МЕАНДРОВАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА Российский патент 2019 года по МПК H03H7/30 

Описание патента на изобретение RU2694741C1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от электростатического разряда (ЭСР).

В настоящее время актуальной задачей является защита РЭА от импульсов наносекундного и субнаносекундного диапазонов, которые способны проникать в различные узлы РЭА, минуя электромагнитные экраны устройств. Большую опасность из таких импульсов представляет ЭСР, поскольку его влияние является достаточно распространенной причиной выхода РЭА из строя. Традиционными схемотехническими средствами защиты от такого воздействия являются фильтры, устройства развязки, ограничители помех, разрядные устройства, а конструктивными - защитные экраны и методы повышения однородности экранов, заземление и методы уменьшения импедансов цепей питания. Известно, что включаемые на входе аппаратуры устройства защиты обладают рядом недостатков (малая мощность, недостаточное быстродействие, паразитные параметры), затрудняющих защиту от ЭСР. Эффективная защита в широком диапазоне воздействий требует сложных многоступенчатых устройств. Между тем, наряду с высокими характеристиками, практика требует простоты и дешевизны устройств защиты, поэтому необходима разработка новых устройств защиты от ЭСР.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов [Суровцев Р.С., Газизов Т.Р., Носов А.В., Заболоцкий A.M., Кукенко С.П. Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов. Патент РФ №2607252], состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды.

Недостатком устройства-прототипа является невозможность его использования для защиты от ЭСР.

Рассмотрим типовую форму ЭСР (Фиг. 1) согласно стандарту IEC 61000-4:2003 [2012 Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4: Testing and measurement techniques - Section 2: Electrostatic discharge immunity test, IEC 61000-4:2003]. Для ясности дальнейшего изложения введем следующие пояснения: первая часть ЭСР - пиковый выброс ЭСР длительностью 4 нс, вторая часть ЭСР - часть ЭСР после пикового выброса длительностью 4 нс.

Заявляется линия задержки, состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, диэлектрической среды, с выбором параметров линии такими, что обеспечиваются равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, отличающаяся тем, что выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается равенство длительности пикового выброса электростатического разряда значению удвоенной длины линии, умноженной на модуль разности погонных задержек четной и нечетной мод линии.

Достоинством заявляемого устройства, в отличие от устройства-прототипа, является возможность его использования для защиты РЭА от ЭСР.

Техническим результатом является разложение пикового выброса ЭСР на последовательность импульсов меньшей амплитуды за счет выбора параметров и длины линии. Технический результат достигается за счет выбора параметров линии такими, чтобы обеспечить равенство длительности пикового выброса ЭСР значению удвоенной длины линии, умноженной на модуль разности погонных задержек четной и нечетной мод линии. За счет этого, пиковый выброс ЭСР раскладывается на три основных импульса, каждый из которых приходит к концу линии по окончании предыдущего: импульс ближней перекрестной наводки от фронта пикового выброса ЭСР (первый импульс) и импульсы нечетной и четной мод (второй и третий импульсы). Позже к концу линии будут приходить импульсы разной полярности, вызванные отражениями. Первые три импульса имеют максимальные амплитуды из всех импульсов последовательности. Таким образом, минимизируется максимальная амплитуда выходного сигнала. Приведенные выше качественные оценки достижимости технического результата подтверждаются ниже количественными оценками, полученными с помощью моделирования.

На фиг. 2 приведено поперечное сечение заявляемой линии, со следующими параметрами: w и t - ширина и толщина проводников соответственно, s - расстояние между проводниками, h - толщина диэлектрической подложки, εr - диэлектрическая проницаемость подложки. На фиг. 4 приведена форма сигнала в конце линии, максимальный уровень которого составляет 77% от уровня сигнала в начале линии. На фиг. 3 приведена эквивалентная схема заявляемой линии. Она состоит из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников длиной каждый, находящихся на диэлектрической подложке и соединенных между собой на одном конце. Один из проводников линии соединен с генератором воздействия, представленным на схеме идеальным источником тока I и параллельным сопротивлением R1. Воздействие представляет собой ЭСР с формой тока, соответствующей стандарту IEC 61000-4-2 (Фиг. 1). Его форма напряжения в начале линии представлена на фиг. 4. Другой проводник линии соединен с приемным устройством, представленным на схеме сопротивлением R2.

Значения R1 и R2 для минимизации отражения сигнала на концах проводников линии приняты равными среднему геометрическому волновых сопротивлений четной и нечетной мод линии:

где Z11 и Z12 - соответствующие коэффициенты матрицы импедансов Z.

Параметры поперечного сечения на фиг. 2 выбраны таким образом, чтобы выполнялось условие

где τе и τo - погонные задержки четной и нечетной мод.

Выполнение условия (2) обеспечивает разложение пикового выброса электростатического разряда на импульсы меньшей амплитуды.

Погонные задержки четной и нечетной мод для симметричной, относительно опорного проводника, структуры связанных линий передачи вычисляются как [Малютин Н.Д. Многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе / Н.Д. Малютин. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. - 164 с.]

где С11 и С12, L11 и L12 - соответствующие элементы матриц (погонных коэффициентов электростатической и электромагнитной индукции) L и С.

Для подтверждения возможности выполнения условия (1) рассмотрим линию, представленную на фиг. 2. Параметры поперечного сечения: w=2450 мкм, t=45 мкм, s=300 мкм, d=12250 мкм, h=2000 мкм, εr=5,4. Вычисленные матрицы:

Значения сопротивлений R1 и R2, вычисленные по (1) с помощью соответствующих коэффициентов матрицы Z, получились равными 50,76 Ом.

По выражению (3) с помощью соответствующих коэффициентов матриц С и L получим τе=6,66 нс/м, τo=5,9 нс/м. Произведение модуля разности погонных задержек четной и нечетной мод линии на удвоенную длину линии составляет Таким образом, условие (2) выполняется. Форма сигнала в конце такой линии представлена на фиг. 4. Как видно, пиковый выброс ЭСР в конце меандровой линии представлен последовательностью из трех основных импульсов (импульса перекрестной наводки на ближнем конце и импульсов четной и нечетной мод пикового выброса ЭСР). Амплитуда этих импульсов составляет около 77% от амплитуды ЭСР в начале линии. Позже к концу линии приходят импульсы разной полярности и меньшей амплитуды, вызванные отражениями.

Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлена заявляемая линия - разложение пикового выброса электростатического разряда на импульсы меньшей амплитуды.

Похожие патенты RU2694741C1

название год авторы номер документа
УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ МЕАНДРОВАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА 2018
  • Носов Александр Вячеславович
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Газизов Тальгат Рашитович
RU2691844C1
МЕАНДРОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ С ЛИЦЕВОЙ СВЯЗЬЮ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА 2022
  • Носов Александр Вячеславович
RU2796636C1
МЕАНДРОВАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ 2015
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Носов Александр Вячеславович
  • Заболоцкий Александр Михайлович
  • Куксенко Сергей Петрович
RU2607252C1
УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ С УВЕЛИЧЕННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ 2016
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Носов Александр Вячеславович
  • Куксенко Сергей Петрович
  • Газизов Тимур Тальгатович
RU2656834C2
ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ С УВЕЛИЧЕННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ 2016
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Носов Александр Вячеславович
  • Куксенко Сергей Петрович
  • Газизов Тимур Тальгатович
RU2637484C1
МЕАНДРОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ С ЛИЦЕВОЙ СВЯЗЬЮ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ С УВЕЛИЧЕННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ 2019
  • Носов Александр Вячеславович
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Газизов Тальгат Рашитович
RU2742049C1
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ КАСКАДНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРЕХПРОВОДНОГО МОДАЛЬНОГО ФИЛЬТРА И ВИТКА МЕАНДРОВОЙ ЛИНИИ С ЛИЦЕВОЙ СВЯЗЬЮ 2021
  • Ким Георгий Юрьевич
  • Носов Александр Вячеславович
  • Суровцев Роман Сергеевич
RU2772794C1
МЕАНДРОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ ИЗ ДВУХ ВИТКОВ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ 2015
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Носов Александр Вячеславович
  • Заболоцкий Александр Михайлович
  • Куксенко Сергей Петрович
RU2600098C1
МЕАНДРОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ ИЗ ДВУХ ВИТКОВ С РАЗНЫМИ РАЗНОСАМИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ 2015
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Носов Александр Вячеславович
  • Заболоцкий Александр Михайлович
  • Куксенко Сергей Петрович
RU2606776C1
ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ 2015
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Носов Александр Вячеславович
  • Заболоцкий Александр Михайлович
  • Куксенко Сергей Петрович
RU2597940C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 694 741 C1

Реферат патента 2019 года МЕАНДРОВАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от электростатического разряда. Техническим результатом является разложение пикового выброса ЭСР на последовательность импульсов меньшей амплитуды за счет выбора параметров и длины линии. При этом линия задержки состоит из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, диэлектрической среды, с выбором параметров линии такими, что обеспечивается равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, при этом выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается равенство длительности пикового выброса электростатического разряда значению удвоенной длины линии, умноженной на модуль разности погонных задержек четной и нечетной мод линии. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 694 741 C1

Линия задержки, состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, диэлектрической среды, с выбором параметров линии такими, что обеспечивается равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, отличающаяся тем, что выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается равенство длительности пикового выброса электростатического разряда значению удвоенной длины линии, умноженной на модуль разности погонных задержек четной и нечетной мод линии, таким образом, что значения R1 и R2 для минимизации отражения сигнала на концах проводников линии приняты равными среднему геометрическому волновых сопротивлений четной и нечетной мод линии:

где Z11 и Z12 - соответствующие коэффициенты матрицы погонных импедансов Z, а параметры поперечного сечения выбраны таким образом, чтобы выполнялось условие

где τe и τo - погонные задержки четной и нечетной мод, а - длина сигнального проводника.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2694741C1

МЕАНДРОВАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ 2015
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Носов Александр Вячеславович
  • Заболоцкий Александр Михайлович
  • Куксенко Сергей Петрович
RU2607252C1
УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ С УВЕЛИЧЕННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ 2016
  • Газизов Тальгат Рашитович
  • Суровцев Роман Сергеевич
  • Носов Александр Вячеславович
  • Куксенко Сергей Петрович
  • Газизов Тимур Тальгатович
RU2656834C2
US 8217839 B1, 10.07.2012
Многоступенчатая активно-реактивная турбина 1924
  • Ф. Лезель
SU2013A1

RU 2 694 741 C1

Авторы

Носов Александр Вячеславович

Суровцев Роман Сергеевич

Газизов Тальгат Рашитович

Даты

2019-07-16Публикация

2018-06-18Подача