СПОСОБ КОМПОНОВКИ ПЕЧАТНЫХ ПРОВОДНИКОВ ДЛЯ ЦЕПЕЙ С МОДАЛЬНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ
METHOD FOR ARRANGING PRINTED CONDUCTORS FOR CIRCUITS WITH MODAL REDUNDANCY

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их компоновки.
Известно устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от сверхкоротких импульсов [1].
Недостатком данного устройства является его конфигурация, не соответствующая стандартному технологическому процессу изготовления многослойных печатных плат (нечетное количество проводящих слоев).
Известен способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием, включающий трассировку печатных проводников с опорным проводником в виде отдельного слоя [2].
Недостатком данного способа является относительно высокая восприимчивость резервируемой цепи к кондуктивным электромагнитным помехам.
Наиболее близким по техническому решению является выбранный за прототип способ внутренней компоновки печатных плат для цепей с резервированием, включающий компоновку и трассировку цепей с резервированием [3].
Недостатками данного способа являются затрудненные монтаж радиоэлектронных компонентов и изготовление печатной платы из-за исполнения опорного проводника в виде отдельных слоев на резервируемой и резервной платах, а также недостаточное ослабление внешних кондуктивных эмиссий.
Предлагается способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием, включающий взаимное расположение резервируемой и резервной плат, компоновку и трассировку резервируемой и резервной плат, с опорным проводником на резервируемой и резервной платах, а резервируемая и резервная платы склеиваются слоем диэлектрика, отличающийся тем, что опорный проводник выполнен в виде отдельных печатных проводников на внутренних слоях многослойной печатной платы с модальным резервированием и четным количеством внутренних проводящих слоев, проложенных параллельно друг другу с минимально допустимым технологическим зазором между опорными проводниками, соединенными между собой на концах внутренними межслойными перемычками, образующими единую схемную землю, при этом резервируемые и резервные радиоэлектронные компоненты размещаются на внешних слоях резервируемой и резервной цепей печатной платы.
Технический результат состоит в упрощении изготовления печатной платы и монтажа её компонентов, а также уменьшении восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям.
Технический результат в части упрощения изготовления печатной платы достигается за счет соответствия технологическому процессу изготовления многослойных печатных плат и выполнения опорного проводника в виде отдельных печатных проводников на внутренних слоях. Технический результат в части упрощения монтажа компонентов печатной платы достигается за счет размещения ее компонентов на внешних слоях, а также отсутствия необходимости организовывать специальные вырезы во внешних слоях резервируемой и резервной цепей при монтаже. Технический результат в части уменьшения восприимчивости резервируемой цепи к внешним эмиссиям достигается за счет того, что кондуктивные электромагнитные помехи подвергаются модальным искажениям, что способствует уменьшению восприимчивости к помехам.
w
s
t
h
h
1
r
Достижимость технического результата продемонстрирована на примере распространения трапецеидального помехового импульса с ЭДС 200 В и длительностями фронтов и плоской вершины по 100 пс в заявленной структуре длиной 1 м. Поперечное сечение и эквивалентная схема структуры представлены на фиг. 1. Геометрические параметры структуры: ширина проводников =1000 мкм, расстояние между проводниками =700 мкм, толщина проводников =35 мкм, толщина подложки =1000 мкм, расстояние между внутренними проводниками =510 мкм. Значение относительной диэлектрической проницаемости е=4,4 приведено для частоты 1 МГц. Для согласования линии передачи, нагрузки и генератора помех, номинал всех резисторов на концах структуры выбран равным 50 Ом.
V
V
V
а
V
S
б
21
Трапецеидальный помеховый импульс подавался между активным и опорными проводниками. Формы напряжений рассматривались на входе (узел 2) и выходе (узел 7) пятипроводной связанной линии передачи (пятый проводник – опорный). Результаты квазистатического моделирования во временной и частотной областях представлены на фиг. 2. На выходе структуры (узел 7) наблюдаются 4 импульса разложения, так как из-за пятого проводника, закороченного на опорный проводник, линия принимает вид четырехпроводной. Значение максимального напряжения на выходе структуры составляет 28 В (фиг. 2), что в 3,6 раза меньше напряжения импульсной помехи (100 В) на входе линии (узел 2), при этом аналогичное значение для прототипа составляет 2,25 раза. Разложение импульсной помехи на последовательность импульсов меньшей амплитуды обусловлено разностью задержек погонных мод в структуре, образованной данным способом компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием. В случае подачи импульсной помехи между любым пассивным проводником и любым опорным проводником будет достигаться аналогичный результат. Из результатов моделирования частотной зависимости модуля коэффициента передачи || на фиг. 2 видно, что образованная структура обладает свойствами фильтров нижних частот и способна подавлять высокочастотные помехи в полосе заграждения.
Таким образом, за счет соответствия стандартному технологическому процессу изготовления многослойных печатных плат, упрощается изготовление печатной платы и монтаж её компонентов. Кроме того, результаты квазистатического анализа показывают, что предложенный способ компоновки уменьшает восприимчивость цепей с модальным резервированием к внешним широкополосным кондуктивным эмиссиям.
Использованные источники
1. Патент РФ на изобретение №2624465 Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р., Куксенко С.П. Четырехпроводная зеркально-симметричная структура, защищающая от сверхкоротких импульсов. Заявка №2015137546; заявлен 02.09.2015; опубликован 04.07.2017.
2. 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.
3. Патент РФ на изобретение №2624637 Газизов Т.Р., Орлов П.Е., Шарафутдинов В.Р., Кузнецова-Таджибаева О.М., Заболоцкий А.М., Куксенко С.П., Буичкин Е.Н. Способ внутренней компоновки печатных плат для цепей с резервированием. Заявка №2015137548; заявлен 02.09.2017; опубликован 05.07.2016.