МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ Российский патент 2010 года по МПК H05K1/14 H05K1/18 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании малогабаритных модулей приемников сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

Модули приемников сигналов СРНС служат для получения навигационной информации и/или информации о точном времени на основе принимаемых сигналов СРНС, например сигналов СРНС ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США). Эти сигналы обрабатываются с помощью аналоговых и цифровых функциональных узлов, размещенных на многослойной печатной плате. Аналоговая обработка включает, в частности, фильтрацию сигналов от помех, их усиление и преобразование по частоте с понижением частоты, а цифровая обработка включает, в частности, многоканальную корреляционную обработку и обработку в цифровом процессоре. Для обеспечения внутриплатной электромагнитной совместимости разнородных функциональных узлов, осуществляющих аналоговую и цифровую обработку сигналов (т.е. для уменьшения до приемлемого уровня паразитных наводок и наведенных помех; обусловленных взаимным влиянием аналоговых и цифровых узлов), эти узлы размещаются на многослойной печатной плате определенным образом и экранируются внутриплатными средствами.

Известны конструкции модулей приемников сигналов СРНС, в которых функциональные узлы, осуществляющие аналоговую и цифровую обработку сигналов СРНС, сгруппированы по соответствующим функциональным зонам - зонам аналоговой и цифровой обработки сигналов, расположенным последовательно в соответствии с последовательностью обработки сигналов вдоль длинной стороны многослойной печатной платы, см., например, патенты РФ: [1] - RU 2172080 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 10.08.2001, [2] - RU 2188522 C1, H05K 1/14, H01P 11/00, 27.08.2002, [3] - RU 2192108 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, 27.10.2002, [4] - RU 2194375 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, 10.12.2002, [5] - RU 2199839 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, 27.02.2003, [6] - RU 2173036 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 27.08.2001. В каждой из зон аналоговой и цифровой обработки сигналов осуществляется экранировка с помощью плоскостных экранов, образованных земляными плоскостями, выполненными во внутренних проводящих слоях многослойной печатной платы и служащими проводниками питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов соответствующих зон. Такая внутриплатная внутризонная экранировка позволяет уменьшить влияние паразитных наводок и наведенных помех, создаваемых элементами, принадлежащими разным функциональным зонам и передаваемыми в основном по цепям питания.

Последовательное расположение зон аналоговой и цифровой обработки сигналов, примененное в патентах [1]-[6], в наибольшей степени отвечает элементной базе низкого и среднего уровня интеграции, обеспечивая возможность рационального размещения большого количества дискретных электрорадиоэлементов по обеим сторонам многослойной печатной платы в каждой из зон аналоговой и цифровой обработки сигналов.

С повышением уровня интеграции элементной базы и уменьшением в связи с этим общего числа электрорадиоэлементов принцип последовательного расположения зон аналоговой и цифровой обработки сигналов при двухстороннем размещении электрорадиоэлементов в каждой из зон, примененный в патентах [1]-[6], перестает быть оптимальным с точки зрения возможностей миниатюризации конструкции модуля приемника сигналов СРНС. Данному случаю в большей мере отвечает 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, например как это осуществлено в модулях приемников сигналов СРНС, представленных в патентах РФ: [7] - RU 2287917 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, 20.11.2006; [8] - RU 2287918 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, 20.11.2006; [9] - RU 2287919 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, 20.11.2006, а также в модуле приемника сигналов СРНС, представленном в патенте РФ [10] - RU 2287920 C1, H05K 1/14, 20.11.2006, принятом в качестве прототипа.

Принятый в качестве прототипа модуль приемника сигналов СРНС [10] содержит многослойную печатную плату с проводящими и изолирующими слоями и металлизированными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения. Многослойная печатная плата несет на себе печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов СРНС, поступающих от внешнего источника сигналов. Печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой обработки сигналов, сгруппированы в зоне аналоговой обработки сигналов, занимающей группу верхних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы. Печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам цифровой обработки сигналов, сгруппированы в зоне цифровой обработки сигналов, занимающей группу нижних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы. Между этими зонами находится промежуточная зона с экранирующими земляными плоскостями, занимающая группу средних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы. В примере, рассмотренном в [10], зона аналоговой обработки сигналов занимает пять верхних проводящих слоев и четыре располагающихся между ними изолирующих слоя, зона цифровой обработки сигналов занимает пять нижних проводящих слоев и четыре располагающихся между ними изолирующих слоя, а промежуточная зона занимает два средних проводящих слоя и три прилегающих к ним изолирующих слоя. В общем случае количество слоев, занимаемых указанными зонами, может быть иным в зависимости от конкретной электрической схемы.

Все дискретные электрорадиоэлементы зоны аналоговой обработки сигналов располагаются в наружном первом проводящем слое многослойной печатной платы. Все дискретные электрорадиоэлементы зоны цифровой обработки сигналов располагаются в наружном последнем проводящем слое многослойной печатной платы.

Для осуществления внешних подключений служат высокочастотный и низкочастотный соединители, расположенные соответственно в наружных первом и последнем проводящих слоях многослойной печатной платы. При этом высокочастотный соединитель служит для подвода к многослойной печатной плате сигналов СРНС от внешнего источника сигналов, а низкочастотный соединитель служит для подвода к многослойной печатной плате внешнего питания и внешних управляющих сигналов, а также для отвода от нее обработанных сигналов.

Межслойные электрические соединения в пределах зон аналоговой и цифровой обработки сигналов осуществляются с помощью соответствующих глухих металлизированных отверстий. Электрические соединения между зонами аналоговой и цифровой обработки сигналов, а также между ними и разделительной зоной осуществляются с помощью соответствующих сквозных металлизированных отверстий.

Функции внутризонной экранировки осуществляют земляные плоскости зон аналоговой и цифровой обработки сигналов, служащие проводниками питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов своих зон. Функцию межзонной разделительной экранировки осуществляют экранирующие земляные плоскости промежуточной зоны. Все земляные элементы всех трех зон электрически связаны между собой и подсоединены к контактному элементу «Земля» низкочастотного соединителя, к которому подключается соответствующий вывод внешнего источника питания.

Модуль-прототип устанавливается на несущей плате на четырех стойках и соединяется с внешними устройствами с помощью низкочастотного и высокочастотного соединителей.

Одностороннее размещение электрорадиоэлементов в пределах зон аналоговой и цифровой обработки сигналов при одновременном размещении этих зон друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы и разделение их экранирующими земляными плоскостями промежуточной зоны позволяет уменьшить габариты модуля-прототипа в условиях применения элементной базы повышенного уровня интеграции и обеспечить электромагнитную совместимость зон аналоговой и цифровой обработки сигналов. При этом площадь модуля-прототипа определяется наибольшей из площадей, требуемой для размещения соответствующих электрических соединителей и дискретных электрорадиоэлементов зон аналоговой и цифровой обработки сигналов. Так, в примере, представленном в [10], размеры модуля (в плане) составляют (50×50) мм, что определяется площадью, необходимой для размещения цифровых узлов и низкочастотного соединителя. При этом аналоговые узлы требуют для своего размещения меньшей площади, в частности при использовании для частотного преобразования специализированной большой интегральной схемы (СБИС) типа, описанной в патенте РФ [11] - RU 2256936 C1, G01S 5/14, H04B 1/26, 20.07.2005.

Обеспечиваемое в модуле-прототипе уменьшение площади в ряде случаев оказывается недостаточным для решения задач конструирования малогабаритной радионавигационной аппаратуры, что требует новых конструкторских решений по созданию более компактного модуля приемника сигналов СРНС.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является создание конструкции компактного модуля приемника сигналов СРНС, требующего для своего размещения уменьшенной площади.

Сущность изобретения заключается в следующем. Модуль приемника сигналов СРНС содержит многослойную печатную плату с проводящими и изолирующими слоями и металлизированными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов СРНС, поступающих от внешнего источника сигналов. При этом печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой обработки сигналов, сгруппированы в зоне аналоговой обработки сигналов, занимающей группу верхних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам цифровой обработки сигналов, сгруппированы в зоне цифровой обработки сигналов, занимающей группу нижних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, а между зонами аналоговой и цифровой обработки сигналов располагается промежуточная зона с экранирующими земляными плоскостями, занимающая группу средних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы. В отличие от прототипа многослойная печатная плата состоит из трех соединенных между собой многослойных фрагментов - верхнего, среднего и нижнего, взаимодействующих друг с другом примыкающими контактными площадками, расположенными по краям соответствующих проводящих слоев соседствующих фрагментов, причем верхний фрагмент включает в себя группу верхних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к зоне аналоговой обработки сигналов, нижний фрагмент включает в себя группу нижних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к зоне цифровой обработки сигналов, а средний фрагмент включает в себя группу средних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к промежуточной зоне. Средний фрагмент имеет Н-образный профиль поперечного сечения, образующий внутренние полости многослойной печатной платы, в которых располагаются внутренние электрорадиоэлементы зон аналоговой и цифровой обработки сигналов, установленные соответственно в нижнем внутреннем проводящем слое зоны аналоговой обработки сигналов и верхнем внутреннем проводящем слое зоны цифровой обработки сигналов. При этом в нижнем наружном проводящем слое зоны цифровой обработки сигналов располагаются наружные электрорадиоэлементы этой зоны, а в верхнем наружном проводящем слое зоны аналоговой обработки сигналов находятся земляная плоскость, образующая наружный экран зоны аналоговой обработки сигналов, и расположенные по краям контактные площадки, служащие для внешних подключений.

Сущность изобретения и его реализуемость поясняются схематическими чертежами, представленными на фиг.1-21.

На фиг.1 представлен общий вид модуля приемника сигналов СРНС (а - вид сверху, б - вид сбоку с частичным разрезом, в - вид снизу);

на фиг.2 - вид многослойной печатной платы в разрезе (расположение металлизированных отверстий и печатных элементов условное);

на фиг.3 - фрагмент рисунка печати первого проводящего слоя;

на фиг.4 - фрагмент рисунка печати второго проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на. фиг.5 - фрагмент рисунка печати третьего проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.6 - фрагмент рисунка печати четвертого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.7 - фрагмент рисунка печати пятого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.8 - фрагмент рисунка печати шестого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.9 - пример рисунка печати седьмого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.10 - пример рисунка печати восьмого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.11 - пример рисунка печати девятого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.12 - пример рисунка печати десятого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.13 - фрагмент рисунка печати одиннадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.14 - фрагмент рисунка печати двенадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.15 - фрагмент рисунка печати тринадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.16 - фрагмент рисунка печати четырнадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.17 - фрагмент рисунка печати пятнадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.18 - фрагмент рисунка печати шестнадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.19 - фрагмент рисунка печати семнадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.20 - фрагмент рисунка печати восемнадцатого проводящего слоя (вид со стороны первого слоя, слои условно прозрачные);

на фиг.21 - схематический чертеж, поясняющий особенности изготовления модуля приемника сигналов СРНС.

Заявляемый модуль приемника сигналов СРНС представляет собой моноблок и содержит (фиг.1, 2) многослойную печатную плату 1 с проводящими 2 и изолирующими 3 слоями, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов СРНС, поступающих от внешнего источника сигналов, например внешней антенны, осуществляющей прием из эфира сигналов СРНС ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона F1/L1 (1,55÷1,65 ГГц).

Печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой обработки сигналов, сгруппированы в зоне 4 аналоговой обработки сигналов, занимающей в многослойной печатной плате 1 группу верхних проводящих и изолирующих слоев (фиг.1а, б; 2). В частности, в этой зоне находятся узлы, осуществляющие фильтрацию сигналов СРНС, их усиление и преобразование по частоте с понижением частоты, а также узел формирователя напряжения аналогового питания, осуществляющего формирование напряжения аналогового питания из входного напряжения внешнего питания (на фигурах не обозначены).

Печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам цифровой обработки сигналов, сгруппированы в зоне 5 цифровой обработки сигналов, занимающей в многослойной печатной плате 1 группу нижних проводящих и изолирующих слоев (фиг.1б, в; 2). В частности, в этой зоне находятся узлы, осуществляющие аналого-цифровое преобразование сигналов, многоканальную корреляционную обработку и обработку в цифровом процессоре, а также узлы формирователей напряжений цифрового питания, осуществляющих формирование сетки напряжений цифрового питания из входного напряжения внешнего питания (на фигурах не обозначены).

Между зоной 4 аналоговой обработки сигналов и зоной 5 цифровой обработки сигналов в многослойной печатной плате 1 находится промежуточная зона 6, занимающая группу средних проводящих и изолирующих слоев. В этой зоне располагаются экранирующие земляные плоскости 7 и 8, обеспечивающие внутриплатную разделительную экранировку между зонами аналоговой 4 и цифровой 5 обработки сигналов (фиг.1б, 2).

В рассматриваемом примере зона 4 аналоговой обработки сигналов занимает первые шесть проводящих слоев 2 (2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, 2₆) и пять изолирующих слоев 3 (3₁, 3₂, 3₃, 3₄, 3₅) (фиг.2, 3-8), промежуточная зона 6 занимает следующие четыре проводящих слоя 2 (2₇, 2₈, 2₉, 2₁₀) и три изолирующих слоя 3 (3₆, 3₇, 3₈) (фиг.2, 9-12), а зона 5 цифровой обработки сигналов занимает последние восемь проводящих слоев 2 (2₁₁, 2₁₂, 2₁₃, 2₁₄, 2₁₅, 2₁₆, 2₁₇, 2₁₈) и семь изолирующих слоев 3 (3₉, 3₁₀, 3₁₁, 3₁₂, 3₁₃, 3₁₄, 3₁₅) (фиг.2, 13-20), при этом нижний проводящий слой 2₆ зоны 4 аналоговой обработки сигналов примыкает к верхнему проводящему слою 2₇ промежуточной зоны 6, а нижний проводящий слой 2₁₀ промежуточной зоны 6 примыкает к верхнему проводящему слою 2₁₁ зоны 5 цифровой обработки сигналов (фиг.2).

Межслойные электрические соединения в зоне 4 аналоговой обработки сигналов осуществляются с помощью металлизированных отверстий 9, межслойные электрические соединения в зоне 5 цифровой обработки сигналов осуществляются с помощью металлизированных отверстий 10, а межслойные электрические соединения в промежуточной зоне 6 осуществляются с помощью металлизированных отверстий 11 (фиг.2). При этом металлизированные отверстия 9 и 10 располагаются по всей площади своих зон, а металлизированные отверстия 11 располагаются по периметру промежуточной зоны 6.

Многослойная печатная плата 1 состоит из трех соединенных между собой многослойных фрагментов - верхнего 1₁, среднего 1₂ и нижнего 1₃ фрагментов (фиг.1, 2), где верхний фрагмент 1₁ включает в себя группу верхних проводящих 2₁÷2₆ и изолирующих 3₁÷3₅ слоев многослойной печатной платы 1, относящихся к зоне 4 аналоговой обработки сигналов (фиг.2, 3-8), средний фрагмент 1₂ включает в себя группу средних проводящих 2₇÷2₁₀ и изолирующих 3₆÷3₈ слоев многослойной печатной платы 1, относящихся к промежуточной зоне 6 (фиг.2, 9-12), а нижний фрагмент 1₃ включает в себя группу нижних проводящих 2₁₁÷2₁₈ и изолирующих 3₉÷3₁₅ слоев многослойной печатной платы 1, относящихся к зоне 5 цифровой обработки сигналов (фиг.2, 13-20). Верхний 1₁ и нижний 1₃ фрагменты - плоские с прямоугольным профилем поперечного сечения, средний фрагмент 1₂ имеет сверху и снизу углубления прямоугольной формы, за счет которых образуется Н-образный профиль его поперечного сечения.

Верхний фрагмент 1₁ и средний фрагмент 1₂ взаимодействуют друг с другом своими примыкающими контактными площадками 12 и 13, расположенными по всему периметру по краям прилегающих друг к другу проводящих слоев 2₆ и 2₇ (фиг.2, 8, 9). Примыкающие друг к другу контактные площадки 12 и 13 спаяны между собой, обеспечивая механическое и электрическое соединение верхнего фрагмента 1₁ со средним фрагментом 1₂ и, соответственно, соединение зоны 4 аналоговой обработки сигналов с промежуточной зоной 6.

Средний фрагмент 1₂ и нижний фрагмент 1₃ взаимодействуют друг с другом своими примыкающими контактными площадками 14 и 15, расположенными по всему периметру по краям прилегающих друг к другу проводящих слоев 2₁₀ и 2₁₁ (фиг.2, 12, 13). Примыкающие друг к другу контактные площадки 14 и 15 спаяны между собой, обеспечивая механическое и электрическое соединение среднего фрагмента 12 с нижним фрагментом 1₃ и, соответственно, соединение промежуточной зоны 6 с зоной 5 цифровой обработки сигналов.

Электрические соединения между верхним 1₁ и нижним 1₃ фрагментами (т.е. между зоной 4 аналоговой обработки сигналов и зоной 5 цифровой обработки сигналов) осуществляются через средний фрагмент 1₂ (через промежуточную зону 6) по транзитным цепям, включающим в себя соответствующие металлизированные отверстия 11 и связанные с ними контактные площадки 13 и 14, взаимодействующие с контактными площадками 12 и 15.

За счет Н-образного профиля поперечного сечения среднего фрагмента 1₂ в многослойной печатной плате 1 образуются две расположенные друг под другом внутренние полости 16 и 17 (фиг.1б, 2). Внутренняя полость 16 сверху ограничена нижним внутренним проводящим слоем 2₆ зоны 4 аналоговой обработки сигналов, снизу - экранирующей земляной плоскостью 7, расположенной в проводящем слое 2₈ промежуточной зоны 6, а с боков - рамкой, выполненной в изолирующем слое 3₆ промежуточной зоны 6. Внутренняя полость 17 сверху ограничена экранирующей земляной плоскостью 8, расположенной в проводящем слое 2₉ промежуточной зоны 6, снизу - верхним внутренним проводящим слоем 2₁₁ зоны 5 цифровой обработки сигналов, а с боков - рамкой, выполненной в изолирующем слое 3₈ промежуточной зоны 6.

Внутри полости 17 располагаются внутренние электрорадиоэлементы 18 зоны 5 цифровой обработки сигналов, установленные в ее верхнем внутреннем проводящем слое 2₁₁ (фиг.1б, 13). Остальные (наружные) электрорадиоэлементы 19 зоны 5 цифровой обработки сигналов располагаются в ее нижнем наружном проводящем слое 2₁₈ (фиг.1б, в; 20).

Внутри полости 16 располагаются электрорадиоэлементы 20 зоны 4 аналоговой обработки сигналов, установленные в ее нижнем внутреннем проводящем слое 2₆ (фиг.1б, 8).

В верхнем наружном проводящем слое 2₁ зоны 4 аналоговой обработки сигналов (фиг.1а, б; 3) находятся земляная плоскость 21, образующая наружный экран зоны 4 аналоговой обработки сигналов, и расположенные по краям контактные площадки 22, служащие для внешних подключений. В частности, среди контактных площадок 22 имеются контактные площадки 22_А («Питание») и 22_Б («Земля»), предназначенные для подключения источника внешнего питания, контактная площадка 22_В («Сигнал») и расположенные по обеим ее сторонам контактные площадки 22_Г («Земля»), предназначенные для подключения внешнего источника сигналов.

Контактная площадка 22_А посредством металлизированного отверстия 9_А соединена с расположенным в четвертом проводящем слое 2₄ печатным проводником (рассматривается ниже), передающим напряжение внешнего питания потенциала «Питание» к узлу формирователя напряжения аналогового питания.

Контактная площадка 22_Б посредством металлизированного отверстия 9_Б соединена с земляными элементами во всех проводящих слоях зоны 4 аналоговой обработки сигналов, в том числе с расположенной в пятом проводящем слое 2₅ земляной плоскостью (рассматривается ниже), выполняющей функцию общего проводника питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны 4 аналоговой обработки сигналов.

Контактная площадка 22_В посредством металлизированного отверстия 9_В соединена с печатным проводником входной полосковой линии, расположенным в третьем проводящем слое 2₃ (рассматривается ниже).

Контактные площадки 22_Г посредством металлизированных отверстий 9_Г соединены с земляными участками во всех проводящих слоях зоны 4 аналоговой обработки сигналов, в том числе с земляными участками третьего проводящего слоя 2₃, окружающими печатный проводник входной полосковой линии.

Во втором проводящем слое 2₂, (фиг.4) располагается земляная плоскость 23, дублирующая наружный экран зоны 4 аналоговой обработки сигналов, образованный земляной плоскостью 21.

В третьем проводящем слое 2₃ (фиг.5) располагаются печатные проводники 24 зоны 4 аналоговой обработки сигналов, а также земляные участки 25, заполняющие свободное от размещения печатных проводников 24 пространство. В частности, в данном проводящем слое располагается печатный проводник 24_А входной полосковой линии, соединенный посредством металлизированного отверстия 9_В с контактной площадкой 22_В (кроме печатного проводника 24_А, на фиг.5 в качестве примера обозначены еще три печатных проводника 24).

В четвертом проводящем слое 2₄ (фиг.6) располагаются печатные проводники 26 зоны 4 аналоговой обработки сигналов, а также земляные участки 27, заполняющие свободное от размещения печатных проводников 26 пространство. В частности, в данном проводящем слое находится печатный проводник 26_А, соединенный посредством металлизированного отверстия 9_А с контактной площадкой 22_А, служащий для передачи напряжения внешнего питания потенциала «Питание» к узлу формирователя напряжения аналогового питания (кроме печатного проводника 26_А, на фиг.6 в качестве примера обозначены еще три печатных проводника 26).

В пятом проводящем слое 2₅ (фиг.7) располагаются печатные проводники 28 зоны 4 аналоговой обработки сигналов и земляная плоскость 29, выполняющая функцию общего проводника питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны 4 аналоговой обработки сигналов. В частности, в данном проводящем слое располагаются печатные проводники 28_А аналогового питания, по которым передается напряжение аналогового питания, сформированное узлом формирователя напряжения аналогового питания (кроме печатного проводника 28_А, на фиг.7 в качестве примера обозначены еще три печатных проводника 28).

В шестом проводящем слое 2₆ (фиг.8) - нижнем внутреннем проводящем слое зоны 4 аналоговой обработки сигналов - находятся печатные проводники 30 зоны 4 аналоговой обработки сигналов (в качестве примера на фиг.8 обозначены три печатных проводника 30), земляные участки 31, а также расположенные по всему периметру по краям проводящего слоя 2₆ контактные площадки 12, служащие для соединения верхнего фрагмента 1₁ со средним фрагментом 1₂ и, соответственно, для соединения зоны 4 аналоговой обработки сигналов с промежуточной зоной 6. В частности, среди контактных площадок 12 имеются контактные площадки 12_А и 12_Б, соединенные посредством металлизированных отверстий 9_А и 9_Б с контактными площадками 22_А («Питание») и 22_Б («Земля»), расположенными в первом проводящем слое 2₁. В этом же проводящем слое смонтированы электрорадиоэлементы 20 зоны 4 аналоговой обработки сигналов (фиг.1б).

В седьмом проводящем слое 2₇ (фиг.9) - верхнем проводящем слое промежуточной зоны 6 - располагаются контактные площадки 13, служащие для соединения среднего фрагмента 1₂ с верхним фрагментом 1₁ и, соответственно, для соединения промежуточной зоны 6 с зоной 4 аналоговой обработки сигналов. В частности, среди контактных площадок 13 имеются контактные площадки 13_А и 13_Б, взаимодействующие с рассмотренными выше контактными площадками 12_А и 12_Б зоны 4 аналоговой обработки сигналов. Контактная площадка 13_А соединена с металлизированным отверстием 11_А, образуя начало транзитной цепи по передаче напряжения внешнего питания потенциала «Питание» от зоны 4 аналоговой обработки сигналов через промежуточную зону 6. Контактная площадка 13_Б соединена с металлизированным отверстием 11_Б, образуя начало транзитной цепи по передаче напряжения внешнего питания потенциала «Земля» от зоны 4 аналоговой обработки сигналов через промежуточную зону 6.

С металлизированным отверстием 11_Б соединены экранирующие земляные плоскости 7 и 8 промежуточной зоны 6, расположенные в восьмом 2₈ и девятом 2₉ проводящих слоях (фиг.10, 11). Кроме этого, экранирующие земляные плоскости 7 и 8 дополнительно соединены друг с другом металлизированными отверстиями 11_В, связанными с соответствующими контактными площадками 13 и 14, а также металлизированными отверстиями 11_Г, не имеющими связи с контактными площадками 13 и 14 (в качестве примера на фиг.9-12 обозначено одно металлизированное отверстие 11_В и одно металлизированное отверстие 11_Г).

В десятом проводящем слое 2₁₀ (фиг.12) - нижнем проводящем слое промежуточной зоны 6 - располагаются контактные площадки 14, служащие для соединения среднего фрагмента 1₂ с нижним фрагментом 1₃ и, соответственно, для соединения промежуточной зоны 6 с зоной 4 аналоговой обработки сигналов. В частности, среди контактных площадок 14 имеются контактные площадки 14_А и 14_Б, которые соединены с металлизированными отверстиями 11_А и 11_Б, образуя конец транзитной цепи по передаче напряжения внешнего питания через промежуточную зону 6.

В одиннадцатом проводящем слое 2₁₁ (фиг.13) - верхнем внутреннем проводящем слое зоны 5 цифровой обработки сигналов - находятся печатные проводники 32 зоны 5 цифровой обработки сигналов (в качестве примера на фиг.13 обозначены три печатных проводника 32), земляные участки 33, а также расположенные по всему периметру по краям проводящего слоя 2₁₁ контактные площадки 15, служащие для соединения нижнего фрагмента 1₃ со средним фрагментом 1₂ и, соответственно, для соединения зоны 5 цифровой обработки сигналов с промежуточной зоной 6. В частности, среди контактных площадок 15 имеются контактные площадки 15_А и 15_Б, взаимодействующие с рассмотренными выше контактными площадками 14_А и 14_Б, находящимися на конце транзитной цепи по передаче напряжения внешнего питания через промежуточную зону 6. В этом же проводящем слое 2₁₁ смонтированы внутренние электрорадиоэлементы 18 зоны 5 цифровой обработки сигналов (фиг.1б).

Контактная площадка 15_А посредством металлизированного отверстия 10_А соединена с расположенным в тринадцатом проводящем слое 2₁₃ печатным проводником (рассматривается ниже), передающим напряжение внешнего питания потенциала «Питание» к узлам формирователей напряжений цифрового питания.

Контактная площадка 15_Б посредством металлизированного отверстия 10_Б соединена с расположенной в двенадцатом проводящем слое 2₁₂ (фиг.14) земляной плоскостью 34, выполняющей функцию общего проводника питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны 5 цифровой обработки сигналов.

В тринадцатом проводящем слое 2₁₃ (фиг.15) располагаются печатные проводники 35 зоны 5 цифровой обработки сигналов и земляные участки 36. В частности, в данном проводящем слое располагается печатный проводник 35_А, передающий напряжение внешнего питания потенциала «Питание» к узлам формирователей напряжений цифрового питания (в качестве примера на фиг.15, помимо печатного проводника 35_А, обозначены еще три печатных проводника 35).

В четырнадцатом проводящем слое 2₁₄ (фиг.16) располагаются печатные проводники 37 зоны 5 цифровой обработки сигналов, земляные участки 38 и участок 39 первого цифрового питания (в качестве примера на фиг.16 обозначены три печатных проводника 37).

В пятнадцатом проводящем слое 2₁₅ (фиг.17) располагается плоскость 40 второго цифрового питания зоны 5 цифровой обработки сигналов.

В шестнадцатом проводящем слое 2₁₆ (фиг.18) располагаются печатные проводники 41 зоны 5 цифровой обработки сигналов и плоскость 42 третьего цифрового питания (в качестве примера на фиг.18 обозначены два печатных проводника 41).

В семнадцатом проводящем слое 2₁₇ (фиг.19) располагаются печатные проводники 43 зоны 5 цифровой обработки сигналов и земляные участки 44 (в качестве примера на фиг.19 обозначены три печатных проводника 43).

В восемнадцатом проводящем слое 2₁₈ (фиг.20) - нижнем наружном проводящем слое зоны 5 цифровой обработки сигналов - находятся печатные проводники 45 зоны 5 цифровой обработки сигналов (в качестве примера на фиг.20 обозначены два печатных проводника 45), земляные участки 46, а также расположенные по краям контактные площадки 47, используемые при инструментальном контроле. В частности, среди контактных площадок 47 имеются контактные площадки 47_А и 47_Б, соединенные с металлизированными отверстиями 10_А и 10_Б, используемые для контроля напряжения внешнего питания, поступающего в зону 5 цифровой обработки сигналов из зоны 4 аналоговой обработки сигналов транзитом через промежуточную зону 6. В этом же проводящем слое смонтированы наружные электрорадиоэлементы 19 зоны 5 цифровой обработки сигналов (фиг.1б).

Изготавливается модуль приемника сигналов СРНС следующим образом. Вначале по технологии изготовления многослойных печатных плат изготавливаются по отдельности верхний 1₁, средний 1₂ и нижний 1₃ фрагменты многослойной печатной платы 1 (фиг.21), первый из которых, как указано выше, включает проводящие слои 2₁÷2₆, второй - проводящие слои 2₇÷2₁₀, а третий - проводящие слои 2₁₁÷2₁₈. В верхнем фрагменте 1₁ в проводящем слое 2₆ устанавливаются электрорадиоэлементы 20 зоны 4 аналоговой обработки сигналов, а в нижнем фрагменте 1₃ в проводящих слоях 2₁₁ и 2₁₈ устанавливаются электрорадиоэлементы 18 и 19 зоны 5 цифровой обработки сигналов. Затем на контактные площадки 12, 13, 14 и 15 наносится слой паяльной пасты (припоя), после чего фрагменты 1₁, 1₂ и 1₃ прижимаются друг к другу и спаиваются (спекаются), образуя многослойную печатную плату 1 с внутренними полостями 16 и 17, в которых располагаются электрорадиоэлементы 20 и 18 зон аналоговой 4 и цифровой 5 обработки сигналов. Таким образом, в готовом модуле на нижней стороне (в проводящем слое 2₁₈) располагаются электрорадиоэлементы 19 зоны 5 цифровой обработки сигналов, а верхняя сторона остается свободной от размещения электрорадиоэлементов, на ней располагаются только контактные площадки 22, служащие для внешних подключений, и земляная плоскость 21, являющаяся наружным экраном.

Рассмотренное конструктивное решение модуля приемника сигналов СРНС, характеризующееся размещением части его электрорадиоэлементов 20 и 18 во внутренних полостях 16 и 17 многослойной печатной платы 1, а также отсутствием электрических соединителей, позволяет получить компактный модуль приемника сигналов СРНС, требующий для своего размещения уменьшенной площади. Так, в рассмотренном примере, относящемся к опытному образцу модуля приемника сигналов СРНС ГЛОНАСС/GPS частотного диапазона F1/L1, размеры модуля приемника сигналов СРНС (в плане) составляют (30×30) мм при общей высоте примерно 8,5 мм.

Для размещения модуля приемника сигналов СРНС используется несущая печатная плата (на фигурах не показана) с контактными площадками, отвечающими контактным площадкам 22. Модуль приемника сигналов СРНС размещается на несущей печатной плате своей верхней стороной так, что его контактные площадки 22 соприкасаются с соответствующими контактными площадками несущей печатной платы. После этого модуль приемника сигналов СРНС припаивается своими контактными площадками 22 к контактным площадкам несущей печатной платы по технологии поверхностного монтажа.

Работа модуля приемника сигналов СРНС происходит следующим образом.

Через вход внешнего питания, образованный контактными площадками 22_А и 22_Б, с несущей печатной платы в модуль приемника сигналов СРНС поступает напряжение питания от внешнего источника питания. Из этого напряжения с помощью соответствующих узлов формирователей напряжений аналогового и цифрового питания формируются необходимые внутримодульные напряжения, распределяемые в зоне 4 аналоговой обработки сигналов с помощью соответствующих печатных проводников аналогового питания, а в зоне 5 цифровой обработки сигналов - с помощью плоскостей 40, 42 и участка 39 цифрового питания. При этом земляная плоскость 29 служит общим проводником питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны 4 аналоговой обработки сигналов, а земляная плоскость 34 - общим проводником питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны 5 цифровой обработки сигналов.

Через сигнальный вход, образованный контактными площадками 22_Б и 22_Г, с несущей печатной платы в модуль приемника сигналов СРНС поступают сигналы СРНС, например принятые внешней приемной антенной сигналы СРНС ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона F1/L1 (1,55-1,65 ГГц). В зоне 4 аналоговой обработки сигналов эти сигналы подвергаются усилению, фильтрации от помех и частотному преобразованию с понижением несущей частоты до десятков мегагерц, при этом используются формируемые в этой же зоне гетеродинные сигналы.

Далее сигналы передаются в зону 5 цифровой обработки сигналов через промежуточную зону 6 по транзитным цепям, включающим соответствующие металлизированные отверстия 11 и связанные с ними контактные площадки 12, 13 и 14, 15. При этом промежуточная зона 6 за счет своих экранирующих земляных плоскостей 7 и 8 обеспечивает внутриплатную разделительную экранировку между зонами аналоговой 4 и цифровой 5 обработки сигналов, уменьшая до приемлемого уровня паразитные наводки и наведенные помехи, обусловленные взаимным влиянием функциональных узлов зоны 4 аналоговой обработки сигналов и зоны 5 цифровой обработки сигналов друг на друга.

В зоне 5 цифровой обработки сигналов осуществляется аналого-цифровое преобразование сигналов, многоканальная корреляционная обработка и последующая обработка в цифровом процессоре, в результате чего формируются выходные сигналы, несущие навигационную информацию и/или информацию о точном времени.

Выходные сигналы передаются из зоны 5 цифровой обработки сигналов на соответствующие контактные площадки 22, расположенные в первом проводящем слое 2₁. Передача осуществляется через промежуточную зону 6 по транзитным цепям, включающим соответствующие металлизированные отверстия 11 и связанные с ними контактные площадки 15, 14, 13, 12. С контактных площадок 22 выходные сигналы далее поступают на несущую печатную плату для последующего их использования потребителем.

Таким образом, рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании конструкции компактного модуля приемника сигналов СРНС, требующего для своего размещения уменьшенной площади, что делает его перспективным для использования в малогабаритной радионавигационной аппаратуре.

Источники информации

1. RU 2172080 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, опубл. 10.08.2001.

2. RU 2188522 C1, H05K 1/14, Н01Р 11/00, опубл. 27.08.2002.

3. RU 2192108 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, опубл. 27.10.2002.

4. RU 2194375 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, опубл. 10.12.2002.

5. RU 2199839 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, 9/00, опубл. 27.02.2003.

6. RU 2173036 C1, H05K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, опубл. 27.08.2001.

7. RU 2287917 С1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, опубл. 20.11.2006.

8. RU 2287918 С1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, опубл. 20.11.2006.

9. RU 2287919 С1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, опубл. 20.11.2006.

10. RU 2287920 C1, H05K 1/14, опубл. 20.11.2006.

11. RU 2256936 C1, G01S 5/14, H04B 1/26, опубл. 20.07.2005.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании модулей приемников сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС). Технический результат - создание компактного модуля, требующего для своего размещения уменьшенной площади. Достигается тем, что модуль содержит многослойную печатную плату с проводящими и изолирующими слоями и металлизированными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов СРНС, поступающих от внешнего источника сигналов. Печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой обработки сигналов, сгруппированы в зоне, занимающей группу верхних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы. Печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам цифровой обработки сигналов, сгруппированы в зоне, занимающей группу нижних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы. Между зонами аналоговой и цифровой обработки сигналов располагается промежуточная зона с экранирующими земляными плоскостями, занимающая группу средних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы. Многослойная печатная плата состоит из трех соединенных между собой многослойных фрагментов - верхнего, среднего и нижнего. Верхний фрагмент включает в себя группу верхних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к зоне аналоговой обработки сигналов, нижний фрагмент - группу нижних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к зоне цифровой обработки сигналов, а средний фрагмент - группу средних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к промежуточной зоне. Средний фрагмент имеет Н-образный профиль поперечного сечения, образующий внутренние полости многослойной печатной платы, в которых располагаются внутренние электрорадиоэлементы зон аналоговой и цифровой обработки сигналов, установленные в нижнем внутреннем проводящем слое зоны аналоговой обработки сигналов и верхнем внутреннем проводящем слое зоны цифровой обработки сигналов. При этом в нижнем наружном проводящем слое зоны цифровой обработки сигналов располагаются наружные электрорадиоэлементы этой зоны, а в верхнем наружном проводящем слое зоны аналоговой обработки сигналов находятся земляная плоскость, образующая наружный экран зоны аналоговой обработки сигналов, и расположенные по краям контактные площадки, служащие для внешних подключений. 21 ил.

Модуль приемника сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащий многослойную печатную плату с проводящими и изолирующими слоями и металлизированными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС), поступающих от внешнего источника сигналов, при этом печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой обработки сигналов, сгруппированы в зоне аналоговой обработки сигналов, занимающей группу верхних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам цифровой обработки сигналов, сгруппированы в зоне цифровой обработки сигналов, занимающей группу нижних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, а между зонами аналоговой и цифровой обработки сигналов располагается промежуточная зона с экранирующими земляными плоскостями, занимающая группу средних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, отличающийся тем, что многослойная печатная плата состоит из трех соединенных между собой многослойных фрагментов - верхнего, среднего и нижнего, взаимодействующих друг с другом примыкающими контактными площадками, расположенными по краям соответствующих проводящих слоев соседствующих фрагментов, причем верхний фрагмент включает в себя группу верхних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к зоне аналоговой обработки сигналов, нижний фрагмент включает в себя группу нижних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к зоне цифровой обработки сигналов, а средний фрагмент включает в себя группу средних проводящих и изолирующих слоев многослойной печатной платы, относящихся к промежуточной зоне, при этом средний фрагмент имеет Н-образный профиль поперечного сечения, образующий внутренние полости многослойной печатной платы, в которых располагаются внутренние электрорадиоэлементы зон аналоговой и цифровой обработки сигналов, установленные соответственно в нижнем внутреннем проводящем слое зоны аналоговой обработки сигналов и верхнем внутреннем проводящем слое зоны цифровой обработки сигналов, при этом в нижнем наружном проводящем слое зоны цифровой обработки сигналов располагаются наружные электрорадиоэлементы этой зоны, а в верхнем наружном проводящем слое зоны аналоговой обработки сигналов находятся земляная плоскость, образующая наружный экран зоны аналоговой обработки сигналов, и расположенные по краям контактные площадки, служащие для внешних подключений.