Способ трёхкратного резервирования межсоединений

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их резервирования. Техническим результатом является возможность 3-кратного резервирования, компоновки и трассировки резервной цепи в том же слое, что и резервируемой цепи и уменьшения восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным воздействиям. Для этого способ резервирования цепей включает компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей, так что компоновка и трассировка резервируемой цепи выполняются на верхнем слое подложки, сигнальные проводники выполняются за счет зазоров в опорной проводящей пластине, а компоновка и трассировка резервной цепи выполняются на нижнем слое подложки зеркально верхнему слою, резервируемые и резервные сигнальные проводники одноименных цепей располагаются друг под другом, а оставшиеся проводники электрически соединяются друг с другом, при этом сигнальные одноименные цепи прокладываются двумя парами, параллельно друг другу, на верхнем и нижнем слоях, причем пара верхнего слоя расположена зеркально нижнему слою, так что в качестве резервируемого проводника может выступать любой из четырех проводников, а другие три проводника будут являться для него резервными. 1 ил.

 

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

Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) все больше проникает в жизнь общества. При недостаточном внимании к повышению надежности и помехозащищенности РЭА общество становится все более зависимым от нее. Это создает неудобства и проблемы для обычной РЭА и совершенно недопустимо для РЭА, например в транспортной, атомной и военной отраслях.

Широко известным и распространенным путем повышения надежности является холодное резервирование, когда при выходе из строя функционирующей цепи подается питание на другую, и функционирует уже она. При штатной работе РЭА резервные устройства не используются, но кратно увеличивают массу, размеры и стоимость РЭА. Защита от кондуктивных воздействий обычно достигается за счет включения помехозащитных устройств, а от излучаемых- за счет экранирования, что также увеличивает массу, размеры и стоимость РЭА, но часто неприемлемо: например, в космических аппаратах, подводных лодках и при массовом производстве соответственно. Таким образом, актуально повышение надежности и помехозащищенности РЭА за счет поиска новых способов для этого. В этой связи показательна работа [Новый способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием / Т.Р. Газизов, П.Е. Орлов, A.M. Заболоцкий, Е.Н. Буичкин // Доклады ТУСУР. - 2015. - №3 - С. 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.

Широкий ряд способов предназначен для 1-кратного резервирования межсоединений (резервируемое и резервирующее), а между тем в критичных приложениях может требоваться более высокая надежность. Для этого предложен способ 3-кратного резервирования межсоединений (резервируемое и три резервирующих) [Пат. 2663230 РФ МПК Н04В 15/02. Способ трехкратного резервирования цепей в многослойных печатных платах / Т.Р. Газизов, П.Е. Орлов, В.Р. Шарафутдинов. - №2017113045/07; заявл. 14.04.2017, опубл. 02.08.2018. Бюл. №22. - 3 с.]. Он предназначен для многослойных печатных плат и нереализуем на двусторонних печатных платах (ДПП). Между тем удорожание из-за 3-кратного резервирования актуально компенсировать, если не полностью, то частично, что можно сделать за счет простоты конструкции и дешевизны изготовления ДПП.

Наиболее близким по техническому решению является выбранный за прототип способ резервирования, который пригоден для ДПП [Патент РФ на изобретение №2603843. Газизов Т.Р., Орлов П.Е., Шарафутдинов В.Р., Кузнецова-Таджибаева О.М., Заболоцкий A.M., Куксенко С.П., Буичкин Е.Н. Способ резервирования для печатных плат. Заявка №2015137547. Приоритет изобретения 02.09.2015. Опубликовано: 10.12.2016 Бюл. №34]. Но его недостатками являются однократность резервирования, невозможность компоновки и трассировки резервной цепи в том же слое, что и резервируемой цепи, незначительное уменьшение восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным воздействиям.

Предлагается способ резервирования цепей, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей, так что компоновка и трассировка резервируемой цепи выполняются на верхнем слое подложки, сигнальные проводники выполняются за счет зазоров в опорной проводящей пластине, а компоновка и трассировка резервной цепи выполняются на нижнем слое подложки зеркально верхнему слою, резервируемые и резервные сигнальные проводники одноименных цепей располагаются друг под другом, а оставшиеся проводники электрически соединяются друг с другом, отличающийся тем, что сигнальные одноименные цепи прокладываются двумя парами, параллельно друг другу, на верхнем и нижнем слоях, причем пара верхнего слоя расположена зеркально нижнему слою, так что в качестве резервируемого проводника может выступать любой из четырех проводников, а другие три проводника будут являться для него резервными.

Техническим результатом является возможность 3-кратного резервирования, компоновки и трассировки резервной цепи в том же слое, что и резервируемой цепи, и уменьшения восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным воздействиям.

Технический результат достигается за счет того, что помеховый импульс, длительность которого меньше минимальной разности задержек в структуре многопроводной линии передачи, образованной резервируемой и резервными цепями, подвергается модальным искажениям: разложению на импульсы меньшей амплитуды (при рассмотрении во временной области).

Достижимость технического результата продемонстрирована на примере распространения импульса с ЭДС 2 В с длительностями фронта, спада и плоской вершины по 100 пс в структуре длиной 1 м. Геометрические параметры поперечного сечения (фиг. 1а) структуры: w=0,185 мм, w₁=100 мм, s=0,315 мм, d=0,630 мм, t=0,035 мм. Толщина диэлектрической подложки h=0,5 мм; диэлектрическая проницаемость подложки ε_r=4,5. Номинал резисторов R1-R8 (фиг. 1б) взят равным (R=132 Ом) диагональным значениям (они одинаковы) матрицы импедансов Z. При моделировании опорным проводником полагался один из 4 крайних проводников, тогда как 3 остальных полагались соединенными с ним на концах.

Импульс подавался между резервируемым проводником (А) и одним из опорных (О). Функцию резервных проводников выполняют пассивные (П). Результаты квазистатического моделирования в системе TALGAT [Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT / С.П. Куксенко, A.M. Заболоцкий, А.О. Мелкозеров, Т.Р. Газизов // Доклады ТУСУР. - 2015. - №2 (36). - С. 45-50] временного отклика на ближнем и дальнем концах резервируемого проводника (точки V1 и V5 на фиг. 1б) показывают импульсы разложения с амплитудами около 0,25 В, т.е. ослабление 4 раза по отношению к половине ЭДС (фиг. 1, в), тогда как в прототипе оно 0,5 В, т.е. 2 раза. Разложение импульсной помехи на импульсы меньшей амплитуды (и, как следствие, уменьшение восприимчивости резервируемого проводника к внешним кондуктивным воздействиям) обусловлено разностью задержек мод в структуре. В случае подачи импульсной помехи между любым из пассивных проводников и опорным, на дальнем конце активного проводника будет наблюдаться аналогичный временной отклик.

Таким образом, результаты моделирования показывают, что предложенный способ трехкратного резервирования межсоединений на ДПП позволяет уменьшить восприимчивость к внешним кондуктивным воздействиям.

Способ резервирования цепей, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей, так что компоновка и трассировка резервируемой цепи выполняются на верхнем слое подложки, сигнальные проводники выполняются за счет зазоров в опорной проводящей пластине, а компоновка и трассировка резервной цепи выполняются на нижнем слое подложки зеркально верхнему слою, резервируемые и резервные сигнальные проводники одноименных цепей располагаются друг под другом, а оставшиеся проводники электрически соединяются друг с другом, отличающийся тем, что сигнальные одноименные цепи прокладываются двумя парами, параллельно друг другу, на верхнем и нижнем слоях, причем пара верхнего слоя расположена зеркально нижнему слою, так что в качестве резервируемого проводника может выступать любой из четырех проводников, а другие три проводника будут являться для него резервными.