УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННОГО МОДУЛЯ Российский патент 2004 года по МПК H01L23/00 H01L27/00 H05K5/00 G06F12/00 

Изобретение относится к автономным системам сигнализации о взломе барьерных структур, ограничивающих защищаемый объект, тревожный сигнал которых является командой на исполнение защитного действия. Защищаемым объектом является электронный модуль, точнее, внутрисхемные элементы этого модуля, находящиеся в определенном логическом состоянии, а защитным действием - изменение наперед заданным образом их имевшего место до момента взлома логического состояния с тем, чтобы оно осталось неизвестным нарушителю.

Наряду с этой функциональной принадлежностью данное устройство может быть отнесено и к корпусам электронных приборов, поскольку входящие в его состав барьерные структуры одновременно являются стенками корпуса модуля и, в принципе, обеспечивают те же защитные функции по отношению к его внутрисхемным элементам, что и обычные корпуса, а именно, защиту от не связанных с умышленными действиями нарушителя механических и климатических воздействий. Единство обеих функций состоит в том, что наличие у модуля корпуса с лучшими защитными свойствами, т.е. более герметичного и толстостенного, одновременно создает дополнительные препятствия умышленным действиям нарушителя, и наоборот.

Поскольку анализ уровня техники не выявил аналогичных устройств, совпадающих с предметом изобретения по виду защищаемого объекта и характеру защитного действия, ниже приведены сведения о его более отдаленных функциональных аналогах, предназначенных для охраны границ территорий и помещений.

Известны устройства для охранной сигнализации, содержащие по меньшей мере одну анизотропно электропроводную оболочку, ограничивающую со всех сторон защищаемый объект. К оболочке подключена схема защиты, реагирующая на изменения электрических параметров оболочки при нарушении, в результате взлома, целостности последней. Таково, например, устройство для охранной сигнализации согласно [1].

В этом устройстве анизотропно электропроводная оболочка сформирована укладкой по периметру защищаемого объекта сигнального провода, изменяющего при разрыве нарушителем свою проводимость с некоторой исходной величины до нуля, в результате чего схема защиты вырабатывает сигнал тревоги. Анизотропия электропроводности оболочки, состоящая в данном случае в ее наличии только по длине провода, является необходимым условием чувствительности устройства к повреждениям относительно небольших размеров, поскольку ток в изотропно-электропроводной оболочке сможет протекать и в обход повреждения, вследствие чего четкий критерий выработки сигнала тревоги, который можно использовать в схеме защиты, будет отсутствовать. Поэтому данный признак был положен в основу описываемого изобретения.

С другой стороны, понятно, что даже весьма плотная (в виде многослойной обмотки) укладка одиночного сигнального провода вдоль границ защищаемого объекта не обеспечивает достаточного уровня защищенности, поскольку нарушителю достаточно применить предварительное замыкание одного или нескольких проводов в обход места будущего взлома такой оболочки, чтобы схема защиты не сработала. Кроме того, даже плотно уложенную обмотку, если не принять специальных мер, технически возможно размотать, обеспечив тем самым беспрепятственный доступ в ограничиваемый ею объем.

Известны также охранные устройства с другим типом анизотропии электропроводности оболочки, а именно, когда она представляет собой распределенный вдоль всей барьерной зоны поверхностный конденсатор. Вследствие того, что для защищаемого объекта миниатюрных размеров, много меньших его расстояния до земли или ближайшей заземленной поверхности, этот конденсатор иначе, чем двухобкладочным, выполнен быть не может, такую структуру также можно считать анизотропно электропроводной оболочкой - с наличием проводимости вдоль каждой из обкладок и ее отсутствием в поперечном направлении, сквозь диэлектрик конденсатора. Для защищаемых же объектов относительно крупных размеров в качестве внешней обкладки конденсатора используется поверхность земли [2]. Работа подобных устройств (обычно называемых емкостными электронными реле) основана на изменении емкости охранного конденсатора, обусловленном приближением или вторжением нарушителя. Принципиальным недостатком такого рода устройств является низкая, с учетом естественных температурных и временных колебаний значений емкости охранного конденсатора, чувствительность к повреждениям обкладок или иным нарушениям исходной структуры относительно малого (соизмеримого с толщиной диэлектрика) размера.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в создании отсутствующего по имеющимся данным, но весьма актуального для решения определенного круга задач из области информатизации устройства, высокая эффективность защитных функций которого предопределена положенными в его основу принципами организации и в силу принципиальной простоты и возможности теоретического анализа последних строго доказуема, а также может быть в любой момент (как на стадии входного контроля, так и в процессе эксплуатации) подвергнута неразрушающему испытанию. Данная задача решается, исходя из условия отсутствия реальных ограничений на степень технической оснащенности нарушителя, против действий которого данное устройство эффективно, причем последний считается владеющим исчерпывающими сведениями о его конструкции и аналогичными натурными образцами. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, состоит в приближении к теоретическому пределу уровня защищенности со стороны внешнего конструктивного оформления модуля, когда все прочие проблемы безопасности связываются только с правильностью решения сопутствующих программно-аппаратных вопросов и надежностью применяемой элементной базы.

Устройство защиты электронного модуля, защищающее от доступа к его внутрисхемным элементам, без изменения логического состояния последних, посредством взлома с применением любых технически возможных средств и приемов внешних элементов конструкции модуля, в т.ч. его выводов, содержит по меньшей мере одну анизотропно электропроводную оболочку, ограничивающую со всех сторон внутренний объем модуля, в котором расположена печатная или пленочная плата с внутрисхемными элементами и функциональными межсоединениями модуля, а также со схемой защиты, или отдельная схема защиты, подключенная изнутри к оболочке и реагирующая на изменения электрических параметров оболочки при нарушении, в результате взлома, целостности последней. В этом состоит известная из существующего уровня техники часть устройства.

Согласно изобретению, поставленная задача решается тем, что оболочка представляет собой огибающую выводы по меньшей мере двухслойную обмотку с жестко зафиксированными витками, намотанную по меньшей мере в два параллельно уложенных, перевитых или переплетенных между собой изолированных провода, в произвольном порядке подключенных в начале и конце обмотки к двум контактным группам схемы защиты, которая выполнена двухрежимной: в режиме активирования однократно определяющей и запоминающей таблицу попарных соединений проводами обмотки контактов обеих групп между собой, а в режиме функционирования с заданной периодичностью, определяющей текущее состояние этих соединений и сохраняющей неизменным логическое состояние внутрисхемных элементов модуля только при получении результата, совпадающего с определенным в режиме активирования. Достижению указанного технического результата способствует, в частности, то, что исполнение защитного действия, а именно, изменение наперед заданным образом логического состояния внутрисхемных элементов модуля, при этом условии обеспечивается в любой иной ситуации, включая не только изменение текущего состояния соединений, но и умышленный вывод нарушителем внешней (непосредственно соединенной с обмоткой) части схемы защиты из строя. Эта совокупность отличительных признаков присуща всем без исключения вариантам реализации изобретения и будет подробно рассмотрена в последующих разделах описания. Кроме того, в конкретных формах его конструктивного исполнения целесообразны нижеследующие технические решения.

Схема защиты содержит генератор порядка циклического опроса контактов групп при очередном определении текущего состояния их соединений в режиме функционирования. Очевидно, что если по проводам обмотки при определении текущего состояния их соединений протекают не повторяющиеся от цикла к циклу последовательности импульсов, которые нарушитель имеет возможность считать, а потом самостоятельно сформировать и запустить от внешнего генератора в обход места будущего взлома, а каждый раз по-новому формируемые, лучше всего по случайному или псевдослучайному алгоритму, последовательности, то указанный прием взлома оказывается неприемлемым.

Обмотка дополнительно заключена в замкнутый электромагнитный экран, отделенный от нее слоем диэлектрика случайным образом изменяющейся толщины, а схема защиты содержит емкостное электронное реле, в режиме активирования однократно определяющее и запоминающее значение емкости между обмоткой и экраном, а в режиме функционирования с заданной периодичностью определяющее текущее значение этой емкости и сохраняющее неизменным логическое состояние внутрисхемных элементов модуля только при получении результата, укладывающегося в заранее установленные пределы по отношению к значению, определенному в режиме активирования. Наличие замкнутого электромагнитного экрана целесообразно для подавления побочных электромагнитных излучений в процессе штатного или специально инициированного нарушителем режима работы модуля, анализ которых, как известно, может дать информацию о логическом состоянии его внутрисхемных элементов. Однако главным в данном случае является не такое применение известного технического решения по его прямому назначению, но использование электромагнитного экрана в качестве внешней обкладки охранного конденсатора емкостного электронного реле, внутренней обкладкой которого является сама же расположенная под ним обмотка. Чтобы ее размотать (естественно, если нарушитель будет понимать, как ему преодолеть все прочие затруднения на этом пути), то от электромагнитного экрана потребуется освободить не локальный участок поверхности обмотки, а всю зону в пределах полной протяженности ее витков, что будет соответствовать достаточно большому изменению значения емкости охранного конденсатора. Таким образом, вышеуказанный недостаток емкостного электронного реле здесь не проявляется, а напротив, оно дает дополнительную степень защиты, образующую вкупе с основной, обеспечиваемой обмоткой, практически не взламываемую без соответствующих последствий анизлтропно электропроводную оболочку вокруг модуля.

Этот электромагнитный экран по меньшей мере в части своей внутренней поверхности целесообразно снабжать прилегающим к обмотке дополнительным электропроводным слоем, например, выполненным в виде бандажа, намотанного мягким неизолированным проводником, приобретающим твердость и ломкость в результате технологического воздействия, в частности комплексным углеродным волокном, пропитанным низковязкой в исходном состоянии и низкоэластичной после полимеризации диэлектрической композицией. Выполнение плотно прилегающей к обмотке части электромагнитного экрана вокруг в последнюю очередь наматываемой (следовательно, в первую очередь разматываемой) поверхности обмотки существенно увеличивает изменение емкости охранного конденсатора, которое должно произойти перед началом размотки, повышая тем самым надежность срабатывания емкостного электронного реле в нужной ситуации и в то же время позволяя практически исключить вероятность его ложных срабатываний путем задания широких пределов естественных колебаний значения охранной емкости. Твердость и ломкость этой (по существу, наиболее важной) части электромагнитного экрана исключает возможность разматывания обмотки “сквозь экран”, которую теоретически нельзя было бы не рассматривать, будь экран выполнен из достаточно мягкого и эластичного электропроводного материала.

Обмотка содержит по меньшей мере две секции, витки которых расположены в разных плоскостях, с перекрытием краев ограничивая внутренний объем, причем начала секций или безотрывно намотанных групп секций расположены под обмоткой, а концы над обмоткой и в произвольном порядке соединены между собой, образуя составленную по меньшей мере из четырех отрезков изолированного провода единую обмотку как начало, так и конец которой расположены внутри охватываемого ею объема. Данный признак является ключевым моментом реализации обмотки в виде сплошной и принципиально непреодолимой (при условиях плотности укладки и жесткости взаимной фиксации витков) барьерной структуры вокруг охватываемого ею объема. Он представляет собой альтернативу обычному исполнению обмотки по меньшей мере из одной секции, при котором начало обмотки аналогично может располагаться внутри охватываемого ею объема, но конец неизбежно оказывается снаружи. Поэтому, чтобы его подключить к расположенной внутри схеме защиты, требуется всю группу составляющих ее проводов провести обратно внутрь сквозь уже выполненную обмотку, что требует нарушения ее сплошности и весьма затруднительно на практике. Совершенно иная ситуация получается, если по меньшей мере две секции обмотки, имея начала внутри частично охватываемого ими объема, последовательно намотаны одна навстречу другой (например, одна - до, а другая - после установки платы модуля) так, что составленная ими обмотка с перекрытием краев ограничивает внутренний объем целиком, а концы обеих секций встречаются над обмоткой. Поэтому, чтобы образовать из них единую, причем, что весьма важно, намотанную в одном направлении обмотку, достаточно непосредственно соединить их между собой. Расположение витков секций в разных плоскостях позволяет ограничить единой обмоткой внутренний объем со всех сторон, заполнив витками одной секции неизбежное свободное центральное пространство в плоскости витков другой, и наоборот.

Изолированные провода такой обмотки целесообразно предварительно обвить или оплести вокруг нити или жилы с заданными технологическими свойствами, например, заданной усадкой по длине при нагреве и/или обладающей достаточной гибкостью и прочностью для выполнения обмотки, но теряющей по меньшей мере одно из этих качеств в результате технологического воздействия. Такое исполнение многожильного обмоточного провода является альтернативным по отношению к литцендрату, состоящему, как известно, из группы проходящих по оси изолированных эмалью проводов, обвитых или оплетенных снаружи электроизоляционным волокном. Выполнение барьерной обмотки из обычного литцендрата является, безусловно, самым очевидным, но во многих отношениях далеко не оптимальным вариантом. Переход на отвечающий вышеуказанным требованиям “обращенный литцендрат” обеспечивает следующие преимущества.

Поскольку каждый из отдельных изолированных проводов представляет собой спираль, а элементом, обеспечивающим прочность на растяжение, является центральная нить или жила, то появляется возможность сделать такой многожильный провод весьма прочным и выдерживающим сложные в технологическом отношении виды намотки при относительно тонких и непрочных на растяжение (например, алюминиевых) токонесущих жилах. Последние качества, очевидно, являются определяющими для создания чувствительных к повреждениям минимальных размеров, занимающих минимум места и практически неразматываемых барьерных обмоток. Более того, подобный провод в процессе выполнения обмотки или ее технологической обработки может без повреждений подвергаться деформациям растяжения и сжатия, причем последним в случае, если его центральная нить или жила выполнена из полимера с ярко выраженными термоусадочными свойствами (они в той или иной мере присущи практически всем полимерам). Именно этот вариант дает возможность широкого использования некруглых в плане барьерных обмоток, которые на обычном литцендрате или группе отдельных обмоточных проводов получались бы неплотными из-за неизбежных провисаний части витков. Естественно, что термоусадочный провод позволяет ликвидировать все неплотности и провисания в обмотке путем ее заключительного нагрева с закрепленным концом. Однако наиболее значимой в данном применении потенциальной возможностью “обращенного литцендрата” является то, что по окончании намотки центральная нить или жила могут быть вообще ликвидированы как обладающий осевой прочностью длинномерный материал, будучи, например, полностью расплавленными и став тем самым пропиткой обмотки, состоящей из многозаходных, а еще лучше, переплетенных между собой микроспиралек, или, в крайнем случае, настолько потеряв от взаимодействия с дополнительной пропиткой обмотки, в сочетании с температурным воздействием, гибкость и прочность, что монолитность обмотки будет определяться только применяемым для ее пропитки относительно прочным полимерным материалом. Такая обмотка сама по себе является, в принципе, не разматываемой без повреждений в виде разрывов и коротких замыканий отдельных изолированных проводов, что позволяет в некоторых, возможно, не самых ответственных конкретных формах исполнения, обойтись без второй степени защиты в виде емкостного электронного реле.

Расположенные над обмоткой концы секций или безотрывно намотанных групп секций выведены из модуля и в произвольном порядке соединены между собой через внешнее коммутирующее устройство. Как отмечалось выше, для формирования барьерной обмотки, в принципе, достаточно непосредственного соединения этих концов, открытым остается только вопрос, где и каким образом это соединение должно производиться. Его расположение под электромагнитным экраном, хотя и возможно, но неудобно в технологическом отношении, поскольку между ним и обмоткой должен быть минимальный зазор, а соединение между собой множества навстречу идущих концов относительно тонких эмаль-проводов иначе, чем на отдельной плате-колодке, практически невозможно. Однако, если даже удастся решить все связанные с этим технологические проблемы, то останется не реализованной важнейшая в практическом отношении потенциальная возможность такого рода устройства, а именно возможность проведения в любой нужный момент - как на этапе приемо-сдаточных испытаний, так и при регламентных работах в процессе эксплуатации - абсолютно достоверных и исчерпывающе полных по своему результату неразрушающих тестов защитных функций, которые могут быть либо не в полной мере получены еще при изготовлении из-за обрывов и замыканий отдельных проводов обмотки, либо частично или полностью утрачены в процессе эксплуатации из-за определенного рода отказов элементной базы. В режиме штатной эксплуатации это внешнее коммутирующее устройство может представлять собой заглушку-короткозамыкатель, разъемно установленную снаружи модуля, но, в общем случае, оно должно отвечать следующему требованию.

Внешнее коммутирующее устройство выполнено управляемым, осуществляющим проверку функционирования схемы защиты путем моделирования нарушения целостности обмотки серией возможных вариантов изменений состояния соединений ее проводов по отношению к состоянию, соответствующему режиму активирования. Отрабатываемая этим устройством, совместно с приданным к нему программно-аппаратным окружением, программа проверки должна включать циклически повторяющиеся алгоритмы задания определенного варианта состояния соединений проводов обмотки, активирования схемы защиты, приведения внутрисхемных элементов модуля в некоторое условное логическое состояние, очередного варианта изменения ранее заданного состояния таблицы соединений (т.е. моделирование действий нарушителя) и подтверждение факта исполнения схемой защиты вышеуказанного защитного действия по изменению наперед заданным образом логического состояния внутрисхемных элементов модуля по отношению к ранее приведенному условному. По результатам этой проверки изготовителем может быть определено фактическое состояние каждого из проводов обмотки и качество их соединений со схемой защиты, с распечаткой соответствующей таблицы, входящей в формуляр устройства, а также сделан обоснованный вывод о полной или ограниченной пригодности для эксплуатации данного изделия.

Между смежными секциями или слоями обмотки пропущены выводы или группы выводов модуля, причем участки выводов, огибаемые обмоткой, выполнены непрямолинейными, например, содержащими по меньшей мере один поворот в случае ленточного вывода или изгиб в случае проволочного вывода. Именно этим признаком определяется требуемый уровень защищенности со стороны выводов, которые также являются одним из внешних элементов конструкции модуля, а следовательно, и возможным путем проникновения внутрь при взломе, например, с помощью высверливания изнутри металла одного или нескольких выводов. Этот прием взлома оказывается неприемлемым, если достаточно тонкий вывод пропущен не через нейтральный материал, а непосредственно зажат между витками барьерной обмотки, заведомо чувствительными к механическому воздействию, по силе достаточному для удаления металла выводов, и в дополнение ко всему непрямолинеен. Химическое же удаление металла выводов исключено вообще, поскольку любой травитель для металла вместе с продуктами травления является электролитом, попадание которого внутрь модуля мгновенно выводит всю его схему из строя. Следовательно, удаление изнутри металла таких выводов (а изоляция их, в принципе, может быть весьма тонкой, или даже полностью отсутствовать по причине изолированности обмоточных проводов) без повреждения металла или изоляции проводов обмотки является технически неразрешимой задачей не только на современном уровне развития техники, но и в обозримой перспективе.

В имеющей важное практическое значение конкретной форме исполнения устройства с двухсекционной прямоугольной обмоткой, группы выводов модуля объединены в Г-образную в случае одностороннего расположения выводов или Т-образную в случае двухстороннего их расположения гибкую плату или гибкий участок гибко-жесткой платы модуля, изогнутые по отношению к поверхности расположения внутрисхемных элементов и функциональных межсоединений модуля. Этот признак характеризует наиболее рациональный для данного случая вариант конструктивно-технологической реализации выводов, полностью соответствующий всем вышеперечисленным требованиям в части защищенности от взлома.

Сущность изобретения поясняется чертежами, включающими десять фигур на четырех листах. Отдельные позиции на фигурах (в частности, гибкая печатная плата 34 во всех своих поперечных разрезах) изображены в увеличенном по отношению к прочим элементам масштабе с целью более наглядной иллюстрации. Линии-выноски пронумерованных позиций оканчиваются точками, если позиция соответствует отдельной в конструктивно-технологическом отношении детали, и стрелками, если позиция указывает на определенное место детали.

На фиг.1, 2 изображена упрощенная конструктивная схема, поясняющая общие принципы построения устройства защиты электронного модуля на примере исполнения с круглой четырехсекционной обмоткой, выполненной по месту: в осевом продольном разрезе - на фиг.1 и в разрезе с разверткой по обозначенной на фиг.1 своей образующей секущей цилиндрической поверхности - на фиг.2.

На фиг.3-5 изображен пример конкретной конструктивной реализации исполнения по фиг.1, 2: вид со стороны выводов с частичным поперечным разрезом по внешним элементам конструкции - на фиг.3, осевой продольный разрез - на фиг.4 и ступенчатый поперечный разрез по внутренним элементам конструкции, проходящий по обозначенным на фиг.4 секущим плоскостям - на фиг.3.

На фиг.6-8 приведен пример альтернативной формы конструктивного исполнения устройства защиты электронного модуля - с двухсекционной, выполненной по месту прямоугольной обмоткой, в одном из возможных вариантов реализации - с односторонним расположением выводов и Г-образной гибкой печатной платой и оформленного в виде устанавливаемого в штепсельный разъем картриджа: вид со стороны выводов с частичным поперечным разрезом по внутренним элементам конструкции - на фиг.6, осевой продольный разрез по плоскости, перпендикулярной плоскости платы модуля - на фиг.7 и продольный разрез по обозначенной на фиг.7 секущей плоскости, параллельной плоскости платы модуля и с частичным разрезом, демонстрирующим часть внутренних элементов конструкции - на фиг.8.

На фиг.9, 10 приведен другой пример из ряда возможных вариантов реализации устройства защиты электронного модуля аналогичной фигурам 6-8 формы конструктивного исполнения - с двухсторонним расположением выводов и Т-образной гибкой печатной платой, выполненной заранее обмоткой, составленной из двух прямоугольных бескаркасных катушек, и в виде плоского микроблока, поверхностно монтируемого на печатную плату следующего конструктивного уровня: аксонометрическое изображение общего вида с разрезом по ¹/₄ части - на фиг.9 и продольный разрез по обозначенной на фиг.9 секущей плоскости - на фиг.10.

Защищаемый электронный модуль (фиг.1) в первой форме конструктивного исполнения смонтирован на дисковой печатной или пленочной плате 1 с двухсторонним расположением внутрисхемных элементов и функциональных межсоединений, на которой расположена также схема защиты. Последняя имеет контактные группы 2 и 3 (в примерах по фиг.1-8 - на восемь контактов), подключенные изнутри к анизотропно электропроводной оболочке, ограничивающей со всех сторон внутренний объем модуля. Эта оболочка представляет собой многослойную обмотку с жестко зафиксированными витками, намотанную каким-либо способом оформленной группой из восьми изолированных проводов и состоящую из четырех секций - 4, 5, 6 и 7. Подключенные к контактной группе 2 секции 4 и 5 представляют собой безотрывно намотанную первую группу, в которой секция 4 имеет витки некруглой формы, лежащие в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа - ось вращения при намотке O₁, и непосредственно продолжающиеся витками секции 5 круглой формы, лежащими в плоскости, перпендикулярной как плоскости чертежа, так и плоскости расположения витков секции 4 - ось вращения при намотке О (общая ось аксиальной симметрии всего устройства). Секция 5 расположена таким образом, что она с перекрытием краев закрывает собой центральное отверстие в секции 4, причем витки разных секций в зоне перекрытия непосредственно соприкасаются между собой и так же жестко зафиксированы от взаимного перемещения, как и витки в пределах каждой из секций в отдельности. Поэтому проникновение во внутренний объем модуля через зону соприкосновения безотрывно намотанных секций 4 и 5, а также 6 и 7 для нарушителя не менее проблематично, чем сквозь витки каждой из секций в отдельности. Ряды обмотки каждой из секций 4-7 на фиг.1 обозначены жирными вертикальными линиями, причем электрические соединения (переходы группы проводов между рядами) в секциях 5 и 7, позволяющие показать полную электрическую схему обмотки, условно сосредоточены в правой части фигуры.

Первые из секций каждой безотрывно намотанной группы (4 и 6) заранее намотаны на каркасы в виде плоских прямоугольных пластин (на фиг.1 условно не показаны), а вторые (круглые) секции 5 и 7 намотаны по месту в имеющиеся кольцевые зазоры между деталями внешнего электромагнитного экрана 8 (на фиг.1 условно не выделены) и внутренними колпачками 9 и 10 с отверстиями в центре для витков секций 4 и 6. Состыкованные между собой колпачки 9 и 10 образуют замкнутый внутренний объем, в который помещена и где зафиксирована дисковая плата модуля 1. Внешние функциональные выводы модуля 11, припаянные к плате 1 (в виде отдельных отрезков изолированного провода), пропущены через специальные пазы в месте примыкания внутренних колпачков 9 и 10.

При изготовлении модуля в первую очередь была выполнена группа секций 4 и 5, причем секция 5 по завершении намотки в кольцевом зазоре между основанием электромагнитного экрана 8 и торцом колпачка 9 была продолжена на боковой цилиндрической поверхности этого колпачка так, что ее верхний (по фиг.1) край оказался выше уровня расположения платы 1. Окончание намотки секции 5 было произведено вблизи основания экрана 8, причем конец группы обмоточных проводов был пропущен в специальное отверстие в экране. В результате жесткой фиксации (в частности, с помощью пропитки низковязкой в исходном состоянии и низкоэластичной после отверждения полимерной композицией) витков секций 4 и 5 вместе с вмещающими их конструктивными элементами колпачок 9 оказался связанным в единое конструктивное целое жесткой обмоткой с основанием экрана 8. Затем во внутреннюю полость колпачка 9 была помещена плата 1, и это позволило присоединить к ее контактной группе 2 начало группы проводов от секции 4. Выводы 11 были уложены с соответствующими перегибами (фиг.2) на боковую поверхность секции 5 и выведены наружу через специальные отверстия или пазы в основании экрана 8.

Далее к контактной группе 3 было присоединено идущее от заранее намотанной секции 6 (аналогичной в конструктивном отношении секции 4, но с осью вращения при намотке O₂) начало группы проводов второй безотрывно намотанной группы секций 6 и 7, причем первая из них была помещена в центральное отверстие второго колпачка 10, замыкающего внутренний объем, после чего отходящей от конца секции 6 группой проводов была намотана завершающая барьерную обмотку внешняя круглая секция 7 (ось вращения при намотке - О). Вмещающими деталями этой секции послужили верхняя крышка электромагнитного экрана 8 и колпачок 9, причем по завершении ее намотки в соответствующем кольцевом зазоре она была продолжена на цилиндрической поверхности расположения выводов 11 поверх последних и после укладки нескольких рядов выведена концом своей группы проводов через специальный паз в нижней части экрана 8. Затем поверх секции 7 была намотана выполненная в виде электропроводного бандажа внутренняя часть электромагнитного экрана 12, в частности нитью из комплексного углеродного волокна, экран замкнут в сплошную оболочку не выделенной на фиг.1 кольцевой частью, и все остающиеся между деталями устройства и витками секций 6, 7 зазоры были заполнены тем же полимерным материалом, который был использован для жесткой фиксации витков секций 4, 5. Попадание этого материала во внутренний объем модуля между колпачками 9 и 10, где располагается плата 1, исключается тем, что при пропитке обмоток низковязкой диэлектрической композицией она под действием сил поверхностного натяжения проникает в капиллярные зазоры между проводами обмоток и вмещающими обмотки деталями, удерживаясь в них, в то время, как сообщающиеся с ними полости относительно крупных размеров остаются незаполненными.

Выведенные из модуля концы секций 5 и 7 соединены между собой через внешнее коммутирующее устройство 13, в качестве примера которого изображена пассивная микросхема - “набор перемычек”, установленная в контактирующее устройство с необходимым числом выводов. В соответствующих случаях на место этой микросхемы подключается разъем программно-управляемого коммутатора.

Вышеизложенные общие принципы построения и технологической реализации (в мере, необходимой для подтверждения возможности осуществления изобретения) барьерных обмоток являются инвариантными по отношению ко всем формам конкретного конструктивного исполнения устройства защиты электронного модуля, поэтому в дальнейшем описании будут охарактеризованы только изменения и уточнения, касающиеся отдельных деталей.

В частности, на практике (фиг.3-5) дисковую плату 1 целесообразно помещать в специальный носитель 14 в виде кольцевой металлической рамки с выполненными по торцу пазами 15 для прохождения проводов функциональных выводов 11 и фиксировать в носителе с помощью устанавливаемого изнутри разрезного кольца из пружинной проволоки 16. На краю платы имеется короткий радиальный паз 17 для вывода наружу с целью удобства монтажа к соответствующей контактной группе схемы защиты начала обмотки секции 4. В колпачках 9 и 10, штампованных из тонкого металлического листа, целесообразно выдавливать обращенные внутрь пукли 18, предназначенные для задания правильного углового положения расположенных внутри этих колпачков плоских фигурных каркасов 19 секций 4 и 6 барьерной обмотки.

Являющий собой одно целое в функциональном отношении электромагнитный экран на практике, из конструктивно-технологических соображений, целесообразно составлять из отдельных деталей в виде основания 20, крышки 21 и кольца 22, причем в ступенчатые резьбовые отверстия основания 20 предварительно установлены выходящие наружу в виде шпилек крепежные винты 23, служащие для надежного крепления весьма массивного устройства (с учетом того, что для повышения уровня защищенности детали электромагнитного экрана целесообразно изготавливать из закаленной стали или подобного ему по прочности материала) на отдельном металлическом шасси или достаточно толстой печатной плате следующего конструктивного уровня. В центральные отверстия основания 20 и крышки 21 установлены ступенчатые цилиндрические вкладыши 24, выполненные, например, из высокопрочной корундовой керамики, которые служат опорами для начальных витков обмоток круглых секций 5 и 7. Обращенным внутрь торцевым поверхностям основания 20 и крышки 21 целесообразно придавать форму конусов с достаточно большими (для уменьшения аксиального размера устройства) углами при вершинах, снижающих, по сравнению с плоскими торцами, растягивающие нагрузки на провод при намотке секций с высоким отношением наружного и внутреннего диаметров. Из тех же соображений, вращающий момент при намотке этих секций целесообразно прикладывать со стороны конусов, для чего на обращенных наружу плоских поверхностях основания 20 и крышки 21 выполнены глухие технологические пазы 25 для поводков намоточного станка.

Выходящие наружу окончания функциональных выводов 11 пропущены, с надеванием отрезков электроизоляционных трубок, через сквозные радиальные пазы 26 в основании 20, а конец обмотки секции 5 - через специальное отверстие 27. Конец обмотки секции 7 пропущен через предназначенный для него более короткий сквозной радиальный паз 28 в основании 20.

Кольцо 22 электромагнитного экрана, по окончании намотки электропроводного бандажа 12 поверх секции 7, надето со стороны крышки 21 и зафиксировано по отношению к прочим деталям установкой в специальную внутреннюю канавку разрезного пружинного кольца 29 (разрез кольца должен располагаться на уровне выхода концов обмотки). Надежность электрического контакта между отдельными деталями экрана обеспечивается нанесением снаружи в зону стыка электропроводного компаунда 30.

Цементирующий все секции обмотки вместе с бандажом и связывающий их с вмещающими деталями электроизоляционный компаунд 31 (низковязкая диэлектрическая композиция без растворителя, например, на олигоэфиракрилатной основе) залит во внутренний объем через сквозные радиальные пазы в основании 20, причем его избыток поверх разрезного кольца 29 специально оставлен в объединяющей все пазы полости, через которую производится заливка, для получения неразборной конструкции, влагозащиты и надежной фиксации всех функциональных и обмоточных выводов.

В данном примере конструктивного исполнения не предусмотрено специальное оформление подготовленных к монтажу концов обмоточных выводов, выпущенных наружу из отверстия 27 и паза 28. Предполагается, что они, по окончании изготовления устройства, распаиваются с избытком длины на технологическую печатную плату-спутник, на которой производятся приемо-сдаточные испытания, упаковка и поставка заказчику. После снятия устройства со спутника и его установки с помощью крепежных винтов 23 на постоянное место эти выводы уже без избытка длины припаиваются к плате следующего конструктивного уровня, на которой установлено внешнее коммутирующее устройство. Тем самым достигается неразрывная привязка устройства защиты электронного модуля к месту его установки при эксплуатации, что, в принципе, может рассматриваться как дополнительная (внешняя по отношению к модулю) степень защиты.

Описанное исполнение устройства с круглой четырехсекционной обмоткой, выполненной по месту, характеризуется тем, что, при относительно большом числе деталей и технологических переходов при изготовлении, оно достаточно просто и с невысокими затратами на подготовку производства реализуется для малых объемов выпуска, обеспечивая при этом убедительное достижение указанного технического результата. Его достоинствами являются высокая механическая прочность и максимальный уровень защищенности. Однако оно не лишено и серьезных недостатков: во-первых, ему присуща плохая серийнопригодность и, во-вторых, невозможно получение хороших массогабаритных показателей, поскольку, с одной стороны, по аксиальному размеру требуется разместить четыре секции обмотки, перекрывающиеся между собой, и, с другой стороны, круглая (дисковая) плата модуля не обеспечивает эффективного использования площади.

От указанных недостатков свободна альтернативная форма конструктивного исполнения устройства, а именно, с двухсекционной прямоугольной обмоткой. Эта форма может быть реализована в двух вариантах: как и в предыдущем случае, с выполненной по месту барьерной обмоткой (гарантированно высокий уровень защищенности вследствие отсутствия зазоров между секциями обмотки, последовательно намотанными одна поверх другой вокруг платы модуля), а также с обмоткой, составленной из двух заранее изготовленных и вложенных одна в другую секций. Последнее является оптимальным для условий крупносерийного производства, поскольку дает возможность получения секций как комплектующих изделий по кооперации со специализированным предприятием. Теоретически, во втором варианте между секциями обмотки должен быть предусмотрен определенный зазор, что ставит под сомнение полноту достижения указанного технического результата. Однако, если принимать во внимание не абстрактно-гипотетические, а реально прогнозируемые технические средства и приемы, которые могут быть использованы для осуществления взлома, то описываемые ниже специальные конструктивно-технологические моменты, лежащие в основе этого варианта, будучи учтенными при его анализе, дают достаточные основания для положительного заключения о возможности его использования в наиболее массовых областях применения.

Независимо от принятого варианта, данная форма конструктивного исполнения устройства защиты электронного модуля предоставляет наиболее широкий выбор как его внешнего оформления и связанного с ним способа установки на плату следующего конструктивного уровня, так и варианта соединения с необходимым для тестирования защитных функций внешним коммутирующим устройством, включая подвариант, когда оно, как таковое, в явном виде отсутствует. Поэтому в двух приведенных ниже примерах представлены полярные во многих отношениях конструкции с учетом того, что возможность комбинирования заложенных в них новых технических решений как между собой, так и с известными, позволяет составить полное представление о потенциальных технических возможностях данной формы конструктивного исполнения предмета изобретения.

Плата электронного модуля 1 прямоугольной конфигурации в первом примере (фиг.6-8) помещена внутрь плоской гильзы 32, вокруг которой заранее намотана и пропитана внутренняя секция 5 барьерной обмотки. Зазоры между стенками гильзы 32 и монтажными поверхностями платы 1, определяющиеся максимальной высотой расположенных с каждой из ее сторон внутрисхемных элементов модуля, заданы, например, стойками 33, установленными на плате и плотно прилегающими к стенкам гильзы. Контактные площадки функциональных выводов модуля сосредоточены вдоль одного из краев платы 1, находящихся у отверстия гильзы 32. К ним припаян внутренний параллельный ряд проводников гибкой Г-образной печатной платы 34, выполненной, например, из фольгированного полиимида. Вдоль противоположного края платы 1 расположены в ряд одна за другой контактные группы 2 и 3 схемы защиты.

Снаружи к секции 5, в поперечном по отношению к обмотке направлении и по узким ее сторонам, присоединены многофункциональные колодки 35 и 36, присоединительные размеры которых заданы несколько меньшими размеров секции 5 с целью получения достаточной величины перекрытия секций барьерной обмотки. Конец обмотки секции 5 пропущен через специальное отверстие 37 в колодке 36. Начало обмотки этой секции припаяно к контактной группе 2 схемы защиты. Эта операция была произведена до отгибания гибкой платы 34, при выдвинутом из гильзы 32 крае платы 1 с контактными группами 2 и 3. Тогда же было припаяно начало обмотки секции 7 к контактной группе 3. После возврата на место платы 1 в гильзе 32, гибкая плата 34 была дважды изогнута под прямым углом так, что углы поворота ее проводников оказались лежащими на широкой стороне секции 5, а противоположный внутренним функциональным выводам край попал в специальное углубление колодки 35. Затем это состояние гибкой платы 34 было зафиксировано наложением поверх нее ленточного бандажа 38 из тонкой и достаточно эластичной полимерной пленки, охватывающего своей шириной секцию 5 вместе с присоединительными частями колодок 35 и 36, образуя тем самым замкнутую со всех сторон капсулу, внутри которой заключена плата 1 модуля. Начало обмотки внешней секции 7, заранее присоединенное к плате 1, в процессе наложения бандажа 38 было отведено к краю колодки 35. По завершении вышеуказанных действий полученная структура оказалась полностью подготовленной к намотке по месту секции 7 барьерной обмотки с осью вращения при намотке, проходящей через центры колодок 35 и 36. Конец обмотки внешней секции 7 пропущен через другое отверстие или паз в колодке 36. Поверх обмотки уложен электропроводный бандаж 12, например, из углеродной тканой ленты, по ширине такой же, как лента бандажа 38.

Колодка 35, служащая для внешнего оформления функциональных выводов, в частности, может одновременно являться основанием штепсельного разъема, предназначенного для соединения электронного модуля со следующим конструктивным уровнем аппаратуры. Для этого она должна иметь специальные отверстия, в которые вложены пружинные гнезда 39, закрытые снаружи крышкой с отверстиями 40. Гибкая печатная плата 34 проектируется таким образом, чтобы шаг расположения ее проводников, соответствующих функциональным выводам модуля, на краю платы, лежащем в углублении колодки 35, был бы приведен в соответствие с шагом расположения контактов разъема. В этом случае получается наиболее простое и одновременно надежное непосредственное присоединение проводников гибкой печатной платы к контактам разъема, например, с помощью пайки, как показано на фигурах, или путем обжимки. На практике в ряде случаев целесообразно дальнейшее расширение функций колодки 35: в ней может быть предусмотрено специальное гнездо для помещения туда резервного электрохимического источника питания модуля (или пары источников, что позволяет их последовательно заменять без снятия напряжения), соединение которого (которых) с модулем также должно осуществляться через проводники гибкой печатной платы 34.

Колодка 36, служащая для внешнего оформления обмоточных выводов, также может быть использована как основание штепсельного разъема, соединяющего их с внешним коммутирующим устройством. В наиболее простом варианте, для этого используется вспомогательная жесткая двухсторонняя печатная плата 41, к расположенным на противоположных сторонах проводникам которой припаиваются выведенные из колодки 36 концы секций 5 и 7 барьерной обмотки. По окончании припайки плата 41 вводится в специальные пазы углубления в колодке 36 и фиксируется в ней электроизоляционным компаундом, в объеме которого оказываются как концы обмотки, так и паяные соединения. Контактами разъема являются выходящие за пределы колодки 36 части печатных проводников платы 41. Контакты 42 внешнего коммутирующего устройства представляют собой пружинные скобки, вложенные в объединяющую их колодку 43 и зафиксированные от выпадения крышкой 44. Такое коммутирующее устройство, будучи установленным на край платы 41, обеспечивает прочные и надежные соединения расположенных один на уровне другого с противоположных сторон платы 41 печатных проводников, к которым подведены концы обмоток секций 5 и 7. От случайного снятия этой колодки предохраняет самоклеящаяся лента 45, одновременно лежащая по всему периметру выступающего края колодки 36 и соответствующего ему по размеру края колодки 43. Тестирование защитных функций осуществляется через технологическую колодку, аналогичную по размерам колодке 43, но с удвоенным числом контактов, от каждого из расположенных один на уровне другого печатных проводников платы 41 в отдельности.

Электромагнитный экран 8 выполнен в виде штампованного (вытянутого) металлического стакана прямоугольной формы, внутрь которого плотно (для обеспечения электрического контакта с электропроводным бандажом 12) вставлено ранее изготовленное изделие. Края стакана оформлены уголками, в отверстиях которых развальцованы втулки 46 под невыпадающие винты, предназначенные для крепления к колодке разъема следующего конструктивного уровня аппаратуры. В дне стакана имеется прямоугольное отверстие, предназначенное для выхода наружу внешней части колодки 36. В стенках стакана вытянуты технологические ребра 47, внутренние полости которых служат для подачи компаунда 31, заливаемого через края стакана, к расположенным ближе к дну частям обмотки внешней секции 7 (внутренняя секция 5 была пропитана заранее). Дальнейшее распределение компаунда 31 в процессе пропитки осуществляется за счет фитильного действия электропроводного бандажа 12, чему способствует его выполнение из комплексного углеродного волокна, а также по капиллярным зазорам между обмоточными проводами. Избыток компаунда 31, либо специально приготовленный и дополнительно залитый компаунд с минеральным наполнителем, оставлен у краев стакана, с целью надежной механической фиксации колодки 35 с крышкой 40, к которым прикладываются значительные усилия при установке и снятии изделия в аппаратуре. Такое конструктивное исполнение устройства защиты электронного модуля может быть охарактеризовано как автономный в конструктивном отношении картридж, пригодный как для постоянной установки внутри аппаратуры, так и для отдельного хранения с периодическим подключением через предназначенный для него внешний порт.

Другой вариант конструктивного исполнения устройства защиты электронного модуля с двухсекционной прямоугольной обмоткой (фиг.9, 10) отличается тем, что обе секции барьерной обмотки - как внутренняя 5, так и внешняя 7 - были намотаны, например, в четыре провода и пропитаны заранее в виде двух бескаркасных прямоугольных в плане катушек. Эти катушки также могут быть намотаны проводами с дополнительным клеящим слоем, нанесенным поверх основной изоляции, либо рассмотренным выше “обращенным литцендратом”, центральная нить которого выполнена из термоусадочного легкоплавкого полимера. В последних случаях вместо пропитки обмоток применяется термообработка на специальных оправках.

Размеры внутреннего окна внешней секции 7 выбраны превышающими внешние размеры внутренней секции 5 на величину, достаточную для свободного введения секции 5, вместе с заранее помещенной туда платой модуля 1 и изогнутой в двух плоскостях присоединенной к ней гибкой печатной платой 34, внутрь секции 7. Начало обмотки секции 5 было присоединено к контактной группе 2 схемы защиты заранее, а начало обмотки секции 7 присоединено (с необходимым запасом длины) к контактной группе 3 схемы защиты при частично введенном (справа на фиг.10) положении секции 5, при котором контактная группа 2 уже оказалась под обмоткой секции 7, а контактная группа 3 еще располагалась снаружи (для наглядности на фиг.10 полимерные компаунды не показаны). Для упрощения монтажных операций контакты групп 2 и 3 выведены на торец соответствующего края платы модуля 1. По окончании введения секции 5 на центральное место в секции 7 запас длины начала обмотки секции 7 был заправлен под секцию 5 в зазор, свободный от гибкой печатной платы 34, как это изображено на фиг.10 пунктирной линией. Затем с обеих сторон внутреннего окна секции 7 были плотно вставлены металлические скобки 48 П-образного, за исключением углов, поперечного сечения, фиксирующие центральное положение внутри нее секции 5.

В данном примере конструктивного исполнения гибкая печатная плата 34 показана Т-образной, что, очевидно, позволяет расположить функциональные выводы модуля по двум его сторонам. Однако представляет интерес продемонстрировать иную функциональную возможность, а именно реализацию внешнего коммутирующего устройства, при которой оно, как таковое, отсутствует, но все присущие ему функции выполняются. Для этого на выступающем наружу краю гибкой печатной платы 34, противоположном функциональным выводам, выполнены не связанные с остальной схемой петлеобразные (попарно объединенные между собой) обмоточные выводы 49, пропущенные внутрь модуля со стороны секции 7, к которой подходят концы обмоток обеих секций. Они припаяны, после установки скобок 48, к внутренним контактным площадкам петлеобразных проводников обмоточных выводов 49. Тем самым обеспечено, с одной стороны, соединение секций 5 и 7 в единую барьерную обмотку, и, с другой стороны, возможность доступа извне к этому соединению для проведения необходимых тестов через внешнее коммутационное устройство, каковым, в данном случае, является совокупность петлеобразных выводов 49. В изображенном на фиг.10 виде (в состоянии поставки) оно допускает частичное (на замыкания) тестирование защитных функций, при помощи одновременных касаний электропроводным предметом двух и более петлеобразных проводников. Для полного тестирования, предполагающего перебор всех возможных вариантов как замыканий, так и разрывов проводников секций барьерной обмотки, выводы 49 должны быть укорочены на ширину попарно объединяющих их перемычек и соединены через печатную плату следующего конструктивного уровня. При отсутствии необходимости полного тестирования припайка куда-либо в аппаратуре выводов 49 не требуется. В этом случае, во избежание срабатываний схемы защиты от случайных прикосновений к выводам 49, они должны быть заизолированы.

Наличие не заполненного барьерной обмоткой зазора внутри секции 7, сообщающегося с объемом внутри секции 5, где расположена плата 1 электронного модуля, предполагает принятие специальных конструктивно-технологических мер по повышению уровня его защищенности. Первой из этих мер является существенное увеличение длины секции 7 по сравнению с шириной секции 5, что резко сужает доступ при проникновении в этот зазор, ограничивая его только двумя краями платы 1, на одном из которых расположены функциональные выводы, итак выходящие наружу, а на другом - контактные группы схемы защиты, сигналы на которых не имеют отношения к функциональной принадлежности модуля. Внутрисхемные элементы, логическое состояние которых представляет интерес для нарушителя, должны располагаться в центральной области платы 1. Определенное увеличение габаритов устройства в плане серьезным недостатком не является, поскольку критичным размером в большинстве случаев является высота. Второй мерой является повышение эффективности защиты в этом критичном месте со стороны емкостного электронного реле, что достигается обеспечением надежного электрического контакта между скобками 48 и внутренней частью электромагнитного экрана 12. Тогда гибкий электропроводный зонд, который может быть введен нарушителем около этих скобок в непосредственной близости от обмотки, резко увеличит ее емкость на экран, что приведет к срабатыванию схемы защиты. И, наконец, главной мерой является заполнение (например, замазка при помощи шпателя) обоих открытых концов секции 7, поверх скобок 48, специальной тиксотропной термоотверждаемой диэлектрической композицией 50, содержащей в качестве наполнителя относительно крупнодисперсные (со средним размером, превышающим ширину защищаемого зазора) зерна высокопрочного абразивного материала, например, корунда, карбида или нитрида бора и т.п.(см. фиг.9, на фиг.10 она для показа прочих элементов конструкции не изображена). Композиция 50, соприкасаясь одновременно с обмоткой секции 7 и планками 48, а также проникая при нанесении через углы последних в защищаемый от проникновения при взломе зазор между секциями 5 и 7, благодаря наличию в ее полимерном связующем крупных зерен с острыми краями из высокопрочного абразивного материала, извлечение которых оттуда без повреждения проводов обмоток невозможно, повышает в необходимой степени уровень защищенности устройства. Данная мера попутно позволяет полностью исключить возможность неконтролируемого попадания внутрь модуля при финишной заливке низковязкого компаунда 31, который может повредить монтаж внутрисхемных элементов модуля из-за механических напряжений при полимеризации, вследствие того, что композиция 50, закрывая собой с двух сторон полость внутри секции 7, превращает последнюю в непроницаемую для жидкости капсулу, заливка которой компаундом 31 может производиться в любом положении по отношению к вертикали и с совместным отверждением материалов 31 и 50 в одну ступень термообработки (благодаря тиксотропии композиции 50).

Будучи элементом, предназначенным для поверхностного монтажа на печатную плату следующего конструктивного уровня, описываемое устройство содержит, подобно приведенному на фиг.3-5, составной электромагнитный экран, состоящий из штампованных основания 20 и крышки 21 в виде колпачка, причем боковая часть экрана представлена бортами последнего. Внутренняя часть 12 электромагнитного экрана представляет собой отрезок ленты из углеродной ткани, которой было обернуто изделие перед плотной установкой в колпачок 21. Надежный контакт экрана с планками 48 обеспечивается тем, что края этих планок выполнены выступающими и вдавливающимися, в процессе установки, в углеродную ткань 12, прижимаемую тем самым своей другой стороной к колпачку 21. Низковязкий пропиточный компаунд 31 залит в свободный объем внутренней полости колпачка, после чего сверху колпачок был закрыт основанием 20. Изоляция от экрана функциональных и обмоточных выводов, являющихся непосредственными продолжениями печатных проводников гибкой платы 34, обеспечивается предварительно наложенными на колпачок 21 полосками электроизоляционной ленты 51. Для объединения основания 20 и колпачка 21 в механически прочную и неразборную конструкцию служат выступающие из колпачка лепестки 52, отгибаемые под прямым углом в сторону основания после осуществления финишной заливки. Крепление всего устройства к печатной плате следующего конструктивного уровня осуществляется выступающими из основания лепестками 53, в краях которых имеются пазы для крепежных винтов.

Устройство защиты электронного модуля работает следующим образом.

Поскольку присоединение проводов секций 4, 6 барьерной обмотки к контактных группам 2, 3 схемы защиты осуществлялось в произвольном порядке, и, кроме того, концы секций 5, 7 были в произвольном порядке соединены между собой через внешнее коммутирующее устройство 13, контактные группы 2, 3 в результате оказались попарно соединенными между собой одним из N! практически равновероятных вариантов, где N - число проводов обмотки и соответственно контактов в группах. В частности, для четырех проводов и контактов каждой из групп число вариантов попарного соединения составляет 24, а для восьми - 40.320 (без учета возможности разрывов и замыканий между собой нескольких обмоточных проводов в процессе изготовления устройства, что при достаточном их общем числе может допускаться, с переводом устройства в разряд “условно годных”). Фактически реализовавшийся вариант, характеристикой которого является таблица попарных соединений проводами обмотки контактов обеих групп между собой, определяется и запоминается схемой защиты в режиме активирования.

Повреждение барьерной обмотки при взломе либо попытка нарушителя внешнего подключения к обмотке в обход места проникновения, благодаря жесткой взаимной фиксации проводов обмотки, плотной укладке и достаточно малому их диаметру, а также достаточному числу слоев, неизбежно сопровождается разрывами и/или короткими замыканиями одного или нескольких проводов, в результате чего определенная в режиме активирования таблица соединений по меньшей мере в одном двоичном разряде изменяется. Следовательно, очередное определение внешней (соединенной с обмоткой) частью схемы защиты текущего состояния этих соединений в режиме функционирования даст отличный от определенного в режиме активирования результат, вследствие чего внутренняя (соединенная с внутрисхемными элементами) часть схемы защиты не получит команду на отмену защитного действия, которое в противном случае совершается автоматически. Это же произойдет, если нарушитель выведет из строя доступную ему через обмоточные выводы внешнюю часть схемы защиты, например, импульсом напряжения (естественно, что внешняя и внутренняя части схемы защиты должны быть в максимальной степени развязанными). Таков принцип действия основной степени защиты, обеспечиваемой устройством - защиты, в первую очередь, от микроповреждений. Эта степень защиты присуща всем без исключения формам конструктивного исполнения предмета изобретения.

С другой стороны, не исключено, что нарушитель выберет иной прием, а именно, будет пытаться, действуя в большем, чем в предыдущем случае, объеме пространства, не повреждая проводов и воспользовавшись недостаточной механической прочностью связывающего их материала, размотать виток за витком по меньшей мере внешнюю секцию 7 барьерной обмотки. Но для этого ему потребуется тем или иным способом удалить достаточно большую поверхность прилегающего к обмотке слоя 12 электромагнитного экрана 8, существенно изменив тем самым емкость между экраном и обмоткой. Выход значения этой емкости за заранее установленные пределы приведет к тому, что емкостное электронное реле со своей стороны не выдаст команду внутренней части схемы защиты на отмену защитного действия. В этом состоит принцип действия второй степени защиты устройства - защиты, в первую очередь, от макроповреждений.

Совместная и независимая работа в режиме функционирования обеих степеней защиты, ненулевое логическое произведение сигналов которых является командой на отмену защитного действия, совершаемого схемой защиты автоматически, с использованием охарактеризованных в зависимых пунктах патентной формулы частных технических решений, направленных на повышение эффективности как первой, так и второй, обеспечивает достижение указанного технического результата с полнотой, достаточной для любой из возможных областей применения.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР N 215762, опубликовано 03.04.1968.

2. Авторское свидетельство СССР N 297978, опубликовано 11.03.1971.

Изобретение относится к корпусам электронных приборов, защищенным от несанкционированного доступа. Сущность: устройство, внешне оформленное как корпус модуля, предназначено для защиты от доступа к его внутрисхемным элементам, без изменения логического состояния последних, посредством взлома с применением любых технически возможных средств и приемов внешних элементов конструкции модуля, в т.ч. его выводов. Он содержит по меньшей мере одну анизотропно электропроводную оболочку, ограничивающую со всех сторон внутренний объем модуля, в котором расположена печатная или пленочная плата с внутрисхемными элементами и функциональными межсоединениями модуля, а также со схемой защиты или отдельная схема защиты, подключенная изнутри к оболочке и реагирующая на изменения электрических параметров оболочки при нарушении, в результате взлома, целостности последней. Новым является то, что оболочка представляет собой огибающую выводы по меньшей мере двухслойную обмотку с жестко зафиксированными витками, намотанную по меньшей мере в два параллельно уложенных, перевитых или переплетенных между собой изолированных провода, в произвольном порядке подключенных в начале и конце обмотки к двум контактным группам схемы защиты, которая выполнена двухрежимной: в режиме активирования однократно определяющей и запоминающей таблицу попарных соединений проводами обмотки контактов обеих групп между собой, а в режиме функционирования с заданной периодичностью, определяющей текущее состояние этих соединений и сохраняющей неизмененным логическое состояние внутрисхемных элементов модуля только при получении результата, совпадающего с определенным в режиме активирования. Достигаемый технический результат состоит в приближении к теоретическому пределу уровня защищенности со стороны внешнего конструктивного оформления модуля. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство защиты электронного модуля, защищающее от доступа к его внутрисхемным элементам, без изменения логического состояния последних, посредством взлома с применением любых технически возможных средств и приемов внешних элементов конструкции модуля, в т.ч. его выводов, содержащее по меньшей мере одну анизотропно электропроводную оболочку, ограничивающую со всех сторон внутренний объем модуля, в котором расположена печатная или пленочная плата с внутрисхемными элементами и функциональными межсоединениями модуля, а также со схемой защиты, или отдельная схема защиты, подключенная изнутри к оболочке и реагирующая на изменения электрических параметров оболочки при нарушении, в результате взлома, целостности последней, отличающееся тем, что оболочка представляет собой огибающую выводы по меньшей мере двухслойную обмотку с жестко зафиксированными витками, намотанную по меньшей мере в два параллельно уложенных, перевитых или переплетенных между собой изолированных провода, в произвольном порядке подключенных в начале и конце обмотки к двум контактным группам схемы защиты, которая выполнена двухрежимной: в режиме активирования однократно определяющей и запоминающей таблицу попарных соединений проводами обмотки контактов обеих групп между собой, а в режиме функционирования с заданной периодичностью определяющей текущее состояние этих соединений и сохраняющей неизменным логическое состояние внутрисхемных элементов модуля только при получении результата, совпадающего с определенным в режиме активирования.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что схема защиты содержит генератор порядка циклического опроса контактов групп при очередном определении текущего состояния их соединений в режиме функционирования.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что обмотка дополнительно заключена в замкнутый электромагнитный экран, отделенный от нее слоем диэлектрика случайным образом изменяющейся толщины, а схема защиты содержит емкостное электронное реле, в режиме активирования однократно определяющее и запоминающее значение емкости между обмоткой и экраном, а в режиме функционирования с заданной периодичностью определяющее текущее значение этой емкости и сохраняющее неизменным логическое состояние внутрисхемных элементов модуля только при получении результата, укладывающегося в заранее установленные пределы по отношению к значению, определенному в режиме активирования.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что электромагнитный экран по меньшей мере в части своей внутренней поверхности снабжен прилегающим к обмотке дополнительным электропроводным слоем, например, выполненным в виде бандажа, намотанного мягким неизолированным проводником, приобретающим твердость и ломкость в результате технологического воздействия, в частности, комплексным углеродным волокном, пропитанным низковязкой в исходном состоянии и низкоэластичной после полимеризации диэлектрической композицией.5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что обмотка содержит по меньшей мере две секции, витки которых расположены в разных плоскостях, с перекрытием краев ограничивая внутренний объем, причем начала секций или безотрывно намотанных групп секций расположены под обмоткой, а концы над обмоткой и в произвольном порядке соединены между собой, образуя составленную по меньшей мере из четырех отрезков изолированного провода единую обмотку, как начало, так и конец которой расположены внутри охватываемого ею объема.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что изолированные провода обмотки предварительно обвиты или оплетены вокруг нити или жилы с заданными технологическими свойствами, например, заданной усадкой по длине при нагреве и/или обладающей достаточной гибкостью и прочностью для выполнения обмотки, но теряющей по меньшей мере одно из этих качеств в результате технологического воздействия.7. Устройство по пп.5 и 6, отличающееся тем, что расположенные над обмоткой концы секций или безотрывно намотанных групп секций выведены из модуля и в произвольном порядке соединены между собой через внешнее коммутирующее устройство.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что внешнее коммутирующее устройство выполнено управляемым, осуществляющим проверку функционирования схемы защиты путем моделирования нарушения целостности обмотки серией возможных вариантов изменений состояния соединений ее проводов по отношению к состоянию, соответствующему режиму активирования.9. Устройство по пп.1-8, отличающееся тем, что между смежными секциями или слоями обмотки пропущены выводы или группы выводов модуля, причем участки выводов, огибаемые обмоткой, выполнены непрямолинейными, например, содержащими по меньшей мере один поворот в случае ленточного вывода или изгиб в случае проволочного вывода.10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что группы выводов модуля объединены в Г-образную в случае одностороннего расположения выводов или Т-образную в случае двухстороннего их расположения гибкую плату или гибкий участок гибко-жесткой платы модуля, изогнутые по отношению к поверхности расположения внутрисхемных элементов и функциональных межсоединений модуля.