СПОСОБ ОДНОКРАТНОГО МОДАЛЬНОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ
METHOD OF SINGLE MODAL BACKUP OF INTERCONNECTIONS

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно – к способам их резервирования.
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) является неотъемлемой частью жизни человека. Поскольку отказ в работе РЭА (особенно критичной) может повлечь за собой различные негативные последствия, важно защищать ее. Одной из важных задач при проектировании РЭА является обеспечение должного уровня ее надежности. Одним из широко применяемых способов повышения надежности функционирования критических узлов РЭА является холодное резервирование. Он заключается в том, что при выходе из строя функционирующей (резервируемой) цепи питание подается на пассивную (резервную) цепь. Однако резервирование ведет к увеличению габаритов, массы, потребляемой мощности, времени установки и стоимости. Таким образом, актуально повышение надежности и помехозащищенности РЭА за счет поиска новых способов для этого. В частности, актуальна защита от воздействия мощных сверхкоротких импульсов (СКИ). В этой связи показательна работа [Новый способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием / Т.Р. Газизов, П.Е. Орлов, А.М. Заболоцкий, Е.Н. Буичкин // Доклады ТУСУР. – 2015. – № 3 – C. 129–131], в которой впервые предложено объединить резервирование и модальную фильтрацию в единое целое, на основе чего предложен и обоснован новый способ трассировки печатных трасс для цепей с резервированием, позволяющий повысить помехозащищенность РЭА.
Наиболее близким по техническому решению является выбранный за прототип способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием [Патент на изобретение №2603850. Способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием / Т.Р. Газизов, П.Е. Орлов, В.Р. Шарафутдинов, О.М. Кузнецова-Таджибаева, А.М. Заболоцкий, С.П. Куксенко, Е.Н. Буичкин – Заявка № 2015129252/07; заявлен 16.07.2015; опубликован 10.12.2016]. Его недостатком является невысокий уровень ослабления СКИ (2 раза по отношению к половине э.д.с.).
Предлагается способ резервирования цепей, включающий трассировку одноименных резервируемой и резервной цепей такую, что их проводники образуют связанную линию передачи с различными значениями погонных задержек, отличающийся тем, что каждый проводник образует виток меандровой линии, а вместе они образуют отрезок четырёхпроводной линии передачи с различными значениями погонных задержек.
Техническим результатом является увеличенное ослабление СКИ. Технический результат достигается, в первую очередь, за счет разложения СКИ не на 2 импульса в 2 раза меньшей амплитуды по отношению к половине э.д.с. как в прототипе, а на 4 импульса в 4 раза меньшей амплитуды.
w
s
t
h
r
Достижимость технического результата продемонстрирована на примере воздействия СКИ трапецеидальной формы с э.д.с. 5 В и длительностями фронта, спада и плоской вершины по 50 пс при витках на печатной плате с геометрическими параметрами поперечного сечения (фиг. 1): ширина проводников=1,6 мм, расстояние между проводниками=0,51 мм, толщина проводников=0,018 мм, толщина диэлектрика=0,5 мм, относительная диэлектрическая проницаемость подложки ε=4,5. Проводники 1 и 2 расположены на одной стороне диэлектрического слоя, третий (опорный) расположен между ними по центру, а проводники 1* и 2* расположены зеркально-симметрично на обратной стороне диэлектрического слоя и могут быть попарно соединены между собой на конце тремя способами: на одном слое (1-2 и 1*-2*); на разных слоях (1-1* и 2-2*); диагонально (1-2* и 2-1*). В результате образуется отрезок четырёхпроводной линии, состоящий из двух витков меандровой линии резервируемой и резервной цепей.
l
R
R
R
Г
Н
На фиг. 2 приведена эквивалентная схема, которая состоит из четырех (не считая опорного) проводников длиной , равной 1 м. Пары проводников, составляющие резервируемую и резервную цепи, соединены между собой на одном конце тремя способами. Импульсная помеха подавалась между резервируемой трассой (проводник 1) и опорным проводником. Функцию резервной трассы выполняет второй виток меандровой линии (пассивный), в начале и конце которого подключены резисторы. Значения сопротивления резисторов ,  и  приняты равными волновому сопротивлению тракта 50 Ом.
Результаты квазистатического моделирования сигнала на выходе резервируемой цепи для трех вариантов соединения показаны на фиг. 3. Из них видно, что СКИ раскладывается на импульс перекрестной наводки (И1) и 4 основных импульса (И2, И3, И4, И5) с максимальной амплитудой (И2) 0,63 В. Ослабление СКИ в такой четырёхпроводной линии передачи составляет 4 раза по отношению к половине э.д.с., тогда как в прототипе – 2 раза. Разложение СКИ на импульсы меньшей амплитуды обусловлено различием задержек мод в структуре.
Таким образом, показана достижимость технического результата – увеличенного ослабления импульса помехи.