МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ Российский патент 2013 года по МПК G01S7/00 H04B1/38 H05K1/11 H05K9/00 H05K3/46 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании малогабаритных модулей приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).

Модули приемников сигналов ГНСС служат для получения навигационной информации и/или информации о точном времени на основе принимаемых сигналов ГНСС, например сигналов ГНСС 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 ГНСС, в которых функциональные узлы, осуществляющие аналоговую и цифровую обработку сигналов ГНСС, 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 передаваемых 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 ГНСС. 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 ГНСС, представленных в патентах РФ: [7] - RU 2287918 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, 20.11.2006; [8] - RU 2287919 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, 20.11.2006; [9] - RU 2287920 C1, H05K 1/14, 20.11.2006, а также в модуле приемника сигналов ГНСС, представленном в патенте РФ [10] - RU 2287917 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, 20.11.2006, принятом в качестве прототипа.

Принятый в качестве прототипа модуль приемника сигналов ГНСС [10] содержит многослойную печатную плату с N проводящими слоями, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов ГНСС, а также средства для внешних подключений в виде высоко-частотного и низкочастотного соединителей. При этом печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой и цифровой обработки сигналов, сгруппированы по двум функциональным зонам - зонам аналоговой и цифровой обработки сигналов.

Зона аналоговой обработки сигналов занимает участки в проводящих слоях с первого по n-ый, зона цифровой обработки сигналов расположена под ней и занимает участки в проводящих слоях с (n+1)-го по N-ый. В примере, рассмотренном в [10], общее число проводящих слоев равно двенадцати (N=12), при этом зона аналоговой обработки сигналов занимает первые шесть проводящих слоев (n=6), а зона цифровой обработки сигналов - остальные шесть проводящих слоев (N - n=6). В общем случае количество проводящих слоев, занимаемых указанными зонами, может быть иным в зависимости от конкретной электрической схемы, но не меньше четырех слоев (n≥4) для зоны аналоговой обработки сигналов (один слой - наружный - для размещения электрорадиоэлементов, как минимум два внутренних слоя - для размещения печатных проводников, и один внутренний слой - для размещения экранирующей плоскости) и не меньше шести слоев (N-n≥6) для зоны цифровой обработки сигналов (один слой - наружный - для размещения электрорадиоэлементов, как минимум два внутренних слоя - для размещения печатных проводников, один внутренний слой - для размещения участков цифрового питания, один внутренний слой - для размещения земляной плоскости, служащей проводником питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны цифровой обработки сигналов, и один внутренний слой - для размещения экранирующей плоскости).

В наружном первом проводящем слое на границе с зоной аналоговой обработки сигналов располагается высокочастотный соединитель, служащий для подвода к многослойной печатной плате сигналов ГНСС. В наружном N-ом проводящем слое на границе с зоной цифровой обработки сигналов располагается низкочастотный соединитель, служащий для подвода к многослойной печатной плате внешнего питания и внешних управляющих сигналов и отвода обработанных сигналов.

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

В зоне цифровой обработки сигналов в k-ом проводящем слое, расположенном между (n+1)-ым и N-ым проводящими слоями, располагается земляная плоскость зоны цифровой обработки сигналов, служащая проводником питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны цифровой обработки сигналов. Эта земляная плоскость электрически соединена с выводом «Земля» низкочастотного соединителя, служащим для подвода потенциала «Земля» от внешнего источника питания. С этой земляной плоскостью с помощью сквозного металлизированного отверстия, образующего линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, соединен расположенный в первом проводящем слое участок ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов. В прототипе этот участок является частью общего земляного участка, с которым связаны все остальные проводники питания потенциала «Земля» электрорадиоэлементов зоны аналоговой обработки сигналов.

В каждой из зон аналоговой и цифровой обработки сигналов имеются экранирующие плоскости, расположенные, соответственно, в n-ом и (n+1)-ом проводящих слоях. Сквозное металлизированное отверстие, образующее линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, пересекает эти экранирующие плоскости без непосредственного электрического контакта с ними через соответствующие окна, лишенные металлизации.

С каждой из этих экранирующих плоскостей контактирует группа глухих металлизированных отверстий, расположенных по периметру соответствующей зоны и пересекающих все проводящие слои в пределах своей зоны. В каждой из зон эти глухие металлизированные отверстия контактируют с дополнительными экранирующими проводниками, расположенными по периметру каждой из зон в проводящих слоях с первого по (n-1)-ый и с (n+2)-го по N-ый соответственно. При этом экранирующий проводник, расположенный по периметру зоны аналоговой обработки сигналов в первом проводящем слое, соединен электропроводящей перемычкой с участком ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов, а экранирующий проводник, расположенный по периметру зоны цифровой обработки сигналов в N-ом проводящем слое, соединен электропроводящей перемычкой с расположенным в этом же проводящем слое земляным участком, электрически соединенным с земляной плоскостью, расположенной в k-ом проводящем слое. Тем самым в теле многослойной печатной платы образуются электропроводные каркасы двух внутриплатных экранов, обеспечивающих взаимное электромагнитное экранирование зон аналоговой и цифровой обработки сигналов.

В рассмотренной конструкции за счет одностороннего размещения электрорадиоэлементов в пределах зон аналоговой и цифровой обработки сигналов и размещения этих зон друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы достигается уменьшение площади модуля, а за счет внутриплатных объемных экранов обеспечивается взаимное экранирование этих зон и, соответственно, их внутриплатная электромагнитная совместимость.

Примененное в модуле-прототипе [10] конструктивное решение по обеспечению внутриплатного экранирования зон аналоговой и цифровой обработки сигналов, расположенных друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы, не является единственно возможным. Альтернативные решения представлены, в частности, в аналогах [7]-[9], где рассмотрены другие варианты внутриплатного экранирования зон аналоговой и цифровой обработки сигналов. Возможны и другие решения, отличные от решений, представленных в [7]-[10], одно из которых является предметом рассмотрения настоящей заявки.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является создание нового варианта модуля приемника сигналов ГНСС, расширяющего существующий арсенал модулей приемников сигналов ГНСС, характеризующихся размещением зон аналоговой и цифровой обработки сигналов друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы и их взаимным экранированием внутриплатными средствами.

Сущность изобретения заключается в следующем. Модуль приемника сигналов ГНСС содержит многослойную печатную плату с N проводящими слоями и металлизированными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов ГНСС, высокочастотный соединитель, расположенный в первом проводящем слое, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате сигналов ГНСС, и расположенный в N-ом проводящем слое низкочастотный соединитель, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате внешнего питания и управляющих сигналов и отвода от нее обработанных сигналов. Печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой и цифровой обработки сигналов, сгруппированы по соответствующим зонам, первая из которых - зона аналоговой обработки сигналов - занимает участки в проводящих слоях с первого по n-ый, а вторая - нижние проводящие слои с (n+1)-го по N-ый, где n≥4, N-n≥6. B n-ом проводящем слое находится экранирующая плоскость зоны аналоговой обработки сигналов. В соседним с ним (n+1)-ом проводящем слое находится экранирующая плоскость зоны цифровой обработки сигналов. В k-ом проводящем слое, расположенном между (n+1)-ым и N-ым проводящими слоями, находится земляная плоскость зоны цифровой обработки сигналов, служащая проводником питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны цифровой обработки сигналов, электрически соединенная с выводом «Земля» низкочастотного соединителя, а также, с помощью сквозного металлизированного отверстия, образующего линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, - с участком ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов, расположенным в первом проводящем слое. Сквозное металлизированное отверстие, образующее линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, пересекает находящуюся в n-ом проводящем слое экранирующую плоскость зоны аналоговой обработки сигналов без непосредственного электрического контакта с ней через соответствующее окно, лишенное металлизации. По периметру зоны цифровой обработки сигналов располагается группа глухих металлизированных отверстий, пересекающих проводящие слои данной зоны с (n+1)-го по N-ый, а по периметру зоны аналоговой обработки сигналов располагается другая группа глухих металлизированных отверстий, пересекающих проводящие слои данной зоны с первого по n-ый, причем в n-ом проводящем слое эти глухие металлизированные отверстия контактируют с экранирующей плоскостью зоны аналоговой обработки сигналов. В отличие от прототипа, сквозное металлизированное отверстие, образующее линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, пересекает находящуюся в (n+1)-ом проводящем слое экранирующую плоскость зоны цифровой обработки сигналов с обеспечением электрического контакта с ней, глухие металлизированные отверстия, располагающиеся по периметру зоны аналоговой обработки сигналов, контактируют с земляными участками, заполняющими свободные от размещения печатных проводников площади в проводящих слоях с первого по (n-1)-ый, глухие металлизированные отверстия, располагающиеся по периметру зоны цифровой обработки сигналов, контактируют с находящейся в k-ом проводящем слое земляной плоскостью, а также с земляными участками, заполняющими свободные от размещения печатных проводников площади в проводящих слоях зоны цифровой обработки сигналов, не занятых земляной и экранирующей плоскостями, а располагающийся в первом проводящем слое участок ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов выполнен в виде локализованной контактной площадки и соединен с окружающим ее земляным участком в одном месте с помощью резистора нулевого сопротивления.

Сущность изобретения и его реализуемость поясняются чертежами, представленными на фиг.1-13, иллюстрирующими пример выполнения модуля приемника сигналов ГНСС на десятислойной (N=10) печатной плате.

На фиг.1 представлен фрагмент десятислойной печатной платы в разрезе (расположение печатных проводников и металлизированных отверстий условное);

на фиг.2 - фрагмент расположения электрорадиоэлементов в первом проводящем слое (2а - вид со стороны элементов первого проводящего слоя, печатные проводники условно не показаны, 2б - вид с торца на высокочастотный соединитель);

на фиг.3 - фрагмент расположения электрорадиоэлементов в десятом 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).

Заявляемый модуль приемника сигналов ГНСС (далее модуль) содержит многослойную печатную плату 1 с N проводящими слоями 2. В рассматриваемом примере многослойная печатная плата 1 имеет десять (N=10) 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 и десятый проводящий слой 2₁₀. Проводящие слои 2₁ и 2₁₀ являются наружными, а проводящие слои 2₂÷2₉ - внутренними; все проводящие слои 2 (2₁, 2₂, 2₃, 2₄, 2₅, 2₆, 2₇, 2₈, 2₉, 2₁₀) 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 ГНСС, сгруппированные по зонам аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов (фиг.1-3).

Высокочастотный соединитель 4 расположен в первом проводящем слое 2₁ на границе с зоной 6 аналоговой обработки сигналов (фиг.2а) и служит для подвода к многослойной печатной плате 1 сигналов ГНСС, поступающих от внешней антенны. В качестве высокочастотного соединителя 4 используется предназначенный для поверхностного монтажа высокочастотный соединитель с планарными выводами, например розетка прямая типа ММСХ R110 422 100 фирмы RADIALL. Высокочастотный соединитель 4 устанавливается в торцевом вырезе многослойной печатной платы 1 (фиг.2б) и распаивается на соответствующих контактных площадках.

В рассматриваемом примере показан вариант модуля с одним установленным на многослойной печатной плате 1 высокочастотным соединителем 4, предназначенным для подключения пассивной антенны. Возможен вариант модуля с двумя высокочастотными соединителями (на фигурах не показано), где второй высокочастотный соединитель используется для подключения активной антенны. Для этого в многослойной печатной плате 1 предусмотрено соответствующее дополнительное посадочное место - второй торцевой вырез и соответствующие контактные площадки для распайки второго высокочастотного соединителя.

Низкочастотный соединитель 5 расположен в N-ом (десятом) проводящем слое 2₁₀ на границе с зоной 7 цифровой обработки сигналов (фиг.3) и предназначен для подвода к многослойной печатной плате 1 внешнего питания и управляющих сигналов и отвода от нее обработанных сигналов. В качестве соединителя 5 может использоваться предназначенный для поверхностного монтажа низкочастотный соединитель с пла-нарными выводами, например розетка прямая типа CLM-115-02-G-D-P (2×15) фирмы SAMTEC.

Зона 6 аналоговой обработки сигналов занимает верхние проводящие слои с первого по n-ый, а зона 7 цифровой обработки сигналов располагается под зоной 6 аналоговой обработки сигналов и занимает нижние проводящие слои с (n+1)-го по N-ый, где n≥4, N-n≥6. В рассматриваемом примере, отвечающем случаю N=10, n=4 и N-n=6, зона 6 аналоговой обработки сигналов занимает первые четыре проводящих слоя 2₁, 2₂, 2₃, 2₄, (фиг.1, 2, 4-7), а зона 7 цифровой обработки сигналов занимает остальные шесть проводящих слоев 2₅, 2₆, 2₇, 2₈, 2₉, 2₁₀ (фиг.1, 3, 8-13).

Межслойные электрические соединения в зоне 6 аналоговой обработки сигналов осуществляются с помощью глухих металлизированных отверстий 8, межслойные электрические соединения в зоне 7 цифровой обработки сигналов осуществляются с помощью глухих металлизированных отверстий 9, а межслойные электрические соединения между зонами аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов осуществляются с помощью сквозных металлизированных отверстий 10. Примеры выполнения и размещения некоторых из этих металлизированных отверстий представлены на фиг.1, 4-13.

В n-ом (четвертом) проводящем слое 2₄ находится экранирующая плоскость 11 зоны 6 аналоговой обработки сигналов (фиг.7), а в соседнем (n+1)-ом (пятом) проводящем слое 2₅ находится экранирующая плоскость 12 зоны 7 цифровой обработки сигналов (фиг.8).

В k-ом проводящем слое, расположенном между (n+1)-ым и N-ым проводящими слоями (в рассматриваемом примере, отвечающем случаю k=9, - в девятом проводящем слое 2₉), находится земляная плоскость 13 зоны 7 цифровой обработки сигналов (фиг.12), служащая проводником питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов данной зоны.

Земляная плоскость 13 электрически соединена с выводами 14 «Земля» низкочастотного соединителя 5 (фиг.3, 12, 13), служащими для подвода потенциала «Земля» от внешнего источника питания.

Кроме этого, земляная плоскость 13 электрически соединена с расположенным в первом проводящем слое 2₁ участком 15 ввода потенциала «Земля» в зону 6 аналоговой обработки сигналов, представляющим собой локализованную контактную площадку (фиг.12). Соединение земляной плоскости 13 с участком 15 осуществлено с помощью сдвоенного сквозного металлизированного отверстия 10_А, образующего линию ввода потенциала «Земля» в зону 6 аналоговой обработки сигналов из зоны 7 цифровой обработки сигналов (на фиг.4 - 13 в качестве примера обозначено одно отверстие 10_А).

Сдвоенное сквозное металлизированное отверстие 10_А, образующее линию ввода потенциала «Земля» в зону 6 аналоговой обработки сигналов из зоны 7 цифровой обработки сигналов, пересекает экранирующую плоскость 12 зоны 7 цифровой обработки сигналов с обеспечением электрического контакта с ней (фиг.8), а экранирующую плоскость 11 зоны 6 аналоговой обработки сигналов - без непосредственного электрического контакта с ней через соответствующее окно, лишенное металлизации (фиг.7).

По периметру зоны 6 аналоговой обработки сигналов располагается группа глухих металлизированных отверстий 8_А, пересекающих все проводящие слои данной зоны с первого по n-ый (т.е. с первого слоя 2 по четвертый слой 2₄) (фиг.4-7).

Глухие металлизированные отверстия 8_А контактируют с экранирующей плоскостью 11 зоны 6 аналоговой обработки сигналов, находящейся в n-ом (четвертом) проводящем слое 2₄, а также с земляными участками 16, заполняющими свободные от размещения печатных проводников площади в проводящих слоях с первого по (n-1)-ый (т.е. в проводящих слоях с 2₁ по 2₃) (фиг.4-7).

Помимо глухих металлизированных отверстий 8_A, располагающихся по периметру зоны 6 аналоговой обработки сигналов, земляные участки 16 также соединены друг с другом и с экранирующей плоскостью 11 глухими металлизированными отверстиями 8_Б, расположенными внутри периметра данной зоны 9 (на фиг.4-7 в качестве примера обозначено одно из отверстий 8_Б).

Земляные участки 16, расположенные во втором 2₂ и третьем 2₃ проводящих слоях, пересекаются сдвоенным сквозным металлизированным отверстием 10_А, образующим линию ввода потенциала «Земля» в зону 6 аналоговой обработки сигналов из зоны 7 цифровой обработки сигналов, без непосредственного электрического контакта между ними через соответствующие окна, лишенные металлизации (фиг.5, 6).

Располагающийся в первом проводящем слое 2₁ участок 15 ввода потенциала «Земля» в зону 6 аналоговой обработки сигналов электрически соединен в одном месте с окружающим ее земляным участком 16 с помощью резистора нулевого сопротивления 17 (фиг.2, 4).

Тем самым в зоне 6 аналоговой обработки сигналов образуется внутриплатный объемный экран, соединенный в одном месте с участком 15 ввода потенциала «Земля» в зону 6 аналоговой обработки сигналов.

По периметру зоны 7 цифровой обработки сигналов располагается группа глухих металлизированных отверстий 9_А, пересекающих все проводящие слои данной зоны с (n+1)-го по N-ый (т.е. с пятого слоя 2₅ по десятый слой 2₁₀) (фиг.8-13).

Глухие металлизированные отверстия 9_А контактируют с земляной плоскостью 13, находящейся в k-ом (девятом) проводящем слое 2₉, а также с земляными участками 18, заполняющими свободные от размещения печатных проводников площади в проводящих слоях зоны 7 цифровой обработки сигналов, не занятых земляной 13 и экранирующей 12 плоскостями, т.е. в проводящих слоях 2₆, 2₇, 2₈, 2₁₀ (фиг.9, 10, 11, 13).

Кроме этого земляные участки 18 электрически соединены друг с другом и с земляной плоскостью 13 сдвоенным сквозным металлизированным отверстием 10_А, а также глухими металлизированными отверстиями 9_Б, располагающимися внутри периметра зоны 7 цифровой обработки сигналов (на фиг.9-13 в качестве примера обозначено одно из отверстий 9_Б).

При этом экранирующая плоскость 12 зоны 7 цифровой обработки сигналов не контактирует с глухими металлизированными отверстиями 9_А и 9_Б и соединена с «землей» своей зоны только в одном месте - месте пересечения с ней сдвоенного сквозного металлизированного отверстия 10_А (фиг.8).

Тем самым в зоне 7 цифровой обработки сигналов образуется свой внутриплатный объемный экран с обособленной экранирующей плоскостью 12, соединенной в одном месте с «землей» зоны 7 аналоговой обработки сигналов.

За счет этих двух внутриплатных объемных экранов обеспечивается взаимное экранирование зон аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов и, соответственно, их внутриплатная электромагнитная совместимость.

В рассматриваемом примере заявляемый модуль выполнен на многослойной печатной плате 1 с размерами (25×32) мм. Это стало возможным, в частности, за счет применения интегральных микросхем сверхвысокой интеграции.

Так, в зоне 6 аналоговой обработки сигналов основные процессы, связанные с преобразованием и аналоговой обработкой сигналов ГНСС, осуществляются с помощью микросхемы 19 типа NT1026 ТСЮИ.431328.007 ТУ (фиг.2), а в зоне 7 цифровой обработки сигналов основные процессы, связанные с цифровой корреляционной обработкой сигналов и вычислениями навигационных параметров, осуществляются с помощью микросхемы 20 (коррелятор-процессор цифровой BGA ТСЮИ.431262.035 ТУ) и микросхемы памяти 21 (микросхема SST34HF32A4-70-4E-L1PE SST) (фиг.3).

Исходя из требований к питанию этих основных микросхем 19, 20 и 21 в заявляемом модуле осуществлено формирование сетки необходимых питающих напряжений и произведена разводка цепей питания по зонам аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов следующим образом.

Выводы 22 «Питание» низкочастотного соединителя 5 (фиг.3), служащие для подвода потенциала «Питание» от внешнего источника питания, электрически соединены с расположенными в зоне 7 цифровой обработки сигналов входными фильтрующими LC элементами 23 и 24, предназначенными для фильтрации входного питающего напряжения от высокочастотных составляющих. Отфильтрованное входное питающее напряжение далее поступает на вход стабилизированного преобразователя постоянного напряжения 25 (DC/DC-преобразователь типа LTC3100EUD PBF фирмы Linear Technology), формирующего напряжения питания трех номиналов: V1=3,15 В, V2=2,5В и V3=1,8B.

Напряжения питания номиналов V1 и V3 поступают в зоне 7 цифровой обработки сигналов на участки 26 и 27 цифрового питания, расположенные в (n+2)-ом (шестом) проводящем слое 2б (фиг.9), служащие проводниками питания потенциалов V1 и V3 для электрорадиоэлементов зоны 7 цифровой обработки сигналов. Подведение указанных напряжений от стабилизированного преобразователя постоянного напряжения 25 к участкам 26 и 27 цифрового питания осуществляется с помощью сдвоенного сквозного металлизированного отверстия 10_V1 и группы глухих металлизированных отверстий 9_V3 (фиг.9 - 13) (в качестве примера на указанных фигурах обозначены по одному из отверстий 10_V1 и 9_V3).

Сформированные в зоне 7 цифровой обработки сигналов напряжения питания номиналов V1 и V2 с помощью соответствующих сдвоенных сквозных металлизированных отверстий 10_V1 и 10_V2 передаются в зону 6 аналоговой обработки сигналов, где с помощью печатных проводников 28 и 29, расположенных в четвертом проводящем слое 24 (фиг.7), и сдвоенных глухих металлизированных отверстий 8_V1 и 8_V2 (фиг.4-7) поступают на входы фильтров питания 30 и 31, например типа NFM18PC225B0J3 фирмы Murata (в качестве примера на указанных фигурах обозначены по одному из отверстий 10_V1, 10_V2, 8_V1 и 8_V2).

С выходов фильтров 30 и 31 напряжения питания номиналов V1 и V2 поступают на соответствующие проводники аналогового питания, расположенные во втором 2₂ и третьем 2₃ проводящих слоях, с которыми соединены выводы питания электрорадиоэлементов зоны 6 аналоговой обработки сигналов.

Работа модуля осуществляется следующим образом. Входное питающее напряжение от внешнего источника питания поступает на выводы 14 и 22 «Земля» и «Питание» низкочастотного соединителя 5. Из этого напряжения с помощью стабилизированного преобразователя постоянного напряжения 25 формируются напряжения питания номиналов V1, V2 и V3, которые распределяются по зонам аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов. Через высокочастотный соединитель 4 на многослойную печатную плату 1 от антенны поступают сигналы ГНСС, например сигналы ГНСС ГЛОНАСС и GPS частотного диапазона 1,2-1,7 ГГц, а через низкочастотный соединитель 5 поступают необходимые для работы модуля управляющие сигналы от внешнего управляющего устройства. В зоне 6 аналоговой обработки сигналов сигналы ГНСС с помощью микросхемы 19 подвергаются усилению, фильтрации от помех, частотному преобразованию с понижением несущей частоты, а также аналого-цифровому преобразованию. Далее сигналы передаются в зону 7 цифровой обработки сигналов по соответствующим линиям связи, образованным сквозными металлизированными отверстиями 10, пересекающими земляные участки 16, экранирующие плоскости 11 и 12, земляные участки 18, земляную плоскость 13 и участки цифрового питания 26 и 27 через выполненные в них окна, лишенные металлизации. В зоне 7 цифровой обработки сигналов осуществляется многоканальная корреляционная обработка с помощью микросхем 20 и 21 с получением первичных радионавигационных параметров, на основании которых определяются выходные навигационные данные. Эти данные, несущие навигационную информацию и/или информацию о точном времени, поступают на соответствующие выводы низкочастотного соединителя 5, откуда снимаются потребителем.

При этом за счет наличия внутриплатных объемных экранов осуществляется эффективное экранирование зон аналоговой 6 и цифровой 7 обработки сигналов и обеспечивается их внутриплатная электромагнитная совместимость. Результатом этого является уменьшение до приемлемого уровня паразитных наводок и наведенных помех, обусловленных взаимным влиянием аналоговых и цифровых узлов, что обеспечивает работоспособность модуля в реальных условиях приема.

Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании нового варианта модуля приемника сигналов ГНСС, расширяющего существующий арсенал модулей приемников сигналов ГНСС, которые характеризуются размещением зон аналоговой и цифровой обработки сигналов друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы и их экранированием внутриплатными средствами.

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 2287918 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, опубл. 20.11.2006.

8. RU 2287919 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, опубл. 20.11.2006.

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

10. RU 2287917 C1, H05K 1/11, 3/46, 9/00, опубл. 20.11.2006.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании малогабаритных модулей приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Технический результат - создание нового варианта модуля, расширяющего существующий арсенал модулей, характеризующихся размещением зон аналоговой и цифровой обработки сигналов друг под другом по разным сторонам многослойной печатной платы и их взаимным экранированием внутриплатными средствами. Достигается тем, что модуль содержит многослойную печатную плату с N проводящими слоями и металлизированными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения, несущую высокочастотный и низкочастотный соединители, а также печатные проводники и электрорадиоэлементы, сгруппированные по зонам аналоговой и цифровой обработки сигналов. В n-ом проводящем слое находится экранирующая плоскость зоны аналоговой обработки сигналов. В соседним с ним (n+1)-ом проводящем слое находится экранирующая плоскость зоны цифровой обработки сигналов. Земляная плоскость зоны цифровой обработки сигналов с помощью сквозного металлизированного отверстия, образующего линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, соединена с расположенным в первом проводящем слое участком ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов, соединенным с окружающим его земляным участком в одном месте с помощью резистора нулевого сопротивления. Указанное сквозное металлизированное отверстие пересекает экранирующую плоскость и земляные участки зоны цифровой обработки сигналов с обеспечением электрического контакта с ними, а экранирующую плоскость и земляные участки зоны аналоговой обработки сигналов - без электрического контакта с ними. 13 ил.

Модуль приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, содержащий многослойную печатную плату с N проводящими слоями и металлизированными отверстиями, посредством которых осуществляются межслойные электрические соединения, несущую печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, предназначенной для приема и обработки сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), высокочастотный соединитель, расположенный в первом проводящем слое, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате сигналов ГНСС, и расположенный в N-м проводящем слое низкочастотный соединитель, предназначенный для подвода к многослойной печатной плате внешнего питания и управляющих сигналов и отвода от нее обработанных сигналов, при этом печатные проводники и электрорадиоэлементы, относящиеся к узлам аналоговой и цифровой обработки сигналов, сгруппированы по соответствующим зонам, первая из которых - зона аналоговой обработки сигналов - занимает участки в проводящих слоях с первого по n-й, а вторая - зона цифровой обработки сигналов - занимает участки в проводящих слоях с (n+1)-го по N-й, где n≥4, N-n≥6, при этом в n-м проводящем слое находится экранирующая плоскость зоны аналоговой обработки сигналов, в (n+1)-м проводящем слое находится экранирующая плоскость зоны цифровой обработки сигналов, а в k-м проводящем слое, расположенном между (n+1)-м и N-м проводящими слоями, находится земляная плоскость зоны цифровой обработки сигналов, служащая проводником питания потенциала «Земля» для электрорадиоэлементов зоны цифровой обработки сигналов, электрически соединенная с выводом «Земля» низкочастотного соединителя, а также с помощью сквозного металлизированного отверстия, образующего линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, - с участком ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов, расположенным в первом проводящем слое, при этом сквозное металлизированное отверстие, образующее линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, пересекает находящуюся в n-м проводящем слое экранирующую плоскость зоны аналоговой обработки сигналов без непосредственного электрического контакта с ней через соответствующее окно, лишенное металлизации, по периметру зоны цифровой обработки сигналов располагается группа глухих металлизированных отверстий, пересекающих проводящие слои данной зоны с (n+1)-го по N-й, а по периметру зоны аналоговой обработки сигналов располагается другая группа глухих металлизированных отверстий, пересекающих проводящие слои данной зоны с первого по n-й, причем в n-м проводящем слое эти глухие металлизированные отверстия контактируют с экранирующей плоскостью зоны аналоговой обработки сигналов, отличающийся тем, что сквозное металлизированное отверстие, образующее линию ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов из зоны цифровой обработки сигналов, пересекает находящуюся в (n+1)-м проводящем слое экранирующую плоскость зоны цифровой обработки сигналов с обеспечением электрического контакта с ней, глухие металлизированные отверстия, располагающиеся по периметру зоны аналоговой обработки сигналов, контактируют с земляными участками, заполняющими свободные от размещения печатных проводников площади в проводящих слоях с первого по (n-1)-й, глухие металлизированные отверстия, располагающиеся по периметру зоны цифровой обработки сигналов, контактируют с находящейся в k-м проводящем слое земляной плоскостью, а также с земляными участками, заполняющими свободные от размещения печатных проводников площади в проводящих слоях зоны цифровой обработки сигналов, не занятых земляной и экранирующей плоскостями, а располагающийся в первом проводящем слое участок ввода потенциала «Земля» в зону аналоговой обработки сигналов выполнен в виде локализованной контактной площадки и соединен с окружающим ее земляным участком в одном месте с помощью резистора нулевого сопротивления.