Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании модулей приемников сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС).
Модули приемников сигналов СРНС служат для обработки поступающих с приемной антенны сигналов СРНС (например, сигналов СРНС ГЛОНАСС и GPS) в целях получения навигационной информации и/или информации о точном времени. В большинстве случаев эта обработка состоит из аналоговой обработки и цифровой обработки. Аналоговая обработка включает в себя фильтрацию принимаемых сигналов СРНС от помех, преобразование их по частоте с понижением частоты и аналого-цифровое преобразование, а цифровая обработка включает в себя обработку в цифровом корреляторе, обработку в цифровом процессоре и обработку в преобразователе интерфейса. Все указанные этапы обработки сигналов СРНС осуществляются с помощью соответствующих аналоговых и цифровых функциональных узлов, которые размещаются на одной или нескольких печатных платах, как правило многослойных.
В случае размещения аналоговых и цифровых функциональных узлов на одной печатной плате возникает проблема обеспечения их электромагнитной совместимости, т.е. проблема устранения паразитных наводок и наведенных помех и исключения взаимного влияния разнородных функциональных узлов друг на друга.
Известны одноплатные конструкции приемников сигналов СРНС, в которых проблема обеспечения электромагнитной совместимости разнородных функциональных узлов, осуществляющих аналоговую и цифровую обработку сигналов СРНС, решается путем их группировки по соответствующим функциональным зонам, экранируемым с помощью конструктивных средств многослойной печатной платы.
Например, в известных одноплатных конструкциях приемников сигналов СРНС, описанных в [1] - RU №2125775 (С1), Н 05 К 1/00, 3/46, 27.01.1999, [2] - RU №2172080 (С1), Н 05 К 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 10.08.2001, [3] - RU №2188522 (С1), Н 05 К 1/14, Н 01 Р 11/00, 27.08.2002, [4] - RU №2192108 (С1), Н 05 К 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, 27.10.2002, [5] - RU №2194375 (С1), Н 05 К 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, 10.12.2002, [6] - RU №2199839 (С1), Н 05 К 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, 27.02.2003, внутриплатная экранировка зон аналоговой и цифровой обработки сигналов осуществляется с помощью плоскостных экранов - земляных плоскостей, выполненных во внутренних проводящих слоях многослойной печатной платы и служащих проводниками питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов соответствующих зон. Внутриплатная экранировка с помощью таких земляных плоскостей позволяет уменьшить влияние паразитных наводок и наведенных помех, создаваемых элементами, принадлежащими разным функциональным зонам и передаваемых, в основном, по цепям питания. Наибольший эффект такая внутриплатная экранировка дает в случаях, когда зоны аналоговой и цифровой обработки сигналов располагаются на многослойной печатной плате последовательно друг за другом (в соответствии с последовательностью обработки сигналов) и максимально разнесены друг от друга.
В ряде случаев для повышения экранирующего эффекта плоскостная экранировка, осуществляемая с помощью земляных плоскостей, служащих проводниками питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов соответствующих зон, дополняется барьерной экранировкой, например как в известной одноплатной конструкции модуля приемника сигналов СРНС, описанной в [7] - RU №2173036 (С1), Н 05 К 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 27.08.2001, принятой в качестве прототипа.
Модуль приемника сигналов СРНС, принятый в качестве прототипа, содержит многослойную печатную плату с N проводящими слоями, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов СРНС, высокочастотный соединитель, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате сигналов СРНС от внешнего антенного устройства, и низкочастотный соединитель, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате управляющих сигналов от внешнего управляющего устройства и напряжения питания от внешнего источника питания и отвода от нее обработанных сигналов, несущих навигационную информацию и/или информацию о точном времени. При этом печатные проводники и электрорадиоэлементы сгруппированы по экранируемым с помощью плоскостных и барьерных экранов зонам аналоговой и цифровой обработки сигналов.
Зона аналоговой обработки сигналов в модуле-прототипе состоит из двух участков - участка частотного преобразования сигналов и участка аналого-цифрового преобразования. Зона цифровой обработки сигналов состоит из трех участков - участка цифровой корреляционной обработки сигналов, участка обработки сигналов в цифровом процессоре и участка интерфейсного преобразования. Указанные зоны и участки расположены последовательно вдоль длинной стороны многослойной печатной платы в соответствии с последовательностью обработки сигналов. При этом высокочастотный и низкочастотный соединители располагаются на противоположных концах многослойной печатной платы на максимальном удалении друг от друга; электрорадиоэлементы каждой из зон аналоговой и цифровой обработки сигналов располагаются по обеим сторонам многослойной печатной платы; граница, разделяющая зоны аналоговой и цифровой обработки сигналов, лежит в плоскости поперечного сечения многослойной печатной платы; электрические соединения между зонами осуществляются по проводящим слоям с помощью соединительных печатных проводников, пересекающих указанную границу, а электрические соединения между проводящими слоями осуществляются в пределах зон с помощью сквозных переходных отверстий (металлизированных отверстий межслойных соединений).
Плоскостные экраны зон аналоговой и цифровой обработки сигналов в модуле-прототипе образованы земляными плоскостями, служащими проводниками питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов соответствующих зон. Земляные плоскости расположены в одном из внутренних проводящих слоев многослойной печатной платы и соединены между собой соответствующими земляными перемычками. При этом плоскостной экран зоны аналоговой обработки сигналов состоит из двух соединенных между собой земляными перемычками земляных плоскостей - земляной плоскости участка частотного преобразования сигналов и земляной плоскости участка аналого-цифрового преобразования, а плоскостной экран зоны цифровой обработки сигналов образован общей для всех участков данной зоны земляной плоскостью.
Барьерный экран зоны аналоговой обработки сигналов в модуле-прототипе образован системой экранирующих печатных проводников, расположенных по периметру участка частотного преобразования сигналов, а барьерный экран зоны цифровой обработки сигналов образован системой экранирующих печатных проводников, расположенных по границе с зоной аналоговой обработки сигналов. В каждом из этих барьерных экранов экранирующие печатные проводники расположены друг под другом в проводящих слоях многослойной печатной платы, свободных от размещения земляных плоскостей, соединены между собой и с соответствующей земляной плоскостью сквозными переходными отверстиями и имеют разрывы для прохождения через барьерные экраны соединительных печатных проводников.
Разводка питания в модуле-прототипе реализована следующим образом. Напряжение питания от внешнего источника питания поступает на выводы "Питание" и "Земля" низкочастотного соединителя. С вывода "Земля" низкочастотного соединителя напряжение питания потенциала "Земля" поступает на электрически соединенную с ним земляную плоскость зоны цифровой обработки сигналов, а с нее - на соединенные земляными перемычками земляные плоскости участков аналого-цифрового и частотного преобразования сигналов зоны аналоговой обработки сигналов. С вывода "Питание" низкочастотного соединителя напряжение питания потенциала "Питание" поступает вначале на электрически соединенный с ним входной вывод входного фильтра питания, затем с его выходного вывода поступает на плоскость цифрового питания, а с нее последовательно через второй и третий фильтры питания - на проводники питания участков аналого-цифрового и частотного преобразования сигналов.
Обрабатываемые сигналы СРНС в модуле-прототипе проходят путь в направлении, противоположном направлению разводки питания, а именно, путь от высокочастотного соединителя через участки частотного и аналого-цифрового преобразования сигналов в зону цифровой обработки сигналов, а с нее - к низкочастотному соединителю. В процессе своей обработки сигналы СРНС усиливаются, фильтруются от помех, преобразуются по частоте с понижением частоты, подвергаются аналого-цифровому преобразованию, обрабатываются в цифровом корреляторе и цифровом процессоре, преобразуются в преобразователе интерфейса. При этом за счет указанных конструктивных мер (внутриплатная экранировка зон с помощью плоскостных и барьерных экранов, последовательное расположение зон вдоль длинной стороны многослойной печатной платы, пространственное разнесение высокочастотного и низкочастотного соединителей, применение фильтров в цепи питания) в модуле-прототипе удается уменьшить до приемлемого уровня взаимное влияние разнородных функциональных узлов, осуществляющих аналоговую и цифровую обработку сигналов в соответствующих зонах, т.е. решить проблему обеспечения их внутриплатной электромагнитной совместимости.
Рассмотренная конструкция модуля-прототипа характеризуется последовательным расположением экранируемых с помощью плоскостных и барьерных экранов зон аналоговой и цифровой обработки сигналов вдоль длинной стороны многослойной печатной платы и двухсторонним размещением электрорадиоэлементов в каждой из этих зон. Такая конструкция в наибольшей степени отвечает использованию элементной базы низкого и среднего уровня интеграции, позволяя реализовать плотное размещение большого количества дискретных электрорадиоэлементов по обеим сторонам многослойной печатной платы.
Однако с повышением уровня интеграции используемой элементной базы и уменьшением в связи с этим общего числа электрорадиоэлементов рассмотренная конструкция, предусматривающая последовательное расположение зон аналоговой и цифровой обработки сигналов при двухстороннем размещении электрорадиоэлементов в пределах каждой из зон, становится неоптимальной с точки зрения возможностей миниатюризации конструкции.
Одним из возможных путей миниатюризации конструкции модуля приемника сигналов СРНС, использующего элементную базу повышенного уровня интеграции, является предлагаемое в настоящей заявке одностороннее размещение электрорадиоэлементов в пределах каждой из зон аналоговой и цифровой обработки сигналов при одновременном размещении этих зон друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы. При этом, однако, встает проблема обеспечения электромагнитной совместимости этих зон в новых условиях, характеризующихся существенным увеличением площади их совместной границы, определяемой теперь площадью самих зон, а не площадью поперечного сечения многослойной печатной платы, что имеет место в модуле-прототипе [7] и аналогах [1]÷[6].
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции одноплатного модуля приемника сигналов СРНС, в котором реализуется новый для таких модулей принцип размещения зон аналоговой и цифровой обработки сигналов - не друг за другом вдоль многослойной печатной платы, как это осуществлено в модуле-прототипе и аналогах, а друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы, и в котором обеспечивается внутриплатная электромагнитная совместимость зон аналоговой и цифровой обработки сигналов в новых условиях, характеризующихся увеличением площади их совместной границы, определяемой, как указано выше, площадью самих зон.
Сущность изобретения заключается в следующем. Модуль приемника сигналов СРНС содержит многослойную печатную плату с N проводящими слоями и переходными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов СРНС, высокочастотный соединитель, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате сигналов СРНС, и низкочастотный соединитель, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате напряжения питания и управляющих сигналов и отвода от нее обработанных сигналов. При этом печатные проводники и электрорадиоэлементы сгруппированы по зонам аналоговой и цифровой обработки сигналов, экранируемым с помощью барьерных и плоскостных экранов, причем барьерные экраны образованы соединенными соответствующими переходными отверстиями экранирующими печатными проводниками, выполненными в проводящих слоях друг под другом, а плоскостные экраны образованы земляными плоскостями, служащими проводниками питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов соответствующих зон. При этом земляная плоскость зоны цифровой обработки сигналов электрически соединена с выводом "Земля" низкочастотного соединителя, а вывод "Питание" низкочастотного соединителя электрически соединен с входным выводом входного фильтра питания, расположенного в зоне цифровой обработки сигналов. В отличие от прототипа зона аналоговой обработки сигналов занимает проводящие слои с первого по n-й, а зона цифровой обработки сигналов располагается под зоной аналоговой обработки сигналов и занимает проводящие слои с (n+1)-го по N-й, где n≥5, N - n≥5, причем межслойные электрические соединения в каждой из этих зон осуществляются с помощью глухих переходных отверстий, а межслойные электрические соединения между этими зонами осуществляются с помощью сквозных переходных отверстий. При этом в n-м проводящем слое располагается первая дополнительная экранирующая плоскость, соединенная соответствующими глухими переходными отверстиями с экранирующими печатными проводниками барьерного экрана зоны аналоговой обработки сигналов, расположенными по периметру этой зоны в проводящих слоях с первого по (n-1)-й, а в (n+1)-м проводящем слое располагается вторая дополнительная экранирующая плоскость, соединенная соответствующими глухими переходными отверстиями с экранирующими печатными проводниками барьерного экрана зоны цифровой обработки сигналов, расположенными по периметру данной зоны в проводящих слоях с (n+2)-го по N-й. Причем экранирующий печатный проводник барьерного экрана зоны аналоговой обработки сигналов, расположенный в первом проводящем слое, соединен электропроводящей перемычкой с расположенным в этом же проводящем слое первым земляным участком, электрически соединенным с земляной плоскостью зоны аналоговой обработки сигналов, расположенной в i-м проводящем слое между первым и n-м проводящими слоями, а экранирующий печатный проводник барьерного экрана зоны цифровой обработки сигналов, расположенный в N-м проводящем слое, соединен электропроводящей перемычкой с расположенным в N-м проводящем слое вторым земляным участком, электрически соединенным с земляной плоскостью зоны цифровой обработки сигналов, расположенной в k-м проводящем слое между (n+1)-м и N-м проводящими слоями. При этом земляные плоскости зон аналоговой и цифровой обработки сигналов соединены друг с другом с помощью соответствующего сквозного переходного отверстия, пересекающего первую и вторую дополнительные экранирующие плоскости через выполненные в них окна, лишенные металлизации. Выходной вывод входного фильтра питания электрически соединен с входным выводом расположенного в N-м проводящем слое в зоне цифровой обработки сигналов формирователя напряжения цифрового питания, выходной вывод которого электрически соединен с плоскостью цифрового питания, расположенной в m-м проводящем слое между (n+1)- и N-м проводящими слоями, где m≠k. Кроме того, выходной вывод входного фильтра питания электрически соединен с входным выводом расположенного в первом проводящем слое в зоне аналоговой обработки сигналов формирователя напряжения аналогового питания, выходной вывод которого электрически соединен с общей точкой проводников аналогового питания, расположенных в j-м проводящем слое между первым и n-м проводящими слоями, где j≠k.
В вариантах реализации, имеющих практическое значение, в качестве высокочастотного и низкочастотного соединителей используются предназначенные для поверхностного монтажа высокочастотный и низкочастотный соединители с планарными выводами, а указанные электрические соединения первого и второго земляных участков с земляными плоскостями зон аналоговой и цифровой обработки сигналов осуществлены с использованием сквозного переходного отверстия, осуществляющего соединение этих земляных плоскостей между собой.
Сущность изобретения и его реализуемость поясняются чертежами, представленными на фиг.1-17, иллюстрирующими пример выполнения модуля приемника сигналов СРНС на двенадцатислойной (N=12) печатной плате.
На фиг.1 представлен вид двенадцатислойной печатной платы в разрезе (расположение печатных проводников и переходных отверстий условное);
на фиг.2 - фрагмент расположения электрорадиоэлементов в первом проводящем слое (вид со стороны элементов первого проводящего слоя, печатные проводники условно не показаны);
на фиг.3 - фрагмент расположения электрорадиоэлементов в двенадцатом проводящем слое (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные, печатные проводники условно не показаны);
на фиг.4 - фрагмент рисунка печати первого проводящего слоя;
на фиг.5 - фрагмент рисунка печати второго проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.6 - фрагмент рисунка печати третьего проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.7 - фрагмент рисунка печати четвертого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.8 - фрагмент рисунка печати пятого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.9 - фрагмент рисунка печати шестого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.10 - фрагмент рисунка печати седьмого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.11 - фрагмент рисунка печати восьмого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.12 - фрагмент рисунка печати девятого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.13 - фрагмент рисунка печати десятого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.14 - фрагмент рисунка печати одиннадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.15 - фрагмент рисунка печати двенадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);
на фиг.16 - примеры установки съемных электропроводящих перемычек (а -случай использования электропроводящей перемычки из фольги, б - случай использования в качестве электропроводящей перемычки джампера, выполняющего функцию резистора "нулевого" сопротивления);
на фиг.17 - фрагмент функциональной схемы, поясняющий особенности разводки питания.
Заявляемый модуль приемника сигналов СРНС (далее модуль) содержит многослойную печатную плату 1 с N проводящими слоями 2. В рассматриваемом примере многослойная печатная плата 1 имеет двенадцать (N=12) проводящих слоев 2, а именно, первый проводящий слой 21, второй проводящий слой 22, третий проводящий слой 23, четвертый проводящий слой 24, пятый проводящий слой 25, шестой проводящий слой 26, седьмой проводящий слой 27, восьмой проводящий слой 28, девятый проводящий слой 29, десятый проводящий слой 210, одиннадцатый проводящий слой 211 и двенадцатый проводящий слой 212 (фиг.1-15). Проводящие слои 21 и 212 являются наружными, а проводящие слои 22÷211 - внутренними; все проводящие слои 2 (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 210, 211, 212) отделены друг от друга соответствующими изолирующими слоями 3 (фиг.1).
Многослойная печатная плата 1 несет высокочастотный соединитель 4, низкочастотный соединитель 5, а также печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов СРНС, сгруппированные по зонам аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов (фиг.1-3). Данная электрическая схема может быть выполнена, например, как в приемнике сигналов СРНС, представленном в [8] - RU №2178894 (С1), G 01 S 5/14, 25.09.2000.
Высокочастотный соединитель 4 служит для присоединения коаксиального кабеля, подводящего к многослойной печатной плате 1 сигналы СРНС, поступающие с внешнего антенного устройства. В рассматриваемом примере высокочастотный соединитель 4 расположен в первом проводящем слое 21 на краю зоны 6 аналоговой обработки сигналов (фиг.2). В качестве высокочастотного соединителя 4 может использоваться предназначенный для поверхностного монтажа высокочастотный соединитель с планарными выводами, например розетка типа "UMP Н 3 К107 303 040W" фирмы "RADIALL".
Низкочастотный соединитель 5 служит для присоединения проводного жгута, подводящего к многослойной печатной плате 1 напряжение питания от внешнего источника питания и управляющие сигналы от внешнего управляющего устройства (пульта управления) и отводящего обработанные сигналы, несущие навигационную информацию и/или информацию о точном времени. В рассматриваемом примере низкочастотный соединитель 5 расположен в двенадцатом проводящем слое 212 за границей зоны 7 цифровой обработки сигналов (фиг.3). В качестве низкочастотного соединителя 5 может использоваться предназначенный для поверхностного монтажа низкочастотный соединитель с планарными выводами, например розетка типа "MLE-125-01-G-DV-К" фирмы "SAMTEC".
Зона 6 аналоговой обработки сигналов занимает проводящие слои с первого по n-й, а зона 7 цифровой обработки сигналов располагается под зоной 6 аналоговой обработки сигналов и занимает проводящие слои с (n+1)-го по N-й, где n≥5, N-n≥5. В рассматриваемом примере, отвечающем случаю N=12, n=6, N-n=6, зона 6 аналоговой обработки сигналов занимает первые шесть проводящих слоев 21, 22, 23, 24, 25, 26 (фиг.1, 2, 4-9), а зона 7 цифровой обработки сигналов занимает остальные шесть проводящих слоев 27, 28, 29, 210, 211, 212 (фиг.1, 3, 10-15).
Межслойные электрические соединения внутри зоны 6 аналоговой обработки сигналов осуществляются с помощью глухих переходных отверстий 8, межслойные электрические соединения внутри зоны 7 цифровой обработки сигналов осуществляются с помощью глухих переходных отверстий 9, а межслойные электрические соединения между зонами аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов осуществляются с помощью сквозных переходных отверстий 10. Примеры выполнения и размещения некоторых из этих переходных отверстий представлены на фиг.1, 4-15.
Внутриплатная экранировка зон аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов осуществляется с помощью плоскостных и барьерных экранов.
В зоне 6 аналоговой обработки сигналов плоскостной экран образован расположенной в i-м проводящем слое между первым и n-м проводящими слоями земляной плоскостью 11, служащей проводником питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов данной зоны. В рассматриваемом примере земляная плоскость 11 расположена во втором (i=2) проводящем слое 22 (фиг.5). С земляной плоскостью 11 соединены (с помощью соответствующих глухих переходных отверстий 8) земляные выводы электрорадиоэлементов зоны 6 аналоговой обработки сигналов.
В зоне 7 цифровой обработки сигналов плоскостной экран образован расположенной в k-м проводящем слое между (n+1)- и N-м проводящими слоями земляной плоскостью 12, служащей проводником питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов данной зоны. В рассматриваемом примере земляная плоскость 12 расположена в одиннадцатом (k=11) проводящем слое 211 (фиг.14). С земляной плоскостью 12 соединены (с помощью соответствующих глухих переходных отверстий 9) земляные выводы электрорадиоэлементов зоны 7 цифровой обработки сигналов.
Земляные плоскости 11 и 12 соединены друг с другом с помощью сквозного переходного отверстия 10A (фиг.4-15).
Барьерный экран в зоне 6 аналоговой обработки сигналов образован экранирующими печатными проводниками 13, выполненными по периметру данной зоны друг под другом в проводящих слоях с первого по (n-1)-й. В рассматриваемом примере этот барьерный экран образован экранирующими печатными проводниками 131, 132, 133, 134, 135, расположенными соответственно в проводящих слоях 21, 22, 23, 24, 25 (фиг.4-8). Экранирующие печатные проводники 13 (131, 132, 133, 134, 135) соединены соответствующими глухими переходными отверстиями 8 друг с другом и с первой дополнительной экранирующей плоскостью 14, расположенной в n-м проводящем слое (в рассматриваемом примере в шестом проводящем слое 26, фиг.9). При необходимости, в экранирующих печатных проводниках 13 выполняются разрывы для печатных проводников, пересекающих образуемый ими барьерный экран. В рассматриваемом примере разрыв выполнен в экранирующем печатном проводнике 131, расположенном в первом проводящем слое 21. Через этот разрыв проходят печатные проводники, связанные с высокочастотным соединителем 4 (фиг.2, 4). Остальные экранирующие печатные проводники 132÷135, расположенные в проводящих слоях 22÷25, в рассматриваемом примере выполнены без разрывов (фиг.5-8).
Совокупность экранирующих печатных проводников 13 (131, 132, 133, 134, 135) барьерного экрана зоны 6 аналоговой обработки сигналов и первой дополнительной экранирующей плоскости 14, соединенных между собой соответствующими глухими переходными отверстиями 8, образует в теле многослойной печатной платы 1 электропроводящий каркас первого внутриплатного объемного экрана, внутри которого располагаются электрорадиоэлементы, печатные проводники и земляная плоскость 11 зоны 6 аналоговой обработки сигналов. В этом внутриплатном объемном экране дополнительная экранирующая плоскость 14, в отличие от земляной плоскости 11, не несет функцию проводника питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов зоны 6 аналоговой обработки сигналов, к ней не подсоединены земляные выводы электрорадиоэлементов данной зоны.
Барьерный экран в зоне 7 цифровой обработки сигналов образован экранирующими печатными проводниками 15, выполненными по периметру данной зоны друг под другом в проводящих слоях с (n+2)-го по N-й. В рассматриваемом примере этот барьерный экран образован экранирующими печатными проводниками 158, 159, 1510, 1511, 1512, расположенными соответственно в проводящих слоях 28, 29, 210, 211, 212 (фиг.11-15). Экранирующие печатные проводники 15 (158, 159, 1510, 1511, 1512) соединены соответствующими глухими переходными отверстиями 9 друг с другом и с второй дополнительной экранирующей плоскостью 16, расположенной в (n+1)-м проводящем слое (в рассматриваемом примере в седьмом проводящем слое 27, фиг.10). При необходимости, в экранирующих печатных проводниках 15 выполняются разрывы для печатных проводников, пересекающих образуемый ими барьерный экран. В рассматриваемом примере разрывы выполнены в экранирующих печатных проводниках 158÷1511, расположенных в проводящих слоях 28÷211. Через эти разрывы проходят печатные проводники, связанные с низкочастотным соединителем 5 (фиг.3, 11-14). Экранирующий печатный проводник 1512, расположенный в двенадцатом проводящем слое 212, в рассматриваемом примере выполнен без разрывов (фиг.15).
Совокупность экранирующих печатных проводников 15 (158, 159, 1510, 1511, 1512) барьерного экрана зоны 7 цифровой обработки сигналов и второй дополнительной экранирующей плоскости 16, соединенных между собой соответствующими глухими переходными отверстиями 9, образует в теле многослойной печатной платы 1 электропроводящий каркас второго внутриплатного объемного экрана, внутри которого располагаются электрорадиоэлементы, печатные проводники и земляная плоскость 12 зоны 7 цифровой обработки сигналов. В этом внутриплатном объемном экране дополнительная экранирующая плоскость 16, в отличие от земляной плоскости 12, не несет функцию проводника питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов зоны 7 цифровой обработки сигналов, к ней не подсоединены земляные выводы электрорадиоэлементов данной зоны.
Каждый из рассмотренных внутриплатных объемных экранов электрически связан с земляными проводниками своей зоны с помощью соответствующей электропроводящей перемычки. В первом внутриплатном объемном экране указанная связь осуществлена в первом проводящем слое 21 с помощью электропроводящей перемычки 17, соединяющей экранирующий печатный проводник 131 с первым земляным участком 18 (фиг.4), электрически соединенным с земляной плоскостью 11. Во втором объемном экране указанная связь осуществлена в двенадцатом проводящем слое 212 с помощью электропроводящей перемычки 19, соединяющей экранирующий печатный проводник 1512 с вторым земляным участком 20 (фиг.15), электрически соединенным с земляной плоскостью 12.
В рассматриваемом примере электрические соединения первого земляного участка 18 с земляной плоскостью 11 и второго земляного участка 20 с земляной плоскостью 12 осуществлены с использованием сквозного переходного отверстия 10A (фиг.4-15), осуществляющего указанное выше соединение земляных плоскостей 11 и 12 между собой.
При этом сквозное переходное отверстие 10А пересекает дополнительные экранирующие плоскости 14 и 16 через выполненные в них окна, лишенные металлизации (фиг.9, 10), т.е. без непосредственного электрического контакта с ними.
Электропроводящие перемычки 17 и 19, соединяющие экранирующие печатные проводники 131 и 1512 с земляными участками 18 и 20, могут быть выполнены в виде обычных печатных проводников-перемычек. В ряде случаев электропроводящие перемычки 17 и 19 целесообразно выполнять в виде съемных перемычек, например, когда по условиям проверки внутриплатного экранирования требуется их размыкание-замыкание. В этих случаях в качестве электропроводящих перемычек 17 и 19 могут быть использованы перемычки из фольги, например типа "ДПРИ-Л63М" толщиной 0,05 мм с покрытием Ср3 или ПОСК63-18, монтируемые с помощью пайки, как показано на фиг.16(а), или джамперы ("jumper chip"), например типа "RС1005JOOOBS" фирмы "Samsung", выполняющие функцию резисторов "нулевого" сопротивления, монтируемые с помощью пайки, как показано на фиг.16(б). При этом для обеспечения возможности беспрепятственного присоединения таких перемычек 17 и 19 к экранирующим печатным проводникам 131 и 1512 в соответствующих местах этих проводников выполняются необходимые расширения (фиг.4, 15).
Расположенные в первом и двенадцатом проводящих слоях экранирующие печатные проводники 131 и 1512 могут быть использованы, при необходимости, для установки на них внешних металлических экранов, предназначенных для дополнительной экранировки зон аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов с внешней стороны (на фиг.1-17 не показаны). Для обеспечения этой возможности ширина экранирующих печатных проводников 131 и 1512 выбирается (без учета указанных выше расширений) от 1,5 до 2,5 мм. При этом глухие переходные отверстия 8, соединяющие экранирующие печатные проводники 13 друг с другом и с первой дополнительной экранирующей плоскостью 14, и глухие переходные отверстия 9, соединяющие экранирующие печатные проводники 15 друг с другом и с второй дополнительной экранирующей плоскостью 16, могут использоваться в качестве реперных точек для установки внешних экранов.
Цепь подвода питания в зоны аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов в заявляемом модуле выполнена следующим образом.
Выводы "Земля" и "Питание" низкочастотного соединителя 5, предназначенные для подключения внешнего источника питания, соединены в двенадцатом проводящем слое 212 соответственно с контактными площадками 21 "Земля" и 22 "Питание" (фиг.15, 17).
Контактная площадка 21 "Земля", выполняющая функцию точки подвода потенциала "Земля" на многослойной печатной плате 1, электрически соединена с земляной плоскостью 12 зоны 7 цифровой обработки сигналов. В рассматриваемом примере это соединение осуществлено следующим образом: с контактной площадкой 21 "Земля" с помощью глухих переходных отверстий 9А соединен расположенный под низкочастотным соединителем 5 в одиннадцатом проводящем слое 211 земляной участок 23, который с помощью земляной перемычки 24 соединен с земляной плоскостью 12 зоны 7 цифровой обработки сигналов (фиг.14, 15, 17). В свою очередь, как указано выше, земляная плоскость 12 зоны 7 цифровой обработки сигналов соединена с помощью сквозного переходного отверстия 10А с земляной плоскостью 11 зоны 6 аналоговой обработки сигналов (фиг.5).
Контактная площадка 22 "Питание", выполняющая функцию точки подвода потенциала "Питание" на многослойной печатной плате 1, электрически соединена с входным выводом входного фильтра питания 25, расположенного в зоне 7 цифровой обработки сигналов в двенадцатом проводящем слое 212 (фиг.3, 17). В рассматриваемом примере это соединение осуществлено с помощью глухих переходных отверстий 9Б и 9В и печатного проводника 26, расположенного в восьмом проводящем слое 28 (фиг.11, 15, 17).
Входной фильтр питания 25, реализующий, например, функцию фильтра нижних частот, служит для подавления высокочастотных составляющих во входном питающем напряжении, поступающем от внешнего источника питания. В качестве входного фильтра питания 25 может использоваться, например, фильтр типа "NFМ4516Р13С204F" фирмы "MURATA", предназначенный для поверхностного монтажа.
Выходной вывод входного фильтра питания 25 электрически соединен с входным выводом формирователя 27 напряжения цифрового питания, расположенного в зоне 7 цифровой обработки сигналов в двенадцатом проводящем слое 212 (фиг.3, 17). В рассматриваемом примере это соединение осуществлено с помощью печатного проводника 28, расположенного в двенадцатом проводящем слое 212 (фиг.15, 17).
Кроме того, выходной вывод входного фильтра питания 25 электрически соединен с входным выводом формирователя 29 напряжения аналогового питания, расположенного в зоне 6 аналоговой обработки сигналов в первом проводящем слое 21 (фиг.2, 17). В рассматриваемом примере это соединение осуществлено с помощью сквозного переходного отверстия 10Б и расположенного в первом проводящем слое 21 печатного проводника 30, соединенного с входным выводом формирователя 29 напряжения аналогового питания (фиг.2, 4-15, 17).
Формирователи 27 и 29 напряжений цифрового и аналогового питания выполняют функцию вторичных источников питания, формирующих на своих выходах стабилизированные напряжения определенного уровня, необходимые для питания активных элементов соответствующих зон. В качестве формирователей 27 и 29 напряжений цифрового и аналогового питания могут быть использованы, например, стабилизированные преобразователи постоянного напряжения типа "АDР3333ARM-3.15 RM-8" фирмы "Analog Devices" или им аналогичные.
Выходной вывод формирователя 27 напряжения цифрового питания электрически соединен с плоскостью 31 цифрового питания, расположенной в m-м проводящем слое между (n+1)- и N-м проводящими слоями, где m≠k. В рассматриваемом примере, отвечающем случаю N=12, n=6, i=2, k=11, плоскость 31 цифрового питания расположена в восьмом (m=8) проводящем слое 28 (фиг.11), а указанное ее электрическое соединение с выходным выводом формирователя 27 напряжения цифрового питания осуществлено с помощью глухого переходного отверстия 9Г (фиг.10-15, 17). С плоскостью 31 цифрового питания электрически соединены выводы питания соответствующих электрорадиоэлементов зоны 7 цифровой обработки сигналов.
Выходной вывод формирователя 29 напряжения аналогового питания электрически соединен с общей точкой 32 проводников 33 аналогового питания, расположенных в j-м проводящем слое между первым и n-м проводящими слоями, где j≠i. В рассматриваемом примере проводники 33 аналогового питания расположены в пятом (j=5) проводящем слое 25 (фиг.8), а указанное электрическое соединение их общей точки 32 с выходным выводом формирователя 29 напряжения аналогового питания осуществлено с помощью глухого переходного отверстия 8A (фиг.4-9, 17). С проводниками 33 аналогового питания электрически соединены выводы питания соответствующих электрорадиоэлементов зоны 6 аналоговой обработки сигналов.
Практические реализации заявляемого модуля, представляющие собой опытные образцы модулей приемников сигналов СРНС ГЛОНАСС/GPS частотного диапазона F1/L1, характеризуются следующими конструктивными параметрами: габариты двенадцатислойной печатной платы 1 составляют примерно 50×50×2,5 мм; толщина центрального изолирующего слоя 3 между проводящими слоями 26 и 27 составляет примерно 0,37 мм, а остальных изолирующих слоев 3 - примерно 0,19 мм; ширина экранирующих печатных проводников 13 и 15 составляет не менее 1,5 мм; расстояние между экранирующими печатными проводниками 13 и 15 и ближайшими к ним печатными элементами в соответствующих проводящих слоях составляет не менее 0,5 мм.
Работа заявляемого модуля осуществляется следующим образом.
Через высокочастотный соединитель 4 на многослойную печатную плату 1 от внешнего антенного устройства поступают сигналы СРНС, например сигналы СРНС ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона 1,2÷1,7 ГГц. Через низкочастотный соединитель 5 на многослойную печатную плату 1 поступают необходимые для работы модуля управляющие сигналы от внешнего управляющего устройства и напряжение питания от внешнего источника питания. Через этот же низкочастотный соединитель 5 осуществляется отвод обработанных сигналов, несущих навигационную информацию и/или информацию о точном времени для потребителя.
Напряжение питания от внешнего источника питания - входное питающее напряжение - поступает на контактные площадки 21 "Земля" и 22 "Питание".
С контактной площадки 22 "Питание" входное питающее напряжение потенциала "Питание" проходит через входной фильтр питания 25 на вход формирователя 27 напряжения цифрового питания, а также на вход формирователя 29 напряжения аналогового питания. Входной фильтр питания 25 ослабляет высокочастотные составляющие входного питающего напряжения, а формирователи 27 и 29 формируют из отфильтрованного входного питающего напряжения стабилизированные напряжения нужных уровней для питания электрорадиоэлементов зон цифровой 7 и аналоговой 6 обработки сигналов.
С выхода формирователя 27 напряжение цифрового питания поступает на плоскость 31 цифрового питания, а с нее - на выводы питания соответствующих электрорадиоэлементов зоны 7 цифровой обработки сигналов.
С выхода формирователя 29 напряжение аналогового питания поступает на общую точку 32 проводников 33 аналогового питания, а с них - на выводы питания соответствующих электрорадиоэлементов зоны 6 аналоговой обработки сигналов.
Питающее напряжение потенциала "Земля" поступает с контактной площадки 21 "Земля" вначале на земляную плоскость 12, служащую проводником питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов зоны 7 цифровой обработки сигналов, а с нее посредством сквозного переходного отверстия 10A - на земляную плоскость 11, служащую проводником питания потенциала "Земля" для электрорадиоэлементов зоны 6 аналоговой обработки сигналов.
В зоне 6 аналоговой обработки сигналов сигналы СРНС подвергаются усилению, фильтрации от помех, частотному преобразованию с понижением несущей частоты до десятков мегагерц, а также аналого-цифровому преобразованию, при этом используются гетеродинные и тактовые сигналы, формируемые в этой же зоне. Преобразованные в зоне 6 аналоговой обработки сигналов сигналы СРНС вместе с тактовыми сигналами передаются в зону 7 цифровой обработки сигналов через соответствующие сквозные переходные отверстия 10, пересекающие земляные плоскости 11 и 12, дополнительные экранирующие плоскости 14 и 16 и плоскость 31 цифрового питания через выполненные в них окна, лишенные металлизации. В зоне 7 цифровой обработки сигналов сигналы СРНС подвергаются многоканальной корреляционной обработке, обработке в цифровом процессоре, а затем преобразованию в преобразователе интерфейса, при этом используются тактовые сигналы, сформированные в зоне 6 аналоговой обработки сигналов. Обработанные таким образом сигналы, несущие навигационную информацию и/или информацию о точном времени, поступают на соответствующие выводы низкочастотного соединителя 5, откуда снимаются потребителем.
Рассмотренная обработка сигналов СРНС осуществляется в заявляемом модуле в условиях, когда зоны аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов располагаются друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы 1 и площадь их совместной границы определяется площадью самих зон (в отличие от прототипа и аналогов, где площадь границы между аналогичными зонами определяется площадью поперечного сечения многослойной печатной платы). Несмотря на такое неблагоприятное (с точки зрения электромагнитной совместимости) расположение зон аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов в заявляемом модуле за счет совокупности рассмотренных выше конструктивных мер по внутриплатной экранировке и разводке питания удается уменьшить до приемлемого уровня взаимное негативное влияние электрорадиоэлементов этих зон (т.е. уменьшить уровень взаимных наводок и наведенных помех) и тем самым обеспечить возможность получения неискаженной навигационной информации и/или информации о точном времени.
Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение требуемого технического результата, заключающегося в создании конструкции одноплатного модуля приемника сигналов СРНС с размещением зон аналоговой и цифровой обработки сигналов друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы и обеспечением в этих условиях их внутриплатной электромагнитной совместимости.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ | 2005 |
|
RU2287920C1 |
| МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ | 2005 |
|
RU2287917C1 |
| МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ | 2005 |
|
RU2287919C1 |
| МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ | 2007 |
|
RU2350053C1 |
| МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ | 2012 |
|
RU2489728C1 |
| СПОСОБ ЭКРАНИРОВАНИЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МОДУЛЕ | 2015 |
|
RU2602835C9 |
| МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ | 2009 |
|
RU2396736C1 |
| РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК С ВНУТРИПЛАТНОЙ ЭКРАНИРОВКОЙ | 2004 |
|
RU2261540C1 |
| РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК С ВНУТРИПЛАТНОЙ ЭКРАНИРОВКОЙ | 2004 |
|
RU2260928C1 |
| МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ | 2009 |
|
RU2396737C1 |
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании модулей приемников сигналов спутниковых радионавигационных систем. Технический результат заключается в создании одноплатной конструкции с размещением зон аналоговой и цифровой обработки сигналов друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы и обеспечением в этих условиях их внутриплатной электромагнитной совместимости. Модуль содержит многослойную печатную плату с N проводящими слоями, несущую высокочастотный и низкочастотный соединители, а также печатные проводники и электрорадиоэлементы, сгруппированные по зонам аналоговой и цифровой обработки сигналов, причем первая из этих зон занимает проводящие слои с первого по n-й, а вторая располагается под первой и занимает проводящие слои с (n+1)-го по N-й, где n≥5, N-n≥5. Межслойные электрические соединения в каждой из зон осуществляются с помощью глухих переходных отверстий, а межслойные электрические соединения между зонами осуществляются с помощью сквозных переходных отверстий. Каждая из зон окружена по периметру экранирующими печатными проводниками, расположенными друг под другом в проводящих слоях с первого по (n-1)-й в первой зоне и с (n+2)-го по N-й во второй зоне. В каждой из зон экранирующие печатные проводники соединены соответствующими глухими переходными отверстиями друг с другом и с дополнительными экранирующими плоскостями, расположенными в n- и (n+1)-м проводящих слоях. Кроме того, экранирующие печатные проводники, расположенные в первом и N-м проводящих слоях, соединены электропроводящими перемычками с расположенными в этих же проводящих слоях первым и вторым земляными участками, электрически соединенными с земляными плоскостями своих зон, которые соединены друг с другом сквозным переходным отверстием, пересекающим дополнительные экранирующие плоскости через выполненные в них окна, лишенные металлизации. Земляная плоскость зоны цифровой обработки сигналов электрически соединена с выводом "Земля" низкочастотного соединителя. Вывод "Питание" низкочастотного соединителя через входной фильтр питания электрически соединен с входными выводами формирователей напряжений цифрового и аналогового питания, выходные выводы которых электрически соединены соответственно с плоскостью цифрового питания и с общей точкой проводников аналогового питания. 2 з.п. ф-лы, 17 ил.
| РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК | 2000 |
|
RU2173036C1 |
| РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК | 2001 |
|
RU2194375C1 |
| US 5466885 A, 14.11.1995 | |||
| WO 2004100193 A1, 18.11.2004 | |||
| UA 5132648 A, 21.07.1992. | |||
