плоскостей.

Второй зоне соответствуют третья экранирующая земляная плоскость и плоскость цифрового питания, расположенные каждая в своем внутреннем проводящем слое. Третья экранирующая земляная плоскость в блоке-прототипе состоит из отдельных земляных участков, соединенных между собой земляными перемычками. Плоскость цифрового питания второй зоны в устройстве-прототипе также состоит из отдельных участков питания, связь между которыми осуществляется, например, с внешней стороны через внешние источники питания. Рассмотренное выполнение третьей экранирующей земляной плоскости и плоскости цифрового питания из отдельных участков вытекает из принятого в блоке-прототипе принципа размещения электрорадиоэлементов второй зоны по функциональным участкам, для которых используются индивидуальное питание и экранировка. При отказе от этого принципа, т. е. при использовании общего (без разделения на участки) питания, третья экранирующая земляная плоскость и плоскость цифрового питания выполняются без указанного разделения на участки.

В первой зоне поступающие с приемной антенны аналоговые сигналы, например сигналы СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS" с частотами в диапазоне от 1200 до 1700 МГц, усиливаются, фильтруются от помех и преобразуются с понижением несущей частоты с помощью соответствующих аналоговых и аналого-цифровых функциональных узлов. Во второй зоне сигналы подвергаются многоканальной корреляционной обработке, обработке в цифровом процессоре и интерфейсных элементах с формированием выходных сигналов, несущих навигационную информацию для потребителя. В процессе своей обработки сигналы проходят последовательно от первой зоны ко второй, при этом в первой зоне сигналы проходят последовательно от одного функционального узла к другому, а во второй зоне - от одного функционального участка к другому.

Рассмотренные конструкторские решения и приемы, реализованные в блоке-прототипе, позволяют решить задачу электромагнитной совместимости, т.е. задачу устранения паразитных наводок и наведенных помех и исключения взаимного влияния разнотипных (аналоговых и цифровых) электрорадиоэлементов в условиях их размещения на одной печатной плате. При этом наибольший эффект по устранению паразитных наводок и наведенных помех обеспечивается, когда в первой зоне функциональные узлы электрической схемы располагаются строго линейно в соответствии с последовательностью обработки сигналов, а во второй зоне электрорадиоэлементы размещаются территориально строго по своим функциональным участкам - участкам с индивидуальным питанием и экранировкой.

Поскольку в блоке-прототипе наилучший результат обеспечивается при условии индивидуального питания функциональных участков, обеспечиваемого за счет нескольких внешних источников питания, то это существенно сужает область его возможного применения. Кроме этого, размещение электрорадиоэлементов второй зоны территориально строго по своим функциональным участкам - участкам с индивидуальным питанием и экранировкой - увеличивает габариты блока-прототипа, что также ограничивает область его возможного применения. В частности, указанные особенности конструкции блока-прототипа не позволяют использовать его в "карманном" ("носимом") приборе, в котором используется один внешний источник питания и в котором жесткие требования по минимизации габаритов и плотному размещению электрорадиоэлементов и печатных проводников не позволяют разместить электрорадиоэлементы во второй зоне территориально строго по своим функциональным участкам с обеспечением индивидуального питания и экранировки, а в первой зоне не позволяют расположить функциональные узлы электрической схемы строго линейно в соответствии с последовательностью обработки сигналов.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение паразитных наводок и наведенных помех в указанных условиях плотного размещения на печатной плате разнотипных электрорадиоэлементов и применения для их питания одного внешнего источника питания.

Сущность изобретения заключается в том, что в радиоэлектронном блоке, содержащем печатную плату с числом проводящих слоев N≥6, в которой в наружных первом и N-м проводящих слоях размещены печатные проводники, контактные площадки, электрорадиоэлементы и соединители для внешних подключений, а во внутренних проводящих слоях - остальные печатные проводники электрической схемы, предназначенной для приема, частотного преобразования и цифровой обработки сигналов, причем межслойные соединения печатных проводников осуществляются посредством металлизированных отверстий межслойных соединений, электрорадиоэлементы, размещенные на печатной плате, сгруппированы по зонам, первая из которых является зоной размещения электрорадиоэлементов, служащих для приема и частотного преобразования сигналов, а вторая - зоной размещения электрорадиоэлементов, служащих для цифровой обработки сигналов, первой зоне соответствуют соединенные друг с другом посредством металлизированных отверстий межслойных соединений первая и вторая экранирующие земляные плоскости, выполненные соответственно во внутренних втором и (N-1)-м проводящих слоях, соседствующих с наружными первым и N-м проводящими слоями, а второй зоне соответствуют плоскость питания и третья экранирующая земляная плоскость, выполненные каждая в своем внутреннем проводящем слое, в отличие от прототипа в первой зоне проводники питания, сконцентрированные во внутреннем i-м проводящем слое, где 2<i<N-1, выполнены в виде печатных проводников, расходящихся лучами из узла разветвления, размещенного в пределах границ первой зоны и представляющего собой эквипотенциальную площадку, центр узла разветвления соединен посредством соответствующего металлизированного отверстия межслойных соединений с выходным выводом первого фильтра питания, земляной вывод которого соединен с первой и второй экранирующими земляными плоскостями, а входной вывод посредством отдельного печатного проводника соединен с выходным выводом второго фильтра питания, входной и земляной выводы которого соединены соответственно с контактными элементами "Питание" и "Земля", предназначенными для подвода напряжения питания к печатной плате от внешнего источника питания, причем с контактным элементом "Земля" соединены также все указанные экранирующие земляные плоскости, а с выходным выводом второго фильтра питания - также плоскость питания, относящаяся к второй зоне, при этом во внутренних с третьего по (N-2)-й проводящих слоях на участках площадей, остающихся в пределах границ первой зоны свободными от размещения печатных проводников, металлизированных отверстий межслойных соединений, не подлежащих заземлению, и указанного узла разветвления, выполнены земляные участки, соединенные посредством соответствующих металлизированных отверстий межслойных соединений с первой и второй экранирующими земляными плоскостями по крайней мере в местах подключения к ним земляных выводов соответствующих электрорадиоэлементов первой зоны.

В преимущественных вариантах реализации, имеющих практическое применение, соединение контактного элемента "Земля" с первой и второй экранирующими земляными плоскостями осуществляется через третью экранирующую земляную плоскость, которая выполнена в одном внутреннем проводящем слое с первой или второй экранирующей земляной плоскостью и соединена с ней посредством земляной перемычки, первый фильтр питания выполнен в виде проходного помехоподавляющего фильтра, а второй фильтр питания выполнен в виде проходного помехоподавляющего конденсатора.

Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются на примере конструкции радиоэлектронного блока, выполняющего функцию навигационного приемника-процессора сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS" и реализованного на печатной плате с N=6 проводящими слоями. Чертежи, иллюстрирующие в рассматриваемом примере конструктивные особенности выполнения заявляемого радиоэлектронного блока, поясняющие сущность изобретения, представлены на фиг.1-9.

На фиг. 1 представлен вид в разрезе печатной платы в рассматриваемом примере ее выполнения с шестью проводящими слоями (расположение печатных проводников и металлизированных отверстий межслойных соединений условное, электрорадиоэлементы условно не показаны);
на фиг. 2 - пример, иллюстрирующий группировку по зонам электрорадиоэлементов, размещенных в наружном первом проводящем слое (вид со стороны электрорадиоэлементов, печатные проводники условно не показаны);
на фиг. 3 - пример, иллюстрирующий группировку по зонам электрорадиоэлементов, размещенных в наружном шестом проводящем слое (вид "на просвет" со стороны наружного первого проводящего слоя, слои условно прозрачные, печатные проводники условно не показаны);
на фиг. 4 - пример рисунка печати внутреннего второго проводящего слоя (вид "на просвет" со стороны наружного первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 5 - пример рисунка печати внутреннего третьего проводящего слоя (вид "на просвет" со стороны наружного первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.6 - пример рисунка печати внутреннего четвертого проводящего слоя (вид "на просвет" со стороны наружного первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 7 - пример рисунка печати внутреннего пятого проводящего слоя (вид "на просвет" со стороны наружного первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 8 - фрагмент рисунка печати наружного первого проводящего слоя, поясняющий в рассматриваемом примере расположение контактных элементов "Питание" и "Земля" от внешнего источника питания (электрорадиоэлементы условно не показаны);
на фиг. 9 - фрагмент функциональной электрической схемы, поясняющий принцип разводки питания в рассматриваемом примере выполнения радиоэлектронного блока.

Заявляемый радиоэлектронный блок содержит печатную плату 1 (в рассматриваемом примере - шестислойную) с наружными первым 2 и шестым 3 проводящими слоями, с внутренними вторым 4, третьим 5, четвертым 6 и пятым 7 проводящими слоями. Внутренние проводящие слои 4, 5, 6 и 7 отделены друг от друга и от наружных проводящих слоев 2 и 3 изолирующими слоями 8 (фиг.1).

В наружных проводящих слоях 2 и 3 размещены (фиг.1, 2, 3) контактные площадки 9, печатные проводники 10 и электрорадиоэлементы 11, а также высокочастотный 12 и низкочастотный 13 соединители для внешних подключений, являющиеся конструктивными элементами электрической схемы, осуществляющей прием, частотное преобразование и цифровую обработку сигналов - в рассматриваемом случае сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS". Во внутренних проводящих слоях 4, 5, 6 и 7 размещены печатные проводники (фиг.4-7). Межслойные соединения печатных проводников осуществляются посредством соответствующих металлизированных отверстий 14 межслойных соединений (на фиг.1 выполнение металлизированных отверстий 14 межслойных соединений показано условно). В случае, когда металлизированные отверстия межслойных соединений должны проходить через печатные проводники без электрического контакта с ними, в этих проводниках выполняются соответствующие окна, лишенные металлизации.

Электрорадиоэлементы 11, размещенные на печатной плате 1, сгруппированы по двум зонам 15 и 16 (фиг.2, 3, 8), при этом первая зона 15 является зоной размещения электрорадиоэлементов, предназначенных для приема и частотного преобразования сигналов, а вторая зона 16 - зоной размещения электрорадиоэлементов, предназначенных для цифровой обработки сигналов. В первой зоне 15 также размещен высокочастотный соединитель 12 (например, типа SMA или SMB), предназначенный для подключения приемной антенны. Во второй зоне 16 также размещен низкочастотный соединитель 13 (например, вилка 828430 АМР), предназначенный для подключения внешних устройств, в том числе внешнего источника питания.

Первая зона 15 представляет собой зону, в которой осуществляется прием и частотное преобразование входных сигналов - широкополосных аналоговых СВЧ-сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS", а также их аналого-цифровое преобразование. В первой зоне 15 с помощью электрорадиоэлементов, а также за счет соответствующей топологии реализованы, в частности, полосковые линии, СВЧ-полосовые фильтры, малошумящие СВЧ-усилители, смесители, полосовые фильтры на поверхностно-акустических волнах, синтезаторы частот, опорный генератор, а также компараторы, осуществляющие аналого-цифровое преобразование. Электрорадиоэлементы первой зоны 15 представляют собой, в основном, конденсаторы, резисторы, микросхемы. Характерными микросхемами первой зоны 15 являются, например, микросхемы типа MGA-87563 фирмы HEWLETT-PACKARD (США) или МААМ 12021 М/А СОМ фирмы MOTOROLA (США) (малошумящие СВЧ-усилители), микросхемы типа LMX2330ATM фирмы MOTOROLA (США) (синтезаторы частот), микросхемы типа UPC2753 фирмы NEC (США) (преобразователи сигналов и усилители), микросхемы типа MC13142D фирмы Motorola (США) (смесители), микросхемы типа TXО255AR 10,00 MГц, 3V фирмы RAKON (США) (опорный генератор), микросхемы типа MAX962ESA фирмы MAXIM (США) (компараторы). За исключением высокочастотного соединителя 12, электрорадиоэлементы, размещенные в первой зоне 15, включая микросхемы, относятся к элементной базе V поколения, предназначенной для поверхностного монтажа. Техника (технология) поверхностного монтажа [9, с. 107-110] , используемая в заявляемом радиоэлектронном блоке, позволяет реализовать максимальную плотность компоновки при минимальных габаритах печатной платы 1.

Вторая зона 16 представляет собой зону, где осуществляется многоканальная корреляционная обработка сигналов, поступающих из первой зоны 15, вычисление навигационных данных и преобразование интерфейса. Электрорадиоэлементы второй зоны 16 представляют собой, в основном, конденсаторы, резисторы, микросхемы. Характерными микросхемами второй зоны 16 являются, например, микросхемы типа 1836ВЖ1, 1836ВЖ1-01 (Россия) или ASIC (Корея "SAMSUNG" - Россия "КОТЛИН") (коррелятор), микросхемы типа TMS320LC203PZA или TMS320VC5410PGE фирмы TEXAS INSTRUMENTS (США) (процессор), микросхемы типа KM616V1002ATI-15 фирмы SAMSUNG (Корея) (память), микросхемы типа МАХ3223ЕАР фирмы MAXIM (США) (преобразователи интерфейса). За исключением низкочастотного соединителя 13 электрорадиоэлементы, размещенные в зоне 16, включая микросхемы, относятся к элементной базе V поколения, предназначенной для поверхностного монтажа.

В рассматриваемом примере выполнения заявляемого радиоэлектронного блока первой зоне 15 соответствуют первая 17 и вторая 18 экранирующие земляные плоскости, выполненные во внутренних втором 4 и предпоследнем (пятом) 7 проводящих слоях, соседствующих с наружными первым 2 и последним (шестым) 3 проводящими слоями. Первая 17 и вторая 18 экранирующие земляные плоскости (фиг. 4, 7) соединены между собой соответствующими металлизированными отверстиями межслойных соединений, расположенными, в частности, по их периметру.

Второй зоне 16 соответствует плоскость питания 19 и третья экранирующая земляная плоскость 20, выполненные каждая в своем внутреннем проводящем слое. В рассматриваемом примере плоскость питания 19 выполнена во внутреннем втором проводящем слое 4 (фиг.4), а третья экранирующая земляная плоскость 20 выполнена во внутреннем пятом проводящем слое 7, т.е. в том же внутреннем проводящем слое, что и вторая экранирующая земляная плоскость 18 (фиг.7).

Проводники питания 21, служащие для питания электрорадиоэлементов первой зоны 15, сконцентрированы во внутреннем i-м проводящем слое, где 2<i<N-1, т. е. между внутренним вторым и предпоследним (пятым) проводящими слоями 4 и 7. В рассматриваемом примере проводники питания 21 выполнены во внутреннем третьем (i=3) проводящем слое 5 (фиг.5). Проводники питания 21 выполнены в виде печатных проводников, расходящихся лучами из узла разветвления 22, размещенного в пределах границ первой зоны 15 и представляющего собой эквипотенциальную площадку. На участках площади, остающихся во внутреннем третьем проводящем слое 5 в пределах границ первой зоны 15 свободными от размещения узла разветвления 22, проводников питания 21 и металлизированных отверстий межслойных соединений, не подлежащих заземлению, выполнены земляные участки 23₁ (фиг.5). На участках площади, остающихся во внутреннем четвертом проводящем слое 6 в пределах границ первой зоны 15 свободными от размещения печатных проводников и металлизированных отверстий межслойных соединений, не подлежащих заземлению, выполнены земляные участки 23₂ (фиг.6). Земляные участки 23₁ и 23₂ посредством соответствующих металлизированных отверстий межслойных соединений соединены с первой 17 и второй 18 экранирующими земляными плоскостями - по крайней мере в местах подключения к ним земляных выводов соответствующих электрорадиоэлементов первой зоны 15.

Центр узла разветвления 22 (фиг.5) соединен посредством соответствующего металлизированного отверстия межслойных соединений с выходным выводом 24 первого фильтра питания 25 (фиг.2, 9).

В рассматриваемом примере первый фильтр питания 25 расположен на наружном первом проводящем слое 2 (фиг.2) и выполнен в виде проходного помехоподавляющего фильтра - электрорадиоэлемента, состоящего из трубчатого керамического конденсатора и безвиткового дросселя [10, с.236-240, рис.5.9], реализующего функцию П-образного или Т-образного LC фильтра с индуктивным компонентом в продольном плече (в рассматриваемом примере - функцию Т-образного LC фильтра). Практически в качестве первого фильтра питания 25 может использоваться проходной помехоподавляющий фильтр серии NFM61T фирмы MURATA (США), предназначенный для поверхностного монтажа и реализующий функцию Т-образного LC фильтра.

В рассматриваемом примере параллельно выходному выводу 24 и земляному выводу 26 первого фильтра питания 25 подключен дополнительный емкостной компонент 27, выполненный в виде двух соединенных параллельно конденсаторов (фиг. 2, 9), один из которых представляет собой фильтрующий высокочастотный конденсатор, например керамический типа X7R-16V-0,1μF, s.0603...s.1206, а другой - низкочастотный электролитический конденсатор, например танталовый типа В45196-Н-2227-К509-10V-220μF или оксидно-полупроводниковый типа К-53-22.

Земляной вывод 26 первого фильтра питания 25 соединен посредством соответствующего металлизированного отверстия межслойных соединений с первой 17 и второй 18 экранирующими земляными плоскостями (фиг.4, 7, 9).

Входной вывод 28 первого фильтра питания 25 посредством соответствующего металлизированного отверстия межслойных соединений и отдельного печатного проводника 29, выполненного в рассматриваемом примере во внутреннем втором проводящем слое 4 (фиг.4), соединен с выходным выводом 30 второго фильтра питания 31 (фиг.2, 8, 9).

С выходным выводом 30 второго фильтра питания 31 также соединена плоскость питания 19 (фиг.4, 9).

Второй фильтр питания 31 так же, как и первый фильтр питания 25, расположен на наружном первом проводящем слое 2 (фиг.2). В рассматриваемом примере второй фильтр питания 31 выполнен в виде проходного помехоподавляющего конденсатора. Конструкция проходного помехоподавляющего конденсатора (одна обкладка соединена с токонесущим проводом между входным и выходным выводами, а вторая - с земляным выводом) обеспечивает неизменность емкостного сопротивления в широкой полосе частот [10, с.238-239, рис.5.8]. Практически в заявляемом радиоэлектронном блоке в качестве второго фильтра питания 31 может использоваться проходной помехоподавляющий конденсатор серии NFM41R фирмы MURATA (США), предназначенный для поверхностного монтажа.

Входной 32 и земляной 33 выводы второго фильтра питания 31 соединены соответственно с контактными элементами 34 и 35 "Питание" и "Земля", предназначенными для подвода напряжения питания к печатной плате от внешнего источника питания (фиг.9). В рассматриваемом примере контактными элементами 34 и 35 "Питание" и "Земля" являются контактные площадки с металлизированными отверстиями межслойных соединений, на которых распаиваются соответствующие штыревые выводы низкочастотного соединителя 13, предназначенные для подключения внешнего источника питания (фиг.7, 8). Соединение входного вывода 32 второго фильтра питания 31 с контактным элементом 34 "Питание" осуществляется в наружном первом проводящем слое 2 коротким и широким печатным проводником 36 (фиг.8, 9). Соединение земляного вывода 33 второго фильтра питания 31с контактным элементом 35 "Земля" осуществляется посредством соответствующего отверстия межслойных соединений, соединенного во внутреннем пятом проводящем слое 7 с третьей экранирующей земляной плоскостью 20 на участке 37 вблизи места соединения ее с контактным элементом 35 "Земля" (фиг.7, 9).

Помимо указанного соединения третьей экранирующей земляной плоскости 20 с контактным элементом 35 "Земля" с ним также электрически соединены первая 17 и вторая 18 экранирующие земляные плоскости. Соединение контактного элемента 35 "Земля" с первой 17 и второй 18 экранирующими земляными плоскостями осуществлено через третью экранирующую земляную плоскость 20 следующим образом. Первая экранирующая земляная плоскость 17 соединена с второй экранирующей земляной плоскостью 18 посредством металлизированных отверстий межслойных соединений, а вторая экранирующая земляная плоскость 18 соединена с расположенной в одном с ней внутреннем пятом проводящем слое 7 третьей экранирующей земляной плоскостью 20 посредством земляной перемычки 38 (фиг.7).

Для включения в работу заявляемого радиоэлектронного блока, выполняющего в рассматриваемом примере функцию навигационного приемника-процессора сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS", к высокочастотному соединителю 12 подключается приемная антенна, а к низкочастотному соединителю 13 - внешний источник питания и другие необходимые для работы радиоэлектронного блока внешние устройства, например средства регистрации и контроля (на фигурах не показаны).

Напряжение питания, поступающее от внешнего источника питания на контактные элементы 34 и 35 "Питание" и "Земля", в самом начале своего распределения по зонам 15 и 16 фильтруется от высокочастотных составляющих и наводок с помощью второго фильтра питания 31. Второй фильтр питания 31 осуществляет замыкание высокочастотных составляющих входного напряжения питания на "землю" источника питания, предотвращая тем самым распространение высокочастотных наводок на функциональные узлы и электрорадиоэлементы радиоэлектронного блока. Отфильтрованное таким образом напряжение питания подводится во вторую 16 и в первую 15 зоны.

Во вторую зону 16 напряжение питания подводится с помощью плоскости питания 19 и третьей экранирующей земляной плоскости 20. При этом на плоскость питания 19 напряжение питания потенциала "Питание" приходит с выходного вывода 30 второго фильтра питания 31, а на третью экранирующую земляную плоскость 20 напряжение питания потенциала "Земля" приходит с контактного элемента 35 "Земля".

В первую зону 15 напряжение питания подводится следующим образом. С выходного вывода 30 второго фильтра питания 31 напряжение питания потенциала "Питание" поступает в центр узла разветвления 22 проводников питания 21 - вначале по отдельному печатному проводнику 29, конструктивно не связанному с плоскостью питания 19, а затем - через первый фильтра питания 25. Напряжение питания потенциала "Земля" поступает на вторую экранирующую земляную плоскость 18 с третьей экранирующей земляной плоскости 20 - через земляную перемычку 38. На первую экранирующую земляную плоскость 17 напряжение питания потенциала "Земля" поступает со второй экранирующей земляной плоскости 18 - через соответствующие металлизированные отверстия межслойных соединений. С проводников питания 21 и соединенных между собой первой 17 и второй 18 экранирующих земляных плоскостей напряжение питания потенциалов "Питание" и "Земля" поступает на электрорадиоэлементы первой зоны 15 - посредством соответствующих металлизированных отверстий межслойных соединений. При этом первый фильтр питания 25 фильтрует высокочастотные составляющие напряжения питания, распространяющиеся по печатному проводнику 29 со стороны второй зоны 16, а также фильтрует на "землю" высокочастотные составляющие, распространяющиеся внутри первой зоны 15 по проводникам питания 21.

Таким образом, в заявляемом радиоэлектронном блоке обеспечивается эффективная высокочастотная развязка цепей питания первой 15 и второй 16 зон, а в пределах первой зоны 15 - цепей питания электрорадиоэлементов, что минимизирует взаимное влияние электрорадиоэлементов обеих зон друг на друга по цепям питания. Минимизации взаимного влияния электрорадиоэлементов друг на друга (наряду с рассмотренной высокочастотной развязкой цепей питания первой 15 и второй 16 зон) способствует также экранирующее действие земляных плоскостей 17, 18, 20 и земляных участков 23₁, 23₂. Положительная роль экранирующих земляных плоскостей 17, 18, 20 и земляных участков 23₁, 23₂ помимо эффекта плоскостной экранировки заключается также в обеспечении оптимальных токовых путей, отвечающих требованиям минимальной индуктивности, что устраняет потери в возвратных контурах цепей прохождения сигналов и снижает их восприимчивость к воздействию излучений и перекрестных помех. Все это обеспечивает устранение паразитных наводок и наведенных помех в рассматриваемых условиях применения одного внешнего источника питания и плотной компоновки электрорадиоэлементов и печатных проводников, когда в полной мере не удается реализовать принципы линейного в соответствии с последовательностью обработки сигналов размещения электрорадиоэлементов, функциональных узлов и печатных проводников электрической схемы.

Запитываемые рассмотренным образом электрорадиоэлементы первой 15 и второй 16 зон осуществляют требуемые операции по приему, частотному преобразованию и цифровой обработке сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS", формируя выходные сигналы, несущие навигационную информацию потребителю. При этом входные сигналы, представляющие собой широкополосные СВЧ-сигналы - сигналы СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS" с частотами в диапазоне от 1200 МГц до 1700 МГц, поступают через высокочастотный соединитель 12 в первую зону 15, где осуществляется их усиление, фильтрация от помех, частотное преобразование с понижением несущей частоты до десятков мегагерц и аналого-цифровое преобразование. При преобразовании сигналов используются гетеродинные и тактовые сигналы, формируемые синтезаторами и формирователями частот, расположенными в первой зоне 15. Далее сигналы поступают во вторую зону 16, где осуществляется многоканальная корреляционная обработка, обработка в цифровом процессоре и интерфейсных элементах с формированием выходных низкочастотных сигналов, несущих навигационную информацию для потребителя. Выходные низкочастотные сигналы снимаются с соответствующих выводов низкочастотного соединителя 13.

Таким образом, совокупность предложенных конструктивных мер позволяет в заявляемом радиоэлектронном блоке решить поставленную техническую задачу устранения паразитных наводок и наведенных помех в заданных условиях плотной компоновки разнотипных электрорадиоэлементов и печатных проводников на печатной плате, использующей для своего питания один внешний источник питания.

Эксперименты, проведенные над радиоэлектронными блоками заявляемой конструкции с рассмотренной выше элементной базой, показали, что устранение паразитных наводок и наведенных помех, требуемое из условий обеспечения работоспособности при обработке сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS", может быть реализовано при выполнении радиоэлектронного блока на печатных платах с габаритными размерами (ширина и длина) 45•95 мм и меньше.

Из рассмотренного следует, что заявляемый радиоэлектронный блок технически осуществим, промышленно реализуем, решает поставленную техническую задачу и имеет перспективы по широкому практическому использованию, в том числе при конструировании малогабаритной ("карманной") аппаратуры потребителей сигналов СРНС.

Источники информации
1. Бортовые устройства спутниковой радионавигации. / И.В. Кудрявцев, И. Н. Мищенко, А. И. Волынкин и др. Под ред. B.C. Шебшаевича, М., Транспорт, 1988.

2. Авт. свид. СССР 1700789 (А1), кл. Н 05 К 7/02, опубл. 23.12.91.

3. Авт. свид. СССР 1786695 (А1), кл. Н 05 К 7/02, опубл. 07.01.93.

4. Авт. свид. СССР 1829127 (А1), кл. Н 05 К 7/02, опубл. 23.07.93.

5. И. Н. Филатов, О.А. Бакрунов, П.В. Панасенко. Микроэлектронные СВЧ-устройства. М., Высшая школа, 1987.

6. Свидетельство РФ на полезную модель 11644 (U1), кл. Н 05 К 1/00, опубл. 16.10.99.

7. А. А. Яшин. Конструирование микроблоков с общей герметизацией. М., Радио и связь, 1985.

8. Патент РФ 2125775 (С1), кл. Н 05 К 1/00, 3/46, опубл. 27.01.99 (прототип).

9. Конструирование радиоэлектронных средств / В.Ф. Борисов, О.П. Лавренов, А.С. Назаров, А.Н. Чекмарев; под ред. А.С. Назарова, М., Издательство МАИ, 1996.

10. А. Д. Князев. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. М., Радио и связь, 1984.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании радиоэлектронных блоков, предназначенных, в частности, для приема и обработки сигналов спутниковых радионавигационных систем. Технический результат - устранение паразитных наводок и наведенных помех в условиях плотного размещения на печатной плате разнотипных электрорадиоэлементов и применения для их питания одного внешнего источника питания. Достигается тем, что в радиоэлектронном блоке, содержащем печатную плату с N≥6 проводящими слоями, в наружных проводящих слоях размещены печатные проводники, контактные площадки, электрорадиоэлементы и соединители для внешних подключений, во внутренних - печатные проводники. Электрорадиоэлементы сгруппированы по зонам, первая из которых - зона электрорадиоэлементов, предназначенных для приема и частотного преобразования сигналов, вторая - зона электрорадиоэлементов, предназначенных для цифровой обработки сигналов. Первой зоне соответствуют первая и вторая экранирующие земляные плоскости, выполненные во втором и (N-1)-м проводящих слоях. Второй зоне соответствуют плоскость питания и третья экранирующая земляная плоскость, выполненные каждая в своем внутреннем проводящем слое. В первой зоне проводники питания, сконцентрированные во внутреннем i-м проводящем слое, где 2<i<N-1, выполнены в виде печатных проводников, расходящихся лучами из узла разветвления, размещенного в пределах границ первой зоны и представляющего собой эквипотенциальную площадку. Центр узла разветвления соединен с выходным выводом первого фильтра питания, входной вывод которого посредством отдельного печатного проводника соединен с выходным выводом второго фильтра питания, к которому также подключена плоскость питания, относящаяся к второй зоне. В первой зоне в проводящих слоях с третьего по (N-2)-й на свободных участках площадей выполнены земляные участки, соединенные посредством соответствующих металлизированных отверстий межслойных соединений с первой и второй экранирующими земляными плоскостями. 3 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Радиоэлектронный блок, содержащий печатную плату с числом проводящих слоев N≥6, в которой в наружных первом и N-ом проводящих слоях размещены печатные проводники, контактные площадки, электрорадиоэлементы и соединители для внешних подключений, а во внутренних проводящих слоях - остальные печатные проводники электрической схемы, предназначенной для приема, частотного преобразования и цифровой обработки сигналов, причем межслойные соединения печатных проводников осуществляются посредством металлизированных отверстий межслойных соединений, электрорадиоэлементы, размещенные на печатной плате, сгруппированы по зонам, первая из которых является зоной размещения электрорадиоэлементов, служащих для приема и частотного преобразования сигналов, а вторая - зоной размещения электрорадиоэлементов, служащих для цифровой обработки сигналов, первой зоне соответствуют соединенные друг с другом посредством металлизированных отверстий межслойных соединений первая и вторая экранирующие земляные плоскости, выполненные соответственно во внутренних втором и (N-1)-ом проводящих слоях, соседствующих с наружными первым и N-ым проводящими слоями, а второй зоне соответствуют плоскость питания и третья экранирующая земляная плоскость, выполненные каждая в своем внутреннем проводящем слое, отличающийся тем, что в первой зоне проводники питания, сконцентрированные во внутреннем i-ом проводящем слое, где 2<i<N-1, выполнены в виде печатных проводников, расходящихся лучами из узла разветвления, размещенного в пределах границ первой зоны и представляющего собой эквипотенциальную площадку, центр узла разветвления соединен посредством соответствующего металлизированного отверстия межслойных соединений с выходным выводом первого фильтра питания, земляной вывод которого соединен с первой и второй экранирующими земляными плоскостями, а входной вывод посредством отдельного печатного проводника соединен с выходным выводом второго фильтра питания, входной и земляной выводы которого соединены соответственно с контактными элементами "Питание" и "Земля", предназначенными для подвода напряжения питания к печатной плате от внешнего источника питания, причем с контактным элементом "Земля" соединены также все указанные экранирующие земляные плоскости, а с выходным выводом второго фильтра питания - также плоскость питания, относящаяся к второй зоне, при этом во внутренних с третьего по (N-2)-ой проводящих слоях на участках площадей, остающихся в пределах границ первой зоны свободными от размещения печатных проводников, металлизированных отверстий межслойных соединений, не подлежащих заземлению, и указанного узла разветвления выполнены земляные участки, соединенные посредством соответствующих металлизированных отверстий межслойных соединений с первой и второй экранирующими земляными плоскостями по крайней мере в местах подключения к ним земляных выводов соответствующих электрорадиоэлементов первой зоны. 2. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что соединение контактного элемента "Земля" с первой и второй экранирующими земляными плоскостями осуществляется через третью экранирующую земляную плоскость, которая выполнена в одном внутреннем проводящем слое с первой или второй экранирующей земляной плоскостью и соединена с ней посредством земляной перемычки. 3. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что первый фильтр питания выполнен в виде проходного помехоподавляющего фильтра. 4. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что второй фильтр питания выполнен в виде проходного помехоподавляющего конденсатора.