СПОСОБ КОМПОНОВКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПАРЫ ДЛЯ ЦЕПЕЙ С МОДАЛЬНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ НА ОСНОВЕ ЗЕРКАЛЬНО-СИММЕТРИЧНОЙ ПОЛОСКОВОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2024 года по МПК H04B15/02 H01P1/04 H01P11/00 

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их компоновки.

Для повышения надежности радиоэлектронных устройств широко применяется холодное резервирование. Однако использование такого резервирования не всегда гарантирует обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС). Вместе с тем, модальное резервирование представляет собой альтернативный подход, который позволяет не только повысить надежность, но и обеспечить ЭМС путем подавления сверхширокополосных помех (СШП). В настоящее время исследование и разработка новых методов компоновки печатных плат с модальным резервированием и эффективной трассировки дифференциальных пар являются особенно важными задачами.

Известен способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием, включающий трассировку печатных проводников с опорным проводником в виде отдельного слоя [1].

Недостатком данного способа является относительно высокая восприимчивость резервируемой цепи к кондуктивным электромагнитным помехам из-за отсутствия симметрии резервируемой и резервной цепи относительно опорного проводника.

Наиболее близким к техническому решению является выбранный за прототип способ компоновки печатных проводников для цепей с резервированием, включающий компоновку и трассировку цепей с резервированием, а также использование опорных проводников в виде отдельных слоев на печатной плате [2].

Способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей на печатной плате с опорным проводником, отличающийся тем, что опорный проводник выполнен в виде двух отдельных печатных проводников внутри диэлектрической подложки печатной платы, проложенных друг под другом параллельно друг другу и закороченных между собой, резервируемая цепь, состоящая из активного и пассивного проводников, трассируется на одной из внешних сторон диэлектрической подложки печатной платы, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников, трассируется на противоположной внешней стороне диэлектрической подложки печатной платы, проводники резервируемой и резервной цепей вместе с опорным проводником образуют пятипроводную связанную линию передачи, при этом радиоэлектронные компоненты размещаются с внешних сторон печатной платы на резервируемой и резервной цепях.

Достоинством заявляемого способа, в отличие от прототипа, является ослабление кондуктивных помех, как в общем режиме включения, так и в дифференциальном и синфазном режимах за счет расположения печатных проводников, таким образом, при котором выходные характеристики имеют большее ослабление. Такое преимущество позволит использовать данный способ компоновки в цепях передачи дифференциального сигнала, как для защиты от СШП помех, так и для передачи полезного сигнала.

Предлагается способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей на печатной плате с опорным проводником, так, что опорный проводник выполнен в виде двух отдельных печатных проводников внутри диэлектрической подложки печатной платы, проложенных друг под другом параллельно друг другу и закороченных между собой, резервируемая цепь, состоящая из активного и пассивного проводников, трассируется на одной из внешних сторон диэлектрической подложки печатной платы, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников, трассируется на противоположной внешней стороне диэлектрической подложки печатной платы, проводники резервируемой и резервной цепей вместе с опорным проводником образуют пятипроводную связанную линию передачи, при этом радиоэлектронные компоненты размещаются с внешних сторон печатной платы на резервируемой и резервной цепях, отличающийся тем, что резервируемая цепь состоящая из двух активных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях, по которым передается дифференциальный сигнал, образуют резервируемую дифференциальную пару, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях образуют резервную дифференциальную пару.

Техническим результатом является способность ослаблять помеховый сигнал, как в общем, так и в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи.

Технический результат достигается за счет использования дифференциальной резервируемой пары (проводники 1 и 3) и дифференциальной резервной пары (проводники 2 и 4), благодаря расположению проводников на первом и четвертом слоях обеспечивается лицевая связь, что увеличивает электромагнитную связь между проводниками при использовании как, в общем, так и в дифференциальном и синфазном режимах.

На фиг. 1 приведено поперечное сечение заявляемой структуры, она имеет однородное поперечное сечение по всей длине. Параметры поперечного сечения: w - ширина проводников, - расстояние между проводниками, t - толщина проводников, h - толщина диэлектрика, H - расстояние между внутренними проводниками. Геометрические параметры структуры составили: s=700 мкм, w=325 мкм, t=35 мкм, h=920 мкм, H=510 мкм. Резервируемая дифференциальная пара представлена в виде сплошного контура, а резервная дифференциальная пара представлена в виде пунктирного контура. Расположение проводников друг под другом обеспечивает лицевую связь, что положительно сказывается на сохранении целостности полезного сигнала.

На фиг. 2 приведена схема соединения структуры, в которых резервируемая цепь состоящая из двух активных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях, по которым передается дифференциальный сигнал, образуют резервируемую дифференциальную пару - проводники 1 и 3, а резервная цепь - проводники 2 и 4, состоящая из двух пассивных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях образуют резервную дифференциальную пару. Схема состоит из четырех проводников одинаковой длины l=1 м, источником импульсных сигналов, представлен идеальным источникам э.д.с. Е_Г с внутренними сопротивлениями R_Г, который подсоединены к активным проводникам на ближнем конце, нагрузочном резистором R_H, который подсоединены к активным проводникам на дальнем конце заявляемой структуры. Значения всех резисторов, представленных на схеме, равны 100 Ом. В качестве входного сигнала используется импульс, длительности фронта, спада и плоской вершины которого выбраны равными по 100 пс. Для реализации дифференциального воздействия амплитуда э.д.с. источников Е_Г=1 В.

На фиг. 3 представлены результаты моделирования, в которых резервируемая цепь состоящая из двух активных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях, по которым передается дифференциальный сигнал, образуют резервируемую дифференциальную пару - проводники 1 и 3, а резервная цепь - проводники 2 и 4, состоящая из двух пассивных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях образуют резервную дифференциальную пару, из которого видно, что произошло ослабление воздействующего импульсного сигнала в дифференциальном режиме путем разложения воздействующего сигнала на импульсы меньшей амплитуды. Максимальное напряжение импульсов на выходе составило 140 мВ, Вносимые потери составили 17,08 дБ (или в 3,57 раз). Полоса пропускания по уровню -3 дБ составила 450 МГц. На фиг. 4 представлена синфазная составляющая сигнала на выходе заявляемой структуры, переменная составляющая сигнала практически отсутствует, максимальная амплитуда колебания сигнала составляет 1 мВ.

На фиг. 5 представлена глазковая диаграмма, скорость передачи сигнала была выбрана 440 МГц, так как спектр такого сигнала лежит в полосе пропускания заявляемой структуры. Из рисунка видно, что «глаз» открыт полностью, ширина открытия «глаза» составляет 2,23 нс, отношения сигнал/шум составляет 29,28, среднеквадратичное фазовое отклонения составляет 10,5 пс.

Таким образом, при использовании такой полосковой структуры в дифференциальном и синфазном режимах на вход между резервными проводниками подается помеховый импульсный сигнал малой длительности, который, распространяясь вдоль заявляемой структуры раскладывается на последовательность импульсов, амплитуда которых становится меньше за счет модального разложения сигнала. Вносимые потери за счет этого составляют 17,08 дБ, также за счет резервирование получилось добиться полосу пропускания до 450 МГц. Таким образом, способ компоновки дифференциальных пар способен ослаблять помеховый сигнал в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи.

Использованные источники

1. Патент РФ на изобретение №2603850 Газизов Т.Р., Орлов П.Е., Шарафутдинов В.Р., Кузнецова-Таджибаева О.М., Заболоцкий А.М., Куксенко С.П., Буичкин Е.Н. Способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием. Заявка №2015129253/07; заявлен 16.07.2015; опубликован 10.12.2016.

2. Патент РФ на изобретение №2751672 Жечев Е.С., Белоусов А.О., Газизов Т.Р., Заболоцкий А.М., Черникова Е.Б. способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием. Заявка №2020126549; заявлен 10.08.2020; опубликован 15.07.2021

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их компоновки. Техническим результатом является ослабление помехового сигнала в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи. Такой технический результат обеспечивается посредством компоновки полосковой структуры с резервированием и образованием пятипроводной связанной линии передачи, состоящей из опорных, резервных и резервируемых проводников, а также диэлектрической среды, при этом активные проводники резервируемой дифференциальной пары расположены друг под другом через диэлектрическую подложку, опорные проводники расположены по середине структуры на втором и третьем проводящих слоях, а резервная дифференциальная пара, состоящая из двух пассивных проводников, расположена зеркально-симметрично относительно опорных проводников. 5 ил.

Способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей на печатной плате с опорным проводником, так, что опорный проводник выполнен в виде двух отдельных печатных проводников внутри диэлектрической подложки печатной платы, проложенных друг под другом параллельно друг другу и закороченных между собой, резервируемая цепь, состоящая из активного и пассивного проводников, трассируется на одной из внешних сторон диэлектрической подложки печатной платы, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников, трассируется на противоположной внешней стороне диэлектрической подложки печатной платы, проводники резервируемой и резервной цепей вместе с опорным проводником образуют пятипроводную связанную линию передачи, при этом радиоэлектронные компоненты размещаются с внешних сторон печатной платы на резервируемой и резервной цепях, отличающийся тем, что резервируемая цепь состоящая из двух активных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях, по которым передается дифференциальный сигнал, образуют резервируемую дифференциальную пару, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников, проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях образуют резервную дифференциальную пару.