МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЗАЩИЩЕННЫЙ МИКРОВЫЧИСЛИТЕЛЬ Российский патент 2017 года по МПК G06F15/00 

Устройство относится к вычислительной технике, точнее к мобильным, портативным, информационно защищенным компьютерным средствам, и может быть использовано для создания многофункциональных защищенных микровычислителей, комплексно защищенных от внешних воздействующих факторов.

Известен защищенный микровычислитель, содержащий интегральные схемы малой и средней степени интеграции, размещенные в защитном корпусе из радиационно-стойкого материала [1]. Данное устройство позволяет использовать интегральные микросхемы (чипы) коммерческого и индустриального классов вместо радиационно-стойких микросхем за счет наличия соответствующего защитного корпуса.

К недостаткам данного устройства следует отнести его недостаточные функциональные возможности по выполняемым алгоритмам работы (из-за узкой специализации интегральных микросхем) и из-за невозможности работы в среде с комплексным воздействием различных внешних факторов (электромагнитного и ионизирующего излучения, климатических воздействий) вследствие недостаточно универсального характера защиты, представляемой радиационно-стойким защитным корпусом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многофункциональный защищенный микровычислитель, содержащий сверхбольшую интегральную схему «система на кристалле» (СБИС «СнК») в защитном корпусе из композитного материала, каждый слой которого обеспечивает защиту от различных видов внешних воздействия [2]. Известное устройство характеризуется широкими функциональными возможностями, обеспечиваемыми высокой производительностью и разнообразными режимами работы БИС «СнК». Недостатками устройства являются незащищенность внешних интерфейсов (портов ввода-вывода информации) от неблагоприятных внешних факторов, поскольку данные интерфейсы (порты) находятся вне пределов защитного экрана.

В изобретении решается задача обеспечения устройства комплексной защитой от внешних воздействующих факторов при сохранении широких функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача решается тем, что в многофункциональном защищенном микровычислителе СБИС «СнК» и порты ввода-вывода информации совместно размещены в общем защитном корпусе из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов, при этом порты ввода-вывода информации, относящиеся к первой группе, полосы частот сигнала которых попадают в спектральные полосы пропускания защитного многослойного материала, выполнены беспроводными, в устройство дополнительно введен пульт дистанционного управления, рабочая полоса частот которого попадает в полосу частот пропускания защитного материала корпуса, а порты ввода-вывода информации, относящиеся к второй группе, и полосы частот сигнала которых, например, не попадают в спектральные полосы пропускания защитного материала, выполнены проводными, корпуса разъемов которых установлены в отверстиях защитного корпуса.

В первом частном варианте выполнения устройства корпуса разъемов проводных портов ввода-вывода информации выполнены из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов.

В втором частном варианте выполнения устройства корпуса разъемов портов ввода-вывода информации выполнены из стандартного материала и снабжены заглушками из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов, причем в заглушках выполнены отверстия для вывода сигнальных проводников с защитной изоляцией из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов.

За счет универсальных защитных свойств защитного корпуса из многослойного материала (каждый слой которого обеспечивает защиту от определенного вида внешнего воздействующего фактора) в комбинации с топологией размещения всех компонентов устройства в едином защитном экране достигается комплексная защита от внешних воздействующих факторов, при этом сохранение функциональных возможностей устройства обеспечивается выполнением портов ввода-вывода в двух вариантах - беспроводными портами (относящимися к первой группе), у которых полосы частот сигнала согласованы с спектральными полосами пропускания многослойного защитного материала, и проводными портами (относящимися к второй группе) при соответствующем выполнении корпусов портов второй группы, которое способствует сохранению защитных свойств экрана в отверстиях, занятых корпусами портов второй группы.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежа на фиг. 1, на которой представлен общий вид и состав устройства. Устройство содержит СБИС «СнК» 1, беспроводные порты 2₁-2_m ввода-вывода информации, проводные порты 3₁-3_n ввода-вывода информации, защитный корпус 4 из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов и пульт 4 дистанционного управления, причем m=1, 2, …, М; n=1, 2, …, N, где М и N - числа соответственно беспроводных и проводных портов ввода-вывода информации.

Спектральные полосы сигнала беспроводных портов 2₁-2_m соответствуют спектральным полосам пропускания многослойного защитного материала. Спектральные полосы сигнала проводных портов 3₁-3_n могут быть любыми, в том числе не попадающими в полосу частот пропускания защитного материала.

Защитный корпус 4 содержит отверстия, в которых установлены разъемы проводных портов 3₁-3_n ввода-вывода информации. В первом частном варианте выполнения устройства корпуса разъемов проводных портов 3₁-3_n ввода-вывода информации выполнены из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов. Во втором частном варианте выполнения устройства корпуса разъемов проводных 3₁-3_n портов выполнены из стандартного материала и снабжены заглушками из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов, при этом в заглушках выполнены отверстия для вывода сигнальных проводников, защитная изоляция которых выполнена из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов.

СБИС в общем случае включает в себя многоядерные процессоры, электронные узлы спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS, графические видеоконтроллеры (в формате HDMI, Display Port, SVGA, VGA), аудио контроллеры (Dolby), встроенную динамическую и статическую, постоянную и перезаписываемую память (SRAM/PSRAM/ROM/NOR FLASH/DDR3), программные интерфейсы UART, JTAG, I²C, информационные интерфейсы USB, Ethernet, каждый из которых сопряжен с соответствующими проводными 3₁-3_n и беспроводными 2₁-2_m портами ввода-вывода информации, включая Bluetooth, Wi-Fi.

В третьем частном варианте выполнения устройства многослойный материал выполнен в виде структуры «металл - диэлектрик - композитный материал - диэлектрик - металл» при толщине стенок защитного корпуса порядка нескольких миллиметров, в том числе радиационно-стойким и содержащим, например, слои из материалов и соединений W, Cu, Al₂O₃, Fe, Ni, Co [1], сапфира, керамического материала из соединений оксидов железа, марганца [3]. Каждый слой многослойного материала обеспечивает защиту от определенного воздействующего фактора или от группы факторов. Составом слоев многослойного защитного материала обеспечивается повышенная стойкость к следующим факторам: действию климатических факторов (соляного - морского - тумана, плесневых грибов; конденсируемых осадков; изменению влажности; изменению давления; атмосферным осадкам; гидростатическому давлению; статической и динамической пыли; солнечному излучению) действию агрессивных сред, в том числе компонентов ракетного топлива, химических растворов, биологических сред. При этом обеспечиваются малые габариты микровычислителя (не более нескольких десятков миллиметров по каждому из трех измерений), малой потребляемой мощностью порядка нескольких Ватт, широкий температурный диапазон при возможном использовании нагревательных или охлаждающих элементов (элементов Пельтье).

Устройство работает следующим образом. При включенном питании устройства (поступающим, например, через соответствующий вывод разъема USB) входная информация поступает через проводные 3₁-3_n и беспроводные 2₁-2_m порты в СБИС «СнК» 1, в которой осуществляется требуемая обработка информации, осуществляемая при необходимости совместно с процессорами графической видео подсистемы и аудио подсистемы. Обработка информации осуществляется с возможным использованием сигналов, поступающих с различных вспомогательных датчиков (GPS/GLONASS). Результат обработки поступает на выход проводных 3₁-3_n и беспроводных 2₁-2_m портов ввода-вывода информации. С помощью пульта 5 дистанционного управления осуществляется управление как собственно процессом обработки, так и состоянием беспроводных 2₁-2_m портов ввода-вывода информации и вспомогательных датчиков.

Устройство в силу универсального характера выполняемых функций и комплексной защиты от разнообразных видов внешнего воздействия (излучений, электромагнитных волн, климатических факторов) может быть использовано в различных системах управления наземного, воздушного, морского и космического базирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Василенков Н., Максимов А., Грабчиков С., Ластовский С. Специализированные радиационно-защитные корпуса для изделий микроэлектроники. // Электроника (наука, технология, бизнес), 2015, №4, с. 50-53.

2. Белоус А.И., Солодуха В.А., Шведов С.В. Микросхемы в корпусе и на пластине. Глава 11 в кн.: Космическая электроника (книга 2). // М.: Техносфера, 2015 (прототип).

3. Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов. // М.: Радио и связь, 1989.

Изобретение относится к многофункциональным защищенным микровычислителям. Технический результат заключается в обеспечении устройства комплексной защитой от внешних воздействующих факторов при сохранении функциональных возможностей устройства. Устройство содержит сверхбольшую интегральную схему «система на кристалле», проводные и беспроводные порты ввода-вывода информации, размещенные в общем защитном экране, выполненном из многослойного защитного материала, а также пульт дистанционного управления, при этом корпуса проводных портов ввода-вывода информации, расположенных в отверстиях корпуса, выполнены из многослойного защитного материала либо выполнены из стандартного материала и снабжены заглушками, выполненными из многослойного защитного материала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Многофункциональный защищенный микровычислитель, содержащий сверхбольшую интегральную схему «система на кристалле», порты ввода-вывода информации и защитный корпус из многослойного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов, отличающийся тем, что порты ввода-вывода информации размещены в едином защитном корпусе вместе с сверхбольшой интегральной схемой «система на кристалле», порты ввода-вывода информации выполнены в виде портов первой группы и портов второй группы, из которых порты первой группы выполнены в виде беспроводных портов ввода-вывода информации, а порты второй группы выполнены в виде проводных портов ввода-вывода информации, корпуса разъемов которых расположены в отверстиях защитного корпуса, в устройство дополнительно введен пульт дистанционного управления, при этом полоса частот сигнала беспроводных портов ввода-вывода информации и полоса частот сигнала дистанционного пульта управления попадают в спектральные полосы пропускания защитного многослойного материала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпуса разъемов проводных портов ввода-вывода информации выполнены из многослойного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпуса разъемов проводных портов ввода-вывода информации выполнены из стандартного материала и снабжены защитными заглушками из многослойного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов, при этом в заглушках выполнены отверстия для вывода сигнальных проводников, защитная изоляция которых также выполнена из многослойного защитного материала с комплексной защитой от внешних воздействующих факторов.

4. Устройство по п. 1, или 2, или 3, отличающееся тем, что многослойный защитный материал выполнен радиационно-защитным.