СПОСОБ КОМПОНОВКИ ДВУХСТОРОННЕГО ГИБКОГО ПЕЧАТНОГО КАБЕЛЯ С МОДАЛЬНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК H02H3/22 H04B15/02 

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к способам резервирования кабелей. Изобретение может быть использовано для повышения защищенности радиоэлектронной аппаратуры от внешних кондуктивных воздействий.

Известен зеркально-симметричный модальный фильтр на двухсторонней печатной плате, защищающий от сверхкоротких импульсов [Самойличенко М.А., Газизов Т.Р. патент на изобретение РФ №2784040, опубликован 23.11.2022]. Устройство состоит из шести в поперечномсечении прямоугольных проводников на диэлектрическомслое, причемпервый и второй проводники расположены на одной его стороне, два дополнительных проводника расположены зеркально-симметрично относительно первого и второго проводников на обратной стороне диэлектрика. Опорные проводники выполняются симметрично относительно друг друга на верхнем и нижнем слоях диэлектрика между сигнальными проводниками и соединяются между собой по всей длине, как минимум, двумя металлизированными отверстиями. Недостатком его является соединение опорных проводников между собой по всей длине, как минимум, двумя металлизированными отверстиями, это ограничивает его использование.

Наиболее близким по техническому решению является выбранный за прототип способ резервирования плоских кабелей, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей [Газизов Т.Р., Орлов П.Е., Шарафутдинов В.Р., Кузнецова-Таджибаева О.М., Заболоцкий А.М., Куксенко С.П., Буичкин Е.Н. патент РФ на изобретение №2603848, опубликован 10.12.2016]. В способе проводники резервируемого кабеля располагаются на одном уровне, проводники резервного кабеля располагаются на другом уровне, при этом одноименные проводники резервируемого и резервного кабелей располагаются друг под другом в диэлектрическом слое. Недостатком данного способа являются недостаточное ослабление внешних кондуктивных эмиссий.

Предлагается способ резервирования гибких печатных кабелей, в котором опорный проводник располагается на нижней стороне, резервируемый и резервный проводники располагаются слева от него на верхней и нижней сторонах, при этом одноименные резервируемый и резервный проводники располагаются друг под другом в диэлектрическом слое, отличающийся тем, что резервный проводник над опорным проводником являются опорным, справа от одноименных опорных проводников расположенных друг под другом в диэлектрическом слое зеркально добавляются еще два одноименных проводника.

Технический результат состоит в увеличении ослабления внешних кондуктивных эмиссий и увеличении кратности резервирования.

Увеличение ослабления достигается за счет компоновки, подразумевающей использование двух дополнительных сигнальных проводников в гибком печатном кабеле, что приводит к усилению электромагнитной связи между сигнальными проводниками и возбуждению большего количества мод в линии передачи при импульсном воздействии, подаваемом между активным и опорным проводниками.

Увеличение кратности резервирования достигается за счет внесения в конфигурацию гибкого печатного кабеля дополнительного сигнального проводника. В случае выхода из строя резервируемой цепи, в резервной будет достигаться аналогичный технический результат.

На фиг. 1а приведена эквивалентная схема, моделируемая для подтверждения технического результата. Линия состоит из пяти (не считая одного опорного) проводников длиной l=1 м каждый. Первый проводник линии на одном конце соединен с источником СКИ, представленным на схеме идеальным источником э.д.с. Е и внутренним сопротивлением R1. На другом конце первый проводник линии соединен с нагрузкой, представленной сопротивлением R5. Начала остальных сигнальных проводников, подключены к схемной земле через резисторы R2, R3 и R4, а конец - через резисторы R6, R7 и R8. Опорные проводники (расположенные друг под другом в поперечном сечении) соединяются между собой только на концах. Значения всех сопротивлений 50 Ом. Воздействующий СКИ имеет форму трапеции с параметрами: амплитуда - 2 В, длительности нарастания, плоской вершины и спада по 50 пс.

На фиг. 1б приведено поперечное сечение моделируемой структуры, с параметрами ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика ГПК, w₁ - ширина резервируемого и резервных проводников, w₂ - ширина опорных проводников, t -толщина проводников, h₁ - толщина внутреннего слоя диэлектрика, h₂ - толщина внешнего слоя диэлектрика, s - расстояние между проводниками, d - расстояние от края структуры до проводника. Значения параметров: ε_r=3,5, w₁=300 мкм, w₂=430 мкм, s=1000 мкм, h₁=10 мкм, t=35 мкм, d=500 мкм.

Значения параметров поперечного сечения и длины линии обеспечивают минимизацию амплитуды сигнала на выходе и выполнение условия

где τ₂-τ₁ - разность второй и первой погонных задержек мод, t_r, t_d и t_f - длительности нарастания, плоской вершины и спада СКИ соответственно.

Для демонстрации достижения технического результата выполнено моделирование временного отклика на воздействие СКИ. Для этого использован квазистатический подход, реализованный в системе TALGAT. Детально вычисление временного отклика на воздействие импульса описано, например, в пункте 1.2.1 монографии [Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. Временной отклик многопроводных линий передачи. Томск: Томский государственный университет, 2007. 152 с.].

СКИ подавался между резервируемым (активным (А)) и опорным (О) проводниками. Временные отклики на входе (обозначен пунктирной линией) и выходе (обозначен сплошной линией) представлены на фиг. 1в. На выходе структуры (узел V₆) наблюдаются 3 импульса (однако в структуре их 5: три последние моды приходят почти в одно время с разницей 0,001 нс) разложения. Погонные задержки мод всех импульсов: τ₁=4,710 нс/м, τ₂=5,304 нс/м, τ₃=6,2351 нс/м, τ₄=6,236 нс/м и τ₅=6,236 нс/м. Амплитуда напряжения на выходе структуры составляет 0,12 В, тогда как для прототипа - 0,32 В. Разложение СКИ на импульсы меньшей амплитуды (и, как следствие, увеличение ослабления внешних кондуктивных эмиссий) обусловлено разностью задержек мод в структуре. В случае подачи СКИ между левым нижним пассивным (П) проводником и опорным проводником амплитуда напряжения на выходе структуры остается без изменений (фиг. 1г). Наличие еще двух сигнальных проводников позволяет увеличить ослабление внешних кондуктивных эмиссий, а компоновка - упростить реализацию в гибких печатных кабелях.

В случае добавления двух дополнительных сигнальных (одноименных) проводников на одном слое (поперечное сечение приведено на фиг. 2а) ослабление внешних кондуктивных эмиссий также увеличивается. Амплитуда напряжения на выходе структуры составляет 0,11 В, тогда как для заявляемого способа - 0,112 В и для прототипа - 0,32 В. Однако, асимметрия поперечного сечения затрудняет использование резервирования в гибких печатных кабелях. Погонные задержки мод всех импульсов составили: τ₁=4,407 нс/м, τ₂=5,036 нс/м, τ₃=5,364 нс/м, τ₄=6,235 нс/м и τ₅=6,236 нс/м. Временной отклик на входе (обозначен пунктирной линией) и выходе (обозначен сплошной линией) представлен на фиг. 2б.

Добавление одного дополнительного сигнального проводника в правой части сверху, а второго - в нижней части слева (диагональное расположение) (поперечное сечение приведено на фиг. 3а), ухудшает ослабление. Амплитуда напряжения на выходе структуры в этом случае составляет 0,18 В, тогда как в заявленном способе 0,12 В (фиг. 3б). Погонные задержки мод всех импульсов: τ₁=4,444 нс/м, τ₂=5,071 нс/м, τ₃=5,408 нс/м, τ₄=6,235 нс/м и τ₅=6,237 нс/м. Ввиду этого уменьшается разность погонных задержек мод между импульсами 3 и 4 (τ₄-τ₃=0,827 нс/м), что приводит к увеличению уровня выходного напряжения при длительности воздействующего импульса более 150 пс. Для подтверждения этого, на фиг. 4 приведены формы напряжения на входе и выходе предложенного способа (с обеспечением резервирования) (фиг. 4а) и с диагональным расположением двух проводников (фиг. 4б) при длительности импульса 300 пс. Так, для предложенного способа U_max=0,128 В и по диагонали U_max=0,220 В. Наконец, введение асимметрии (диагональное расположение проводников) затрудняет возможность использования резервирования в гибких печатных кабелях.

Изобретение относится к области электротехники, конкретно к способам резервирования кабелей. Технический результат заключается в ослаблении внешних кондуктивных эмиссий и увеличении кратности резервирования, который достигается тем, что для резервирования гибких кабелей, опорный проводник располагают на нижней стороне, резервируемый и резервный проводники располагают слева от него на верхней и нижней сторонах, при этом одноименные резервируемый и резервный проводники располагают друг под другом в диэлектрическом слое. Ослабление внешних кондуктивных эмиссий обеспечивается компоновкой, подразумевающей использование двух дополнительных сигнальных проводников в гибком печатном кабеле, что приводит к усилению электромагнитной связи между сигнальными проводниками и возбуждению большего количества мод в линии передачи при импульсном воздействии, подаваемом между активным и опорным проводниками. Увеличение кратности резервирования достигается за счет внесения в конфигурацию гибкого печатного кабеля дополнительного сигнального проводника. В случае выхода из строя резервируемой цепи, в резервной будет достигаться аналогичный технический результат. 4 ил.

Способ резервирования гибких печатных кабелей, в котором опорный проводник располагается на нижней стороне, резервируемый и резервный проводники располагаются слева от него на верхней и нижней сторонах, при этом одноименные резервируемый и резервный проводники располагаются друг под другом в диэлектрическом слое, отличающийся тем, что резервный проводник над опорным проводником являются опорным, справа от одноименных опорных проводников расположенных друг под другом в диэлектрическом слое зеркально добавляются два одноименных проводника.