RU2173036C1 - Radio electronic unit - Google Patents
Radio electronic unitInfo
- Publication number
- RU2173036C1 RU2173036C1 RU2000100632A RU2000100632A RU2173036C1 RU 2173036 C1 RU2173036 C1 RU 2173036C1 RU 2000100632 A RU2000100632 A RU 2000100632A RU 2000100632 A RU2000100632 A RU 2000100632A RU 2173036 C1 RU2173036 C1 RU 2173036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zone
- zones
- conductors
- power
- radio
- Prior art date
Links
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 157
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 124
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003071 parasitic Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000003334 potential Effects 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании радиоэлектронных блоков, осуществляющих прием и обработку сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС) "ГЛОНАСС" и "GPS" в целях определения местоположения по сигналам СРНС, определения точного времени, осуществления временной синхронизации, выделения служебной информации, относящейся к функционированию СРНС. The invention relates to electronics and can be used in the design of electronic blocks that receive and process signals from satellite radio navigation systems (SRNS) "GLONASS" and "GPS" in order to determine the location of the SRNS signals, determine the exact time, the implementation of time synchronization, allocation of service information related to the functioning of the SRNS.
Особенностью конструирования радиоэлектронных блоков, осуществляющих прием и обработку сигналов СРНС, является необходимость использования в них разнородных функциональных узлов - различных аналоговых сверхвысокочастотных (СВЧ) и высокочастотных (ВЧ) схем, реализующих процессы приема и частотного преобразования широкополосных шумоподобных радиосигналов СРНС, а также различных цифровых устройств - корреляторов, синтезаторов, синхронизаторов, процессоров, реализующих процессы корреляционного поиска, слежения и цифровой обработки принимаемых сигналов [1, с. 112, рис. 47; с. 126, рис.64]. При этом, при практической реализации таких радиоэлектронных блоков могут использоваться электрорадиоэлементы, имеющие различную степень интеграции, например дискретные электрорадиоэлементы, микросхемы малой, средней и большой степени интеграции. В связи с объединением в рамках одной конструкции указанных разнородных функциональных узлов и элементов, к тому же работающих с сигналами, существенно отличающимися по частоте, возникает задача обеспечить их электромагнитную совместимость, исключить взаимное влияние друг на друга и уменьшить уровень паразитных наводок и наведенных помех. A design feature of radio-electronic units that receive and process SRNS signals is the need to use heterogeneous functional units in them - various analog microwave and high-frequency (HF) circuits that implement the processes of receiving and frequency conversion of broadband noise-like radio signals of SRNS, as well as various digital devices - correlators, synthesizers, synchronizers, processors that implement the processes of correlation search, tracking and digital processing, etc. inimitable signals [1, p. 112, fig. 47; from. 126, Fig. 64]. At the same time, in the practical implementation of such radio-electronic units, radio-electronic elements having various degrees of integration can be used, for example, discrete radio-electronic elements, microcircuits of small, medium and high degree of integration. In connection with the combination of the indicated heterogeneous functional units and elements within the same design, which also work with signals substantially differing in frequency, the problem arises of ensuring their electromagnetic compatibility, eliminating mutual influence on each other and reducing the level of spurious interference and induced interference.
Одним из известных путей конструкторского решения этой задачи является разработка многоблочных (многоплатных) конструкций, где на отдельных печатных платах группируются электрорадиоэлементы, относящиеся к близким (однородным) функциональным группам, которые характеризуются близкими по виду и частоте сигналами, как например в известных конструкциях [1, с. 112, рис. 47], [2]. При этом проблемы уменьшения паразитных наводок и наведенных помех решаются достаточно простыми техническими средствами, основанными на межплатной экранизации. Очевидно, однако, что такой путь связан с увеличением массогабаритных характеристик разрабатываемых конструкций. One of the known ways of constructing a solution to this problem is the development of multi-block (multi-board) structures, where on individual printed circuit boards are grouped electrical elements related to close (homogeneous) functional groups, which are characterized by similar in appearance and frequency signals, such as in known designs [1, from. 112, fig. 47], [2]. At the same time, the problems of reducing spurious interference and induced interference are solved by fairly simple technical means based on inter-board film adaptation. It is obvious, however, that such a path is associated with an increase in the overall dimensions of the structures under development.
В тех случаях, когда массогабаритные характеристики важны, разрабатываются моноблочные конструкции, объединяющие в рамках одного радиоэлектронного блока разнородные функциональные узлы и элементы, как например в радиоэлектронном блоке навигационного приемника-процессора сигналов СРНС, описанном в [1, с. 132, рис. 69]. Для решения возникающих при этом проблем, связанных с паразитными наводками и наведенными помехами, могут использоваться известные конструкторские приемы, заключающиеся, в частности, в установке дополнительных внешних согласующих элементов, связывающих элементы печатной платы с корпусом блока, как например в [3], в особом размещении сигнальных проводников на печатной плате, как например в [4], [5, с. 112-115], в особом расположении земляных проводников и проводников питания, как например в [5, с. 113-114] . Достигаемый при этом результат уменьшения паразитных наводок и наведенных помех тем выше, чем меньше разница между частотами сигналов, обрабатываемых в блоке, и чем выше степень интеграции электрорадиоэлементов блока. In those cases when weight and size characteristics are important, monoblock designs are developed that combine heterogeneous functional units and elements within one radio-electronic unit, such as in the radio-electronic unit of the navigation receiver-processor of the SRNS signals described in [1, p. 132, fig. 69]. To solve the problems arising in this case, associated with spurious interference and induced noise, well-known design techniques can be used, which include, in particular, the installation of additional external matching elements connecting the elements of the printed circuit board with the block case, such as in [3], in a special placing signal conductors on a printed circuit board, as for example in [4], [5, p. 112-115], in a special arrangement of earth conductors and power conductors, as for example in [5, p. 113-114]. The result achieved by reducing spurious interference and induced noise is the higher, the smaller the difference between the frequencies of the signals processed in the block, and the higher the degree of integration of the radio-electronic elements of the block.
Типичным примером конструкторского решения задачи уменьшения паразитных наводок и наведенных помех при реализации радиоэлектронного блока на одной многослойной печатной плате является радиоэлектронный блок, описанный в [6, С.258-261, рис. 12.2]. Этот радиоэлектронный блок содержит многослойную печатную плату с числом проводящих слоев N ≥ 6, в которой на наружных первом и N-ом проводящих слоях печатной платы размещены контактные площадки и электрорадиоэлементы, а сигнальные печатные проводники, проводники питания и земляные проводники расположены во внутренних проводящих слоях печатной платы. При этом земляные проводники (проводники потенциалов "Земля") и проводники питания (проводники потенциалов "Питание") расположены в разных внутренних проводящих слоях печатной платы, например в четвертом и пятом слоях соответственно для случая десятислойной (N = 10) печатной платы. Земляные проводники и проводники питания при этом выполнены в виде металлизированных земляных плоскостей и плоскостей питания с окнами вокруг металлизированных отверстий межслойных соединений, не связанных электрически с этими плоскостями. Такая конструкция радиоэлектронного блока позволяет решить задачу уменьшения паразитных наводок и наведенных помех в условиях, когда в радиоэлектронном блоке используются однородные электрорадиоэлементы, работающие с сигналами, близкими по частоте, как например в случае цифровой ЭВМ. A typical example of a design solution to the problem of reducing spurious interference and induced noise when implementing a radio electronic unit on a single multilayer printed circuit board is a radio electronic unit described in [6, P.258-261, Fig. 12.2]. This electronic block contains a multilayer printed circuit board with the number of conductive layers N ≥ 6, in which on the outer first and Nth conductive layers of the printed circuit board there are contact pads and radio-electronic elements, and signal printed conductors, power conductors and earth conductors are located in the internal conductive layers of the printed circuit boards. In this case, earth conductors (potential conductors "Earth") and power conductors (conductors of potentials "Power") are located in different internal conductive layers of the printed circuit board, for example, in the fourth and fifth layers, respectively, for the case of a ten-layer (N = 10) printed circuit board. The earth conductors and power conductors in this case are made in the form of metallized earth planes and power planes with windows around the metallized holes of the interlayer connections that are not electrically connected to these planes. This design of the electronic unit allows us to solve the problem of reducing spurious interference and induced noise in conditions when uniform electronic components are used in the electronic unit that work with signals that are close in frequency, such as in the case of a digital computer.
Наиболее близким к заявляемому радиоэлектронному блоку является радиоэлектронный блок, описанный в [7], в котором решается задача устранения паразитных наводок и наведенных помех в условиях, когда на одной многослойной печатной плате, например плате навигационного приемника-процессора сигналов СРНС, размещаются разнородные функциональные элементы различной степени интеграции, реализующие процессы обработки сигналов на частотах от тысяч мегагерц на входе блока до единиц герц на выходе блока. Closest to the claimed radio-electronic unit is the radio-electronic unit described in [7], in which the problem of eliminating spurious interference and induced interference is solved under conditions when heterogeneous functional elements of various types are placed on one multilayer printed circuit board, for example, a board of a navigation receiver-processor of SRNS signals. degrees of integration that implement signal processing processes at frequencies from thousands of megahertz at the input of the block to units of hertz at the output of the block.
Радиоэлектронный блок, описанный в [7], принят в качестве прототипа. The electronic unit described in [7] is adopted as a prototype.
Радиоэлектронный блок-прототип содержит многослойную печатную плату с числом проводящих слоев N≥ 6. Электрорадиоэлементы, размещенные на печатной плате, сгруппированы по М функциональным зонам, где первая из М зон является зоной функционального размещения аналоговых электрорадиоэлементов. В первой зоне также размещен высокочастотный соединитель, предназначенный для подключения приемной антенны. Последующие М-1 зон являются зонами функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов, причем в последней М-ой зоне размещен по крайней мере один низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения внешних устройств. Электрорадиоэлементы монтируются на наружных проводящих слоях печатной платы на соответствующих контактных площадках. The prototype electronic block contains a multilayer printed circuit board with a number of conductive layers N≥ 6. The radio-electronic elements placed on the printed circuit board are grouped according to M functional zones, where the first of the M zones is the functional placement zone of analogue radio-electronic elements. The first zone also houses a high-frequency connector designed to connect a receiving antenna. The subsequent M-1 zones are zones of the functional placement of digital electro-radio elements, with at least one low-frequency connector for connecting external devices located in the last M-th zone. Electro-radio elements are mounted on the outer conductive layers of the printed circuit board at the corresponding contact pads.
Земляные проводники функциональных зон выполнены в виде металлизированных земляных плоскостей, расположенных на печатной плате в соответствии с расположением этих зон. Земляные плоскости первой зоны, т.е. зоны функционального размещения аналоговых электрорадиоэлементов, расположены в двух внутренних проводящих слоях печатной платы - втором и (N-1)-ом проводящих слоях, соседствующих с наружным первым и N-ым проводящими слоями. Земляные плоскости всех последующих М-1 зон, т.е. зон функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов, расположены в одном из внутренних проводящих слоев печатной платы, соседствующем с первым или N-ым наружным проводящим слоем. Земляные плоскости этих М-1 зон связаны печатными перемычками друг с другом, а также с земляной плоскостью первой зоны, расположенной в этом же проводящем слое. Earth conductors of functional zones are made in the form of metallized earth planes located on a printed circuit board in accordance with the location of these zones. Earth planes of the first zone, i.e. zones of functional placement of analogue electro-radio elements are located in two internal conductive layers of the printed circuit board - the second and (N-1) -th conductive layers adjacent to the outer first and Nth conductive layers. Earth planes of all subsequent M-1 zones, i.e. zones of functional placement of digital electro-radio elements are located in one of the inner conductive layers of the printed circuit board adjacent to the first or Nth outer conductive layer. The ground planes of these M-1 zones are connected by printed jumpers with each other, as well as with the ground plane of the first zone located in the same conductive layer.
Проводники питания функциональных зон выполнены в виде металлизированных плоскостей питания и расположены в соответствии с расположением функциональных зон во внутренних проводящих слоях печатной платы, свободных от земляных плоскостей, т. е. между вторым и (N-2)-ым проводящими слоями. При этом проводники питания первой зоны размещены в i-ом проводящем слое печатной платы, свободном от размещения проводников питания других зон, например в слое, соседствующем с вторым или (N - 1)-ым проводящем слоем, а проводники питания остальных зон расположены в j-ом проводящем слое, где i ≠ j. The power conductors of the functional zones are made in the form of metallized power planes and are located in accordance with the location of the functional zones in the internal conductive layers of the printed circuit board, free of earth planes, i.e., between the second and (N-2) -th conductive layers. In this case, the power conductors of the first zone are located in the i-th conductive layer of the circuit board, free from the placement of power conductors of other zones, for example, in the layer adjacent to the second or (N - 1) -th conductive layer, and the power conductors of the remaining zones are located in j -th conductive layer, where i ≠ j.
Электрические связи между функциональными зонами осуществляются посредством сигнальных печатных проводников - проводников связи, расположенных в основном на наружном проводящем слое печатной платы, соседствующем с внутренним проводящем слоем, в котором расположены земляные плоскости всех функциональных зон. Расположение печатных проводников связи на указанном наружном проводящем слое является преимущественным и предпочтительным. Расположение проводников связи в этом слое позволяет реализовать в наибольшей степени эффект их защитной экранировки земляными проводниками (земляными перемычками), располагающимися под сигнальными проводниками, и максимально минимизировать длину возвратного (обратного) земляного участка для возвратного контура цепи прохождения сигнала по проводнику связи. В блоке-прототипе в качестве таких экранирующих земляных проводников выступают, в частности, земляные перемычки шириной не менее 1 мм, связывающие между собой земляные плоскости функциональных зон. Electrical connections between the functional areas are carried out by signal printed conductors - communication conductors located mainly on the outer conductive layer of the printed circuit board adjacent to the inner conductive layer, in which the ground planes of all functional zones are located. The arrangement of the printed communication conductors on said outer conductive layer is advantageous and preferred. The location of the communication conductors in this layer makes it possible to realize to the greatest extent the effect of their protective screening by the earth conductors (earth jumpers) located under the signal conductors, and to minimize the length of the return (return) ground section for the return circuit of the signal path through the communication conductor. In the prototype block, such shielding earth conductors are, in particular, earth bridges with a width of at least 1 mm, connecting earth planes of the functional zones.
Межслойные соединения печатных проводников осуществляются посредством металлизированных отверстий межслойных соединений. В случае, когда металлизированные отверстия межслойных соединений, не связанные электрически с земляными плоскостями или плоскостями питания, проходят через эти плоскости, в этих плоскостях выполняются соответствующие окна, лишенные металлизации. Interlayer connections of printed conductors are carried out by means of metallized holes of interlayer connections. In the case when the metallized holes of the interlayer connections, not electrically connected to the earthen planes or supply planes, pass through these planes, corresponding windows are deprived of metallization in these planes.
В блоке-прототипе реализован принцип раздельного (по функциональным зонам) электропитания. Для осуществления этого в каждой из М зон на одном из наружных проводящих слоев печатной платы выполнены связанные с соответствующими плоскостями питания этих зон контактные элементы (контактные площадки) для подключения к внешним источникам питания. In the prototype block, the principle of separate (according to functional zones) power supply is implemented. To accomplish this, in each of the M zones on one of the outer conductive layers of the printed circuit board, contact elements (contact pads) for connecting to external power sources are connected with the corresponding power planes of these zones.
Конструкция блока-прототипа обеспечивает возможность реализации, в частности, навигационного приемника-процессора, работающего по сигналам СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS". При этом сигналы, обрабатываемые в первой функциональной зоне печатной платы, представляют собой аналоговые широкополосные шумоподобные радиосигналы СРНС с частотами от 1200 МГц до 1700 МГц. Эти сигналы преобразуются в первой функциональной зоне печатной платы с понижением несущей частоты до десятков мегагерц. Далее эти сигналы в соответствующих функциональных зонах печатной платы подвергаются многоканальной корреляционной обработке, обработке в цифровом процессоре и преобразованию в интерфейсных элементах. The design of the prototype unit provides the possibility of implementing, in particular, a navigation receiver-processor operating on the basis of the GLONASS and GPS GPS signals. At the same time, the signals processed in the first functional area of the printed circuit board are analog broadband noise-like radio signals of SRNS with frequencies from 1200 MHz to 1700 MHz. These signals are converted in the first functional area of the printed circuit board with a decrease in the carrier frequency to tens of megahertz. Further, these signals in the corresponding functional areas of the printed circuit board are subjected to multichannel correlation processing, processing in a digital processor and conversion in interface elements.
Таким образом, в блоке-прототипе сигналы СРНС в процессе своей обработки переходят от одной функциональной зоны печатной платы к другой, претерпевая изменения по частоте от тысяч мегагерц на входе первой функциональной зоны (зоны размещения аналоговых электрорадиоэлементов) до единиц герц на выходе последней функциональной зоны (зоны размещения интерфейсных электрорадиоэлементов). Переход сигналов от одной функциональной зоны к другой осуществляется по сигнальным проводникам связи, экранирование которых осуществляется посредством расположенных под ними участков земляных плоскостей и земляных перемычек, связывающих земляные плоскости между собой. Ширина земляных печатных перемычек (не менее 1 мм) выбрана из условия минимизации потерь в возвратных контурах цепей прохождения сигналов и снижения их восприимчивости к воздействию излучений и перекрестных помех за счет исключения неоптимальных токовых путей, обладающих дополнительной индуктивностью. На минимизацию потерь в возвратных контурах цепей прохождения сигналов, а также цепей распределения питания положительно влияет указанное выполнение металлизированных земляных плоскостей и металлизированных плоскостей питания каждой из функциональных зон, за счет которого обеспечивается формирование возвратных цепей, оптимально соответствующих сигнальным цепям, исключается образование паразитных токовых контуров, характеризуемых паразитными индуктивностями и восприимчивостью к помехам. Все это позволяет в блоке-прототипе решить задачу устранения паразитных наводок и наведенных помех в условиях, когда на многослойной печатной плате блока размещаются разнородные электрорадиоэлементы различной степени интеграции, работающие с разнородными сигналами (аналоговыми и цифровыми) в диапазоне частот от тысяч мегагерц на входе блока до единиц герц на выходе блока. Thus, in the prototype block, the SRNS signals during their processing pass from one functional area of the printed circuit board to another, undergoing changes in frequency from thousands of megahertz at the input of the first functional zone (the zone of placement of analogue radio electronic elements) to units of hertz at the output of the last functional zone ( zones of interface radio-electronic elements). The transition of signals from one functional zone to another is carried out by signal communication conductors, the screening of which is carried out by means of sections of earth planes located below them and earth jumpers connecting earth planes to each other. The width of the earthen printed jumpers (at least 1 mm) is selected from the condition of minimizing losses in the return circuits of the signal paths and reducing their susceptibility to radiation and crosstalk by eliminating non-optimal current paths with additional inductance. The minimization of losses in the return circuits of the signal transmission circuits, as well as the power distribution circuits, is positively affected by the indicated implementation of the metallized earth planes and metallized power planes of each of the functional zones, due to which the formation of return circuits that are optimal for the signal circuits is ensured, the formation of stray current circuits characterized by spurious inductances and susceptibility to interference. All this allows us to solve the problem of eliminating spurious interference and induced noise in the prototype unit under conditions when heterogeneous electro-radio cells of varying degrees of integration are placed on the multilayer printed circuit board of the unit, working with heterogeneous signals (analog and digital) in the frequency range from thousands of megahertz at the input of the unit units of hertz at the output of the block.
Особенностью блока-прототипа является то, что достижение требуемого результата по устранению паразитных наводок и наведенных помех, реализуемое за счет рассмотренных выше конструктивных мер, обеспечивается при использовании раздельного (по функциональным зонам) электропитания, что сужает область возможного применения блока-прототипа. A feature of the prototype unit is that the achievement of the required result to eliminate spurious interference and induced interference, which is realized through the above-mentioned design measures, is achieved by using separate (in functional areas) power supply, which narrows the scope of the possible application of the prototype unit.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции, обеспечивающей эффективное устранение паразитных наводок и наведенных помех в условиях применения одного источника для питания радиоэлектронного блока, на многослойной печатной плате которого размещаются разнородные функциональные элементы различной степени интеграции, работающие с разнородными сигналами (аналоговыми и цифровыми) различных частот (от тысяч мегагерц на входе блока до единиц герц на выходе блока). The technical problem to which the claimed invention is directed is to create a design that provides effective elimination of spurious interference and induced interference when using one source for powering the electronic unit, on a multilayer printed circuit board of which heterogeneous functional elements of varying degrees of integration are located that work with heterogeneous signals ( analog and digital) of various frequencies (from thousands of megahertz at the input of the block to units of hertz at the output of the block).
Решение поставленной задачи позволяет расширить область возможного применения радиоэлектронного блока за счет упрощения его системы питания, в частности позволяет конструировать малогабаритную, работающую с одним внешним источником питания радиоэлектронную аппаратуру, осуществляющую прием и обработку сигналов СРНС <ГЛОНАСС> и <GPS> в целях определения местоположения, точного времени, осуществления временной синхронизации и выделения служебной информации СРНС для широкого круга потребителей. При этом за счет обеспечения эффективного устранения паразитных наводок и наведенных помех радиоэлектронный блок может с успехом работать не только как самостоятельный прибор, но и в условиях комплекса аппаратуры. The solution of this problem allows you to expand the scope of the possible application of the electronic unit by simplifying its power system, in particular, it allows you to design small-sized, electronic equipment that works with one external power source, which receives and processes SRNS <GLONASS> and <GPS> signals in order to determine the location, accurate time, the implementation of time synchronization and the allocation of service information SRNS for a wide range of consumers. At the same time, by ensuring the effective elimination of spurious interference and induced interference, the radio-electronic unit can successfully operate not only as an independent device, but also in the conditions of a complex of equipment.
Сущность изобретения заключается в том, что в радиоэлектронном блоке, содержащем многослойную печатную плату с числом проводящих слоев N ≥ 6, в которой на наружных первом и N-ом проводящих слоях размещены высокочастотный и низкочастотный соединители, а также печатные проводники, контактные площадки и электрорадиоэлементы, сгруппированные по М зонам, первая из которых является зоной функционального размещения аналоговых электрорадиоэлементов и высокочастотного соединителя для подключения источника входных сигналов, а последующие М-1 зон являются зонами функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов, причем в последней М-ой зоне размещен по крайней мере один низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения внешних устройств, земляные плоскости первой зоны расположены в двух внутренних проводящих слоях - втором и (N-1)-ом проводящих слоях, соседствующих с наружными первым и N-ым проводящими слоями, земляные плоскости всех последующих М-1 зон расположены в одном из внутренних проводящих слоев, соседствующем с первым или N-м наружным проводящим слоем. The essence of the invention lies in the fact that in a radio electronic unit containing a multilayer printed circuit board with a number of conductive layers N ≥ 6, in which high-frequency and low-frequency connectors are placed on the outer first and Nth conductive layers, as well as printed conductors, contact pads and radio-electronic elements, grouped by M zones, the first of which is a functional placement area of analogue electrical radio elements and a high-frequency connector for connecting an input signal source, and subsequent M-1 s n are zones of the functional placement of digital electro-radio elements, with at least one low-frequency connector for connecting external devices located in the last M-th zone, the ground planes of the first zone are located in two inner conducting layers - the second and (N-1) -th conductive layers adjacent to the outer first and Nth conductive layers, the ground planes of all subsequent M-1 zones are located in one of the inner conductive layers adjacent to the first or Nth outer conductive layer.
Земляные плоскости этих М-1 зон связаны земляными печатными проводниками друг с другом и с расположенной в этом же проводящем слое земляной плоскостью первой зоны, при этом i-й проводящий слой, в котором располагаются проводники питания первой зоны, и j-й проводящий слой, в котором располагаются выполненные в виде плоскостей цифрового питания проводники питания третьей и последующих зон, где j ≠ i, расположены между вторым и (N-1)-м проводящими слоями, электрические связи между М зонами осуществляются посредством печатных проводников, расположенных преимущественно на наружном проводящем слое, соседствующем с внутренним проводящим слоем, в котором расположены земляные плоскости всех М зон, а межслойные соединения печатных проводников осуществляются посредством металлизированных отверстий межслойных соединений. The ground planes of these M-1 zones are connected by ground printed conductors to each other and to the ground plane of the first zone located in the same conductive layer, while the i-th conductive layer, in which the power conductors of the first zone are located, and the j-th conductive layer, in which the power conductors of the third and subsequent zones are arranged in the form of digital power planes, where j ≠ i are located between the second and (N-1) -th conductive layers, electrical connections between the M zones are carried out by means of printed conductors, located predominantly on the outer conductive layer adjacent to the inner conductive layer, in which the ground planes of all M zones are located, and the interlayer connections of the printed conductors are carried out by means of metallized holes of the interlayer connections.
При этом в отличие от прототипа плоскости цифрового питания третьей и последующих зон и земляная плоскость последней М-ой зоны электрически связаны соответственно с размещенными на одном из наружных проводящих слоев в последней М-ой зоне контактными элементами "Питание" и "Земля", связанными посредством печатных проводников этого наружного слоя с соответствующими выводами низкочастотного соединителя, предназначенными для подключения внешнего источника питания радиоэлектронного блока, причем с контактными элементами "Питание" и "Земля" непосредственно связаны первый и второй выводы первого фильтра питания, при этом проводники питания второй зоны, в которой осуществляется преобразование в цифровой вид аналоговых сигналов, поступающих из первой зоны, размещены в том же проводящем слое, что и проводники питания первой зоны, и выполнены в виде печатных проводников, расходящихся из общей точки, электрически связанной с выходным выводом второго фильтра питания, который размещен на наружном проводящем слое в одной из последующих М-2 зон при количестве зон М не менее пяти и связан другими своими выводами - входным и земляным - соответственно с плоскостью цифрового питания и земляной плоскостью зоны своего размещения, а проводники питания первой зоны выполнены в виде печатных проводников, расходящихся из общей точки, электрически связанной с выходным выводом третьего фильтра питания, который размещен на наружном проводящем слое во второй зоне и связан другими своими выводами - входным и земляным - соответственно с выходным выводом второго фильтра питания и земляной плоскостью второй зоны, при этом в наружных первом и N-ом проводящих слоях по периметру первой зоны, с разрывами для печатных проводников, пересекающих этот периметр, расположены дополнительные экранирующие печатные проводники, связанные между собой и с земляными плоскостями первой зоны соответствующими отверстиями межслойных соединений, расположенными в ряд с шагом не более 5 мм, а в обоих наружных проводящих слоях и внутренних проводящих слоях, свободных от размещения земляных плоскостей второй и последующих зон, вдоль границы, отделяющей третью зону от второй, с разрывами для печатных проводников, пересекающих эту границу, расположены дополнительные печатные проводники экранирующего барьера, связанные между собой и с земляной плоскостью третьей зоны с помощью соответствующих отверстий межслойных соединений, расположенных в ряд с шагом не более 5 мм. In this case, unlike the prototype, the digital power planes of the third and subsequent zones and the earth plane of the last M-th zone are electrically connected respectively to the “Power” and “Earth” contact elements placed on one of the outer conducting layers in the last M-th zone, connected by printed conductors of this outer layer with the corresponding pins of the low-frequency connector, designed to connect an external power source of the electronic unit, with contact elements "Power" and "Earth "the first and second terminals of the first power filter are directly connected, while the power conductors of the second zone, in which the digital signals from the first zone are converted to digital form, are located in the same conductive layer as the power conductors of the first zone, and are made in in the form of printed conductors diverging from a common point, electrically connected to the output terminal of the second power filter, which is placed on the outer conductive layer in one of the subsequent M-2 zones with the number of zones M at least five and its other conclusions - input and ground - respectively, with the digital power plane and the ground plane of the zone of its location, and the power conductors of the first zone are made in the form of printed conductors diverging from a common point, electrically connected to the output terminal of the third power filter, which is located on the outside conductive layer in the second zone and connected with its other conclusions - input and ground - respectively, with the output terminal of the second power filter and the ground plane of the second zone, while in the outer The first and Nth conductive layers along the perimeter of the first zone, with gaps for the printed conductors crossing this perimeter, are additional shielded printed conductors connected to each other and to the ground planes of the first zone by the corresponding holes of the interlayer connections, arranged in a row with a step of no more than 5 mm, and in both the outer conducting layers and the inner conducting layers free from the placement of earth planes of the second and subsequent zones, along the boundary separating the third zone from the second, with gaps for For the conductors crossing this boundary, additional printed conductors of the shielding barrier are located, connected to each other and to the earth plane of the third zone using the corresponding holes of the interlayer connections, arranged in a row with a step of no more than 5 mm.
В частных случаях реализации заявляемого радиоэлектронного блока земляные плоскости третьей и последующих зон функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов конструктивно объединены в общую для этих зон земляную плоскость, плоскости цифрового питания третьей и последующих зон функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов конструктивно объединены в общую для этих зон плоскость цифрового питания, первый фильтр питания выполнен в виде фильтрующего конденсатора, второй фильтр питания выполнен в виде проходного конденсатора, а третий фильтр питания выполнен в виде проходного фильтра, реализующего функцию Т-образного LC-фильтра. In special cases of the implementation of the inventive radio-electronic unit, the earthen planes of the third and subsequent zones of the functional placement of digital electro-radio elements are structurally combined into a common earth plane for these zones, the planes of digital power of the third and subsequent zones of the functional arrangement of digital electro-radio elements are structurally combined into a common digital power plane, the first the power filter is made in the form of a filtering capacitor, the second power filter is made in the form of a passage th capacitor, and the third power filter is made in the form of a pass-through filter that implements the function of a T-shaped LC filter.
Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежами, представленными на фиг. 1-11, иллюстрирующими пример конструктивной реализации радиоэлектронного блока навигационного приемника-процессора сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS" на многослойной печатной плате с шестью проводящими слоями. The invention, its feasibility and the possibility of industrial application are illustrated by the drawings shown in FIG. 1-11, illustrating an example of the constructive implementation of the radio-electronic unit of the navigation receiver-processor of the SRNS GLONASS and GPS signals on a multilayer printed circuit board with six conductive layers.
На фиг. 1 представлен вид шестислойной печатной платы в разрезе (расположение печатных проводников и металлизированных отверстий межслойных соединений - условное),
на фиг. 2 - пример группировки по зонам электрорадиоэлементов, смонтированных на наружном первом проводящем слое, в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока (вид со стороны элементов первого проводящего слоя, печатные проводники условно не показаны);
на фиг. 3 - пример группировки по зонам электрорадиоэлементов, смонтированных на наружном шестом проводящем слое, в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные, печатные проводники условно не показаны);
на фиг. 4 - пример фрагмента рисунка печати наружного первого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока;
на фиг. 5 - пример рисунка печати внутреннего второго проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 6 - пример фрагмента рисунка печати внутреннего третьего проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 7 - пример фрагмента рисунка печати внутреннего четвертого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 8 - пример фрагмента рисунка печати внутреннего пятого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 9 - пример фрагмента рисунка печати наружного шестого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные);
на фиг. 10 - пример подключения фильтров питания (вид со стороны печати);
на фиг. 11 - вид шестислойной печатной платы в сечении по экранирующему барьеру.In FIG. 1 shows a sectional view of a six-layer printed circuit board (arrangement of printed conductors and metallized holes of interlayer connections is conditional),
in FIG. 2 - an example of grouping by zones of electro-radio elements mounted on the outer first conductive layer, in the considered example of the implementation of the electronic block (view from the side of the elements of the first conductive layer, printed conductors are not shown conventionally);
in FIG. 3 - an example of grouping by zones of electro-radio elements mounted on the outer sixth conductive layer, in the considered example of the implementation of the electronic block (view from the side of the first conductive layer, the layers are conditionally transparent, the printed conductors are not shown conventionally);
in FIG. 4 is an example of a fragment of a print pattern of the outer first conductive layer in the considered example of implementation of the electronic unit;
in FIG. 5 is an example of a print pattern of the inner second conductive layer in the considered example of implementation of the electronic block (view from the side of the first conductive layer, the layers are conditionally transparent);
in FIG. 6 is an example of a fragment of the print pattern of the inner third conductive layer in the considered example of implementation of the electronic block (view from the side of the first conductive layer, the layers are conditionally transparent);
in FIG. 7 is an example of a fragment of the print pattern of the inner fourth conductive layer in the considered example of implementation of the electronic block (view from the side of the first conductive layer, the layers are conditionally transparent);
in FIG. 8 is an example of a fragment of the print pattern of the inner fifth conductive layer in the considered example of implementation of the electronic block (view from the side of the first conductive layer, the layers are conditionally transparent);
in FIG. 9 is an example of a fragment of a print pattern of the outer sixth conductive layer in the considered example of implementation of the electronic block (view from the side of the first conductive layer, the layers are conditionally transparent);
in FIG. 10 is an example of connecting power filters (view from the print side);
in FIG. 11 is a sectional view of a six-layer printed circuit board along a shielding barrier.
Заявляемый радиоэлектронный блок (фиг. 1-11) содержит многослойную печатную плату 1 с числом проводящих слоев N ≥ 6. В рассматриваемом примере реализации, имеющем практическое применение, многослойная печатная плата 1 выполнена шестислойной, т.е. имеет N = 6 проводящих слоев. Наружный первый проводящий слой 2 образует лицевую сторону шестислойной печатной платы, а наружный шестой проводящий слой 3 - тыльную сторону. Внутренние проводящие слои, а именно второй проводящий слой 4, третий проводящий слой 5, четвертый проводящий слой 6 и пятый проводящий слой 7, отделены друг от друга и от наружных проводящих слоев 2 и 3 изолирующими слоями 8 (фиг. 1). The inventive electronic block (Fig. 1-11) contains a multilayer printed
В рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока - в приемнике-процессоре сигналов СРНС - в наружных проводящих слоях 2 и 3 (фиг. 1-4, 9) размещены печатные площадки 9, печатные проводники 10, электрорадиоэлементы 11, а также высокочастотный соединитель 12 и низкочастотные соединители 13 (131 и 132). Высокочастотный соединитель 12 предназначен для подключения источника входных сигналов - приемной антенны, низкочастотный соединитель 131 - для подключения не обходимых внешних устройств приемника-процессора сигналов СРНС, в частности пульта управления, а также внешнего источника питания, а низкочастотный соединитель 132 - для подключения контрольной и тестирующей аппаратуры.In the considered example of the implementation of the radio-electronic unit - in the receiver-processor of the SRNS signals - in the outer
Электрорадиоэлементы 11 смонтированы на многослойной печатной плате 1 по технологии поверхностного монтажа, что позволяет в максимальной степени микроминиатюризировать монтаж [8, с. 107].
Во внутренних проводящих слоях 4 - 7 размещены только печатные проводники (фиг. 5 - 8). In the inner
Межслойные соединения печатных проводников осуществляются посредством соответствующих металлизированных отверстий 14 межслойных соединений (на фиг. 1 выполнение металлизированных отверстий 14 показано условно). В случае, когда металлизированные отверстия межслойных соединений должны проходить через печатные проводники без электрического контакта с ними, в этих проводниках выполняются соответствующие окна, лишенные металлизации. Interlayer connections of the printed conductors are carried out by means of the corresponding metallized holes 14 of the interlayer connections (in Fig. 1, the performance of the metallized holes 14 is shown conditionally). In the case when the metallized holes of the interlayer connections must pass through the printed conductors without electrical contact with them, the corresponding windows are deprived of metallization in these conductors.
В рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока - в навигационном приемнике-процессоре сигналов СРНС - электрорадиоэлементы 11 сгруппированы по М = 5 зонам 15, 16, 17, 18 и 19 (фиг. 2, 3). Зоны 15 - 19 располагаются последовательно вдоль многослойной печатной платы 1, каждая из зон занимает всю ширину платы. In the considered example of the implementation of the radio-electronic unit — in the navigation receiver-processor of the SRNS signals — the electro-
Первая зона 15 является зоной функционального размещения аналоговых электрорадиоэлементов, осуществляющих преобразование входных аналоговых сигналов СРНС с понижением их несущей частоты до значения, требуемого из условий осуществления последующего аналого-цифрового преобразования. В этой же зоне размещен высокочастотный соединитель 12 (фиг. 2). За счет соответствующей топологии, а также с помощью электрорадиоэлементов 11 в первой зоне 15 выполнены полосовые микрополосковые СВЧ-фильтры, малошумящий СВЧ-усилитель, полосовые фильтры на поверхностно акустических волнах, смесители, а также синтезаторы и формирователи тактовой и гетеродинных частот и опорный генератор. Электрорадиоэлементы первой зоны 15 представлены дискретными электрорадиоэлементами, электрорадиоэлементами низкой степени интеграции, например аналогичными микросхемам типа MGA-87563 фирмы HEWLETT-PACKARD (США) или МААМ 12021 М/А СОМ фирмы MOTOROLA (США) (малошумящие СВЧ-усилители), а также электрорадиоэлементами средней степени интеграции, например аналогичными микросхемам типа LMX2330ATM фирмы MOTOROLA (США) (цифровой синтезатор), UPC2753 фирмы NEC (США) (преобразователь сигнала - усилитель), MC13142D фирмы Motorola (США) (смеситель), TX0255AR 10,00 MГц, 3 V фирмы RAKON (США) (опорный генератор). Все указанные электрорадиоэлементы предназначены для поверхностного монтажа. The
Последующие вторая 16, третья 17, четвертая 18 и пятая 19 зоны являются зонами функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов. The subsequent second 16, third 17, fourth 18 and fifth 19 zones are the zones of the functional placement of digital electro-radio elements.
Вторая зона 16 является зоной, где осуществляется преобразование в цифровой вид аналоговых сигналов СРНС, поступающих из первой зоны 15. В состав электрорадиоэлементов второй зоны 16 входят, например, компараторы средней степени интеграции, аналогичные микросхемам типа MAX962ESA фирмы MAXIM (США), предназначенным для поверхностного монтажа. The
Третья зона 17 соответствует зоне размещения электрорадиоэлементов, осуществляющих многоканальное корреляционное преобразование сигналов СРНС. Преимущественно это электрорадиоэлементы сверхвысокой степени интеграции, аналогичные, например, цифровым корреляторам типа 1836ВЖ1, 1836ВЖ1-01 (Россия) или ASIC фирмы SAMSUNG (Корея), предназначенным для поверхностного монтажа. The
Четвертая зона 18 соответствует зоне размещения элементов цифрового процессора. Преимущественно это электрорадиоэлементы сверхвысокой степени интеграции, аналогичные, например, цифровым процессорам типа ТМС320С203Р, TMS320 LC203PZA фирмы TEXAS INSTRUMENTS (США), а также электрорадиоэлементы большой степени интеграции, аналогичные, например, постоянным запоминающим устройствам типа KM616V1002AT-15 фирмы SAMSUNG (Корея). Все указанные электрорадиоэлементы предназначены для поверхностного монтажа. The
Пятая зона 19 соответствует зоне размещения интерфейсных электрорадиоэлементов. Преимущественно это электрорадиоэлементы средней степени интеграции, аналогичные, например, микросхемам типа МАХ3223ЕАР фирмы MAXIM (США), предназначенным для поверхностного монтажа. В пятой зоне 19 размещаются также низкочастотные соединители 13 (фиг. 2). The
Первой зоне 15 соответствуют на печатной плате 1 две земляные плоскости 20 и 21, которые расположены в двух внутренних проводящих слоях, соседствующих с наружными проводящими слоями. В рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока на шестислойной (N = 6) печатной плате 1 земляная плоскость 20 расположена во втором проводящем слое 4 (фиг. 5), соседствующем с наружным проводящим слоем 2, а земляная плоскость 21 - в пятом проводящем слое 7 (фиг. 8), соседствующем с наружным проводящим слоем 3. On the printed
Земляная плоскость 22 второй зоны 16 и земляные плоскости 23 последующих зон 17-19 функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов расположены в одном из внутренних проводящих слоев, соседствующем с наружным проводящим слоем. В рассматриваемом примере реализации земляные плоскости 22 и 23 второй 16 и последующих 17-19 зон расположены во втором проводящем слое 4, соседствующем с наружным проводящим слоем 2, т.е. в том же проводящем слое, что и земляная плоскость 20 первой зоны 15 (фиг. 5). Земляные плоскости 20, 22 и 23 всех пяти зон 15-19, расположенные во втором проводящем слое 4, связаны между собой конструктивно и электрически. Так, в рассматриваемом примере, имеющем преимущественное практическое применение, земляные плоскости 23 третьей 17, четвертой 18 и пятой 19 зон конструктивно объединены в общую земляную плоскость, которая связана с земляной плоскостью 22 второй зоны 16 с помощью земляных печатных проводников (земляных перемычек) 24 (фиг. 5). Аналогично земляная плоскость 22 второй зоны 16 связана с земляной плоскостью 20 первой зоны 15 с помощью земляных печатных проводников (земляных перемычек) 25 (фиг. 5). Ширина земляных печатных проводников 24, 25 обычно не менее 1 мм. The
Проводники питания первой зоны 15, выполненные в заявляемом радиоэлектронном блоке в виде печатных проводников 26, расходящихся из общей точки 27, и проводники питания второй зоны 16, выполненные в виде печатных проводников 28, расходящихся из общей точки 29, располагаются в одном и том же i-ом проводящем слое между вторым 4 и пятым 7 проводящими слоями. В рассматриваемом примере реализации проводники питания 26 и 28 располагаются в третьем (i = 3) проводящем слое 5 (фиг. 6). The power conductors of the
Проводники питания третьей 17, четвертой 18 и пятой 19 зон, выполненные в виде плоскостей 30 цифрового питания, располагаются в j-ом проводящем слое (j ≠ i) между вторым 4 и пятым 7 проводящими слоями, например, как показано на фиг. 7, в четвертом (j = 4) проводящем слое 6. В рассматриваемом случае, имеющем преимущественное практическое применение, плоскости 30 цифрового питания третьей 17, четвертой 18 и пятой 19 зон конструктивно объединены в общую плоскость цифрового питания (фиг. 7). The power conductors of the third 17, fourth 18 and fifth 19 zones, made in the form of digital power planes 30, are located in the jth conductive layer (j ≠ i) between the second 4 and fifth 7 conductive layers, for example, as shown in FIG. 7, in the fourth (j = 4) conductive layer 6. In this case, which has predominant practical use, the digital power supply planes 30 of the third 17, fourth 18 and fifth 19 zones are structurally combined into a common digital power plane (Fig. 7).
Электрические связи между зонами 15-19 осуществляются посредством печатных проводников, расположенных преимущественно на наружном проводящем слое, соседствующем с внутренним проводящим слоем, в котором расположены земляные плоскости всех зон. В рассматриваемом примере реализации эти связи выполняются соответствующими печатными проводниками 10, расположенными в наружном первом проводящем слое 2 (фиг. 4), соседствующем с внутренним вторым проводящим слоем 4, в котором расположены земляные плоскости 20, 22 и 23 всех пяти зон 15-19 (фиг. 5). Electrical connections between zones 15-19 are carried out by means of printed conductors located mainly on the outer conductive layer adjacent to the inner conductive layer, in which the ground planes of all zones are located. In the considered example of implementation, these connections are made by the corresponding printed
Плоскости 30 цифрового питания (фиг. 7) и земляная плоскость 23 (фиг. 5) последней (пятой) зоны 19 электрически связаны соответственно с размещенными на одном из наружных проводящих слоев (в рассматриваемом случае на наружном проводящем слое 2) контактными элементами 31 "Питание" и 32 "Земля" (фиг. 4). Контактные элементы 31 "Питание" и 32 "Земля" связаны посредством печатных проводников с соответствующими выводами низкочастотного соединителя 131, предназначенными для подключения внешнего источника питания радиоэлектронного блока (фиг. 4, 2).The digital power planes 30 (Fig. 7) and the ground plane 23 (Fig. 5) of the last (fifth)
С контактным элементом 31 "Питание" непосредственно связан первый вывод 33 первого фильтра питания 34. Фильтр 34 установлен на наружном проводящем слое 2 в пятой зоне 19 (фиг. 2, 10) и непосредственно связан другим своим выводом 35 с контактным элементом 32 "Земля". Фильтр 34 выполняется преимущественно в виде фильтрующего конденсатора [8, с.259]. Практически, в качестве фильтрующего конденсатора, реализующего первый фильтр питания 34, может использоваться, например, фильтрующий конденсатор, аналогичный фильтрующему конденсатору ЕСS-6,3V- 15 μF ± 20% ECS-HOJC156R фирмы PANASONIC (Япония), предназначенному для поверхностного монтажа. With the
Общая точка 29 проводников питания 28 второй зоны 16 (фиг. 6) электрически связана (посредством соответствующего отверстия межслойного соединения и печатного проводника наружного проводящего слоя 2) с выходным выводом 36 второго фильтра питания 37 (фиг. 10). Фильтр 37 размещен на наружном проводящем слое 2 в одной из трех последних зон - в рассматриваемом примере реализации в третьей зоне 17 (фиг. 2, 10). Фильтр 37 связан своими входным 38 и земляным 39 выводами соответственно с плоскостью цифрового питания 30 и земляной плоскостью 23 третьей зоны 17. Фильтр 37 выполняется преимущественно в виде проходного конденсатора - устройства, реализующего функцию Т-образного RC или LC фильтра [8, с. 259]. Практически, в заявляемом радиоэлектронном блоке в качестве проходного конденсатора, реализующего второй фильтр питания 37, могут использоваться проходные конденсаторы, аналогичные по функции и конструктивному выполнению проходным конденсаторам NFM41R10C233 фирмы MURATA (США), предназначенным для поверхностного монтажа. The
Общая точка 27 проводников питания 26 первой зоны 15 (фиг. 6) электрически связана (посредством соответствующего печатного проводника третьего проводящего слоя 5 и отверстия межслойного соединения) с выходным выводом 40 третьего фильтра питания 41. Фильтр 41 размещен на наружном проводящем слое 2 во второй зоне 16 (фиг. 2, 10) и связан своими входным 42 и земляным 43 выводами соответственно с выходным выводом 36 второго фильтра питания 37 и земляной плоскостью 22 второй зоны 16. Фильтр 41 выполняется преимущественно в виде проходного фильтра, реализующего функцию Т-образного LC фильтра [8, с. 259 - 261, рис.6.10, 6.11]. Практически, в заявляемом радиоэлектронном блоке в качестве проходного фильтра, реализующего третий фильтр питания 41, могут использоваться, например, проходные фильтры, аналогичные по функции и конструктивному выполнению проходным фильтрам NFM61T20T472 фирмы MURATA (США), предназначенным для поверхностного монтажа. The
В наружных первом 2 (фиг. 4) и шестом 3 (фиг. 9) проводящих слоях по периметру первой зоны 15 расположены соответственно дополнительные экранирующие печатные проводники 44 и 45. В экранирующих печатных проводниках 44 и 45 выполнены соответствующие разрывы для печатных проводников 10, пересекающих этот периметр. Экранирующие печатные проводники 44 и 45 связаны между собой и с земляными плоскостями 20 и 21 первой зоны 15 с помощью соответствующих металлизированных отверстий межслойных соединений, расположенных в ряд с шагом не более 5 мм. Предпочтительная ширина экранирующих печатных проводников 44 и 45 составляет (2-5) мм, а шаг металлизированных отверстий межслойных соединений в экранирующих печатных проводниках 44 и 45 - (2,5-3) мм. Металлизированные отверстия межслойных соединений в экранирующих печатных проводниках 44 и 45 в случае необходимости могут использоваться в качестве посадочных мест для установки на одной или обеих сторонах многослойной печатной платы 1 дополнительных внешних экранов (на фигурах не показаны). Для дополнительной экранировки первой зоны во внутренних проводящих слоях 5 и 6, свободных от размещения земляных плоскостей 20 и 21, по периметру первой зоны могут также располагаться (аналогично экранирующим печатным проводникам 44, 45) дополнительные экранирующие печатные проводники внутренних проводящих слоев, связанные аналогичным образом с экранирующими печатными проводниками 44, 45 и с земляными плоскостями 20, 21 теми же отверстиями межслойных соединений (на фигурах не показано). In the outer first 2 (Fig. 4) and sixth 3 (Fig. 9) conductive layers around the perimeter of the
В обоих наружных проводящих слоях 2, 3 и внутренних проводящих слоях 3, 4, 5, свободных от размещения земляных плоскостей 22 и 23 второй 16 и последующих 17, 18 и 19 зон, вдоль границы, отделяющей третью зону 17 от второй зоны 16, с разрывами для печатных проводников, пересекающих эту границу, расположены соответственно дополнительные печатные проводники 46, 47, 48, 49, 50 экранирующего барьера, связанные между собой и с земляной плоскостью 23 третьей зоны 17 с помощью соответствующих отверстий межслойных соединений, расположенных в ряд с шагом не более 5 мм (фиг. 4, 9, 6, 7, 8, 5, 11). Выполненный таким образом экранирующий барьер в своем сечении (фиг. 11) представляет собой сетку земляных проводников, продольные элементы которой представлены печатными проводниками 46-50, 23, а поперечные элементы - металлизированными отверстиями межслойных соединений. Предпочтительная ширина печатных проводников 46 - 50 экранирующего барьера составляет (2-5) мм, а шаг металлизированных отверстий межслойных соединений в печатных проводниках 46-50 - (2,5-3) мм. Металлизированные отверстия межслойных соединений в печатных проводниках экранирующего барьера в случае необходимости могут использоваться в качестве посадочных мест для установки на одной или обеих сторонах многослойной печатной платы 1 дополнительных внешних экранных перегородок (на фигурах не показаны). Разрывы в печатных проводниках 46 - 50 экранирующего барьера выполняются только для прохода через них других печатных проводников. На фиг. 4 и 9 в качестве примера показаны разрывы в печатных проводниках 46 и 47, через которые проходят соответствующие печатные проводники 10. In both
Работа заявляемого радиоэлектронного блока - приемника-процессора сигналов СРНС - в рассматриваемом примере реализации осуществляется следующим образом. The operation of the claimed radio-electronic unit - receiver-processor signals SRNS - in this example implementation is as follows.
К высокочастотному соединителю 12 подключается источник входных сигналов - приемная антенна, к низкочастотному соединителю 131 - необходимые для работы радиоэлектронного блока внешние устройства, в частности пульт управления, а также внешний источник питания радиоэлектронного блока, а к низкочастотному соединителю 132 - в случае необходимости - контрольная и тестирующая аппаратура (на фигурах не показано).To the high-
После включения внешнего источника питания радиоэлектронного блока на контактные элементы 31 "Питание" и 32 "Земля" с соответствующих выводов соединителя 131 поступают необходимые для работы радиоэлектронного блока потенциалы питающего напряжения - "Питание" и "Земля". Питающее напряжение в самом начале своего распределения по зонам 19, 18, 17, 16 и 15 фильтруется от высокочастотных составляющих и наводок с помощью первого фильтра питания 34 (фильтрующего конденсатора), непосредственно связанного с контактными элементами 31 и 32. Фильтр 34 осуществляет замыкание высокочастотных составляющих входного напряжения питания на "землю" источника питания, предотвращая тем самым распространение высокочастотных наводок, обусловленных входным питанием, на функциональные узлы и элементы радиоэлектронного блока.After turning on the external power supply of the electronic block to the
Отфильтрованное таким образом входное напряжение питания далее распределяется по зонам 19-15 следующим образом. The input voltage thus filtered is further distributed in zones 19-15 as follows.
На объединенные между собой плоскости 30 цифрового питания и объединенные между собой земляные плоскости 23 пятой 19, четвертой 18 и третьей 17 зон напряжение питания (потенциалы "Питание" и "Земля") поступают непосредственно с контактных элементов 31 и 32. The interconnected digital power planes 30 and the interconnected ground planes 23 of the fifth 19th, fourth 18th and third 17th zones supply voltage (potentials “Power” and “Earth”) come directly from the
На общую точку 29 проводников питания 28 второй зоны 16 питание поступает с выходного вывода 36 второго фильтра питания 37 - проходного конденсатора, который установлен в третьей зоне 17 и связан входным выводом 38 и земляным выводом 39 соответственно с плоскостью 30 цифрового питания и земляной плоскостью 23 третьей зоны 17. Фильтр 37 фильтрует на земляную плоскость 23 третьей зоны 17 высокочастотные составляющие напряжения питания, поступающего на проводники питания 28 второй зоны 16 с плоскости цифрового питания 30 третьей зоны 17, а также препятствует обратному проникновению низкочастотных составляющих питания из второй зоны 16 в третью 17 и последующие 18 и 19 зоны. Таким образом, напряжение питания, поступающее во вторую зону 16, проходит через два барьера фильтрации, образованных фильтрами 34 и 37, что обеспечивает развязку по питанию электрорадиоэлементов, осуществляющих во второй зоне 16 аналого-цифровое преобразование сигналов СРНС. При этом внутри самой зоны 16 подключение проводников питания 28 к общей точке 29, связанной с выходным выводом 36 второго фильтра 37, обеспечивает минимизацию взаимного влияния электрорадиоэлементов второй зоны 16 друг на друга по цепям питания. At a
На общую точку 27 проводников питания 26 первой зоны 15 питание поступает с выходного вывода 40 третьего фильтра питания 41 - проходного фильтра, который установлен во второй зоне 16 и связан входным выводом 42 и земляным выводом 43 соответственно с выходным выводом 36 второго фильтра 37 и земляной плоскостью 22 второй зоны 16. Фильтр 41 фильтрует на земляную плоскость 22 второй зоны 16 высокочастотные составляющие, имеющиеся в напряжении питания второй зоны 16. Таким образом, напряжение питания, поступающее в первую зону 15, проходит через три барьера фильтрации, образованных фильтрами 34, 37 и 41, что обеспечивает эффективную развязку по питанию наиболее чувствительных к наводкам аналоговых электрорадиоэлементов первой зоны 15. При этом внутри самой зоны 15 предложенное подключение проводников питания 26 к одной общей точке 27, связанной с выходным выводом 40 третьего фильтра 41, обеспечивает минимизацию взаимного влияния электрорадиоэлементов первой зоны 15 друг на друга по цепям питания. At a
Таким образом, в рассматриваемых условиях, когда для питания радиоэлектронного блока применен один внешний источник питания, в пределах многослойной печатной платы 1 фактически организовано раздельное питание трех участков - участка первой зоны 15, участка второй зоны 16 и участка, включающего зоны 17-19. Thus, under the conditions under consideration, when one external power source is used to power the radio-electronic unit, within the multilayer printed
Запитываемые рассмотренным образом электрорадиоэлементы зон 15-19 осуществляют функциональное преобразование сигналов СРНС и формирование выходных сигналов, несущих навигационную информацию, информацию о времени, а также служебную информацию СРНС. При этом входные сигналы, представляющие собой аналоговые широкополосные шумоподобные радиосигналы СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS" с частотами в диапазоне от 1200 до 1700 МГц, поступают через соединитель 12 в первую зону 15, где подвергаются усилению, фильтрации от помех и частотному преобразованию с понижением несущей частоты до десятков мегагерц. При преобразовании используются гетеродинные сигналы, формируемые синтезаторами частот, расположенными в первой зоне 15. Экранирующий земляной контур, выполненный по периметру первой зоны, защищает элементы первой зоны от паразитных наводок и наведенных помех, обусловленных работой элементов последующих зон. The radio-electronic elements of zones 15-19 energized in the considered manner carry out the functional conversion of the SRNS signals and the formation of output signals that carry navigation information, time information, and also service information of the SRNS. In this case, the input signals, which are analog broadband noise-like radio signals of the SRNS "GLONASS" and "GPS" with frequencies in the range from 1200 to 1700 MHz, pass through the
Далее аналоговые сигналы СРНС поступают во вторую зону 16, где осуществляется их преобразование в цифровой вид. При этом используются тактовые и опорные сигналы, формируемые соответствующими функциональными элементами, находящимися в первой зоне 15, Цифровые сигналы, сформированные во второй зоне 16, далее поступают в третью зону 17, где осуществляется многоканальная корреляционная обработка. Экранирующий барьер, разделяющий сеткой земляных проводников печатную плату 1 по границе второй 16 и третьей 17 зон, защищает элементы первой и второй зон от паразитных наводок и наведенных помех, обусловленных работой цифровых элементов третьей и последующих зон. С третьей зоны 17 сигналы поступают в четвертую зону 18, где обрабатываются в цифровом процессоре. После этого сигналы поступают в пятую зону 19, где преобразуются в интерфейсных элементах. Необходимые для работы корреляторов, цифрового процессора и интерфейсных элементов опорные и тактовые сигналы поступают из первой зоны 15. Next, the analog signals SRNS enter the
Таким образом сигналы СРНС в процессе своей обработки последовательно переходят от одной зоны к другой, претерпевая при этом изменения по частоте от тысяч мегагерц на входе первой зоны 15 (зоны размещения аналоговых электрорадиоэлементов) до единиц герц на выходе пятой зоны 19 (зоны размещения интерфейсных электрорадиоэлементов). Переход сигналов от одной зоны к другой осуществляется посредством расположенных преимущественно на наружном проводящем слое 2 печатных сигнальных проводников, экранируемых земляными печатными проводниками 25, 24 и земляными плоскостями 20, 22, 23 второго проводящего слоя 4. Указанная экранировка печатных сигнальных проводников наружного проводящего слоя 2 обеспечивает минимизацию потерь в возвратных контурах цепей прохождения сигналов и снижение их восприимчивости к воздействию излучений и перекрестных помех за счет исключения неоптимальных токовых путей, обладающих дополнительной индуктивностью. Thus, the SRNS signals in the process of processing sequentially pass from one zone to another, undergoing changes in frequency from thousands of megahertz at the input of the first zone 15 (zone of placement of analogue radio electronic elements) to units of hertz at the output of fifth zone 19 (zone of placement of interface electronic radioelements) . The transition of signals from one zone to another is carried out by means of located mainly on the outer
На достигаемый результат по устранению паразитных наводок и наведенных помех положительно влияет и предложенное выполнение и размещение фильтров питания, плоскостей и проводников питания, а также земляных плоскостей. За счет этих конструктивных мер в заявляемом радиоэлектронном блоке обеспечивается формирование оптимальных возвратных цепей, соответствующих не только сигнальным цепям, но и цепям питания, исключается образование паразитных токовых контуров, характеризуемых паразитными индуктивностями и восприимчивостью к помехам, а также достигается минимально возможное сопротивление по постоянному току и обеспечивается оптимальная фильтрация и требуемый уровень питающего напряжения во всех зонах. Устранению паразитных наводок и наведенных помех способствует также и выполнение экранирующего контура по периметру первой зоны и введение экранирующего барьера по границе второй и третьей зон. The achieved result in eliminating spurious interference and induced interference is also positively influenced by the proposed implementation and placement of power filters, power planes and conductors, as well as earth planes. Due to these design measures, the inventive electronic unit ensures the formation of optimal return circuits corresponding not only to signal circuits, but also to power circuits, eliminates the formation of spurious current circuits characterized by spurious inductances and susceptibility to noise, and also achieves the lowest possible DC resistance and optimal filtration and the required level of supply voltage in all zones are ensured. The elimination of spurious interference and induced interference is also facilitated by the implementation of the shielding circuit along the perimeter of the first zone and the introduction of a shielding barrier along the boundary of the second and third zones.
Рассмотренная совокупность конструктивных мер - предложенное выполнение экранирующего контура и экранирующего барьера, предложенное выполнение и расположение проводников и плоскостей питания, земляных плоскостей, фильтров питания - обеспечивает в заявляемом радиоэлектронном блоке решение поставленной задачи и достижение требуемого технического результата по устранению паразитных наводок и наведенных помех в заданных условиях применения одного внешнего источника питания для радиоэлектронного блока, на многослойной печатной плате которого размещаются разнородные функциональные элементы различной степени интеграции, работающие с разнородными сигналами (аналоговыми и цифровыми) различных частот (от тысяч мегагерц на входе блока до единиц герц на выходе блока). The considered set of design measures - the proposed implementation of the shielding circuit and the shielding barrier, the proposed design and location of conductors and power planes, earth planes, power filters - provides the claimed electronic unit with the solution of the problem and the achievement of the required technical result to eliminate spurious interference and induced interference in the given the conditions of using one external power source for the electronic unit, on a multilayer printed circuit board which are arranged diverse functional elements of varying degrees of integration of working with heterogeneous signals (analog and digital) different frequencies (from thousand megahertz inlet block to hertz at the output of block).
Эксперименты, проведенные над радиоэлектронными блоками заявляемой конструкции, подтвердили его работоспособность при реализации приемника-процессора сигналов СРНС "ГЛОНАСС" и "GPS", предназначенного для работы в качестве самостоятельного навигационного прибора и прибора в составе комплекса аппаратуры. The experiments conducted on the radio electronic units of the claimed design confirmed its operability in the implementation of the receiver-processor of the SRNS GLONASS and GPS signals, designed to operate as an independent navigation device and an instrument as part of the equipment complex.
Из рассмотренного следует, что заявляемый радиоэлектронный блок технически осуществим, промышленно реализуем, решает поставленную техническую задачу по устранению паразитных наводок и наведенных помех в заданных условиях применения одного внешнего источника питания для радиоэлектронного блока, на многослойной печатной плате которого размещаются электрорадиоэлементы различной степени интеграции, работающие с сигналами частот от тысяч мегагерц до единиц герц, и имеет перспективы для использования при конструировании аппаратуры потребителей сигналов СРНС различного класса и назначения. From the above it follows that the claimed radio-electronic unit is technically feasible, industrially feasible, solves the technical problem posed by eliminating spurious interference and induced interference under the given conditions of using one external power source for the radio-electronic unit, on the multilayer printed circuit board of which there are electrical elements of various degrees of integration working with frequency signals from thousands of megahertz to hertz units, and has prospects for use in the design of equipment for fighter an SRNS various class and destination.
Источники информации
1. Бортовые устройства спутниковой радионавигации /И.В.Кудрявцев, И.Н. Мищенко, А.И.Волынкин и др. Под ред. В.С.Шебшаевича. М., Транспорт, 1988.Sources of information
1. On-board devices of satellite radio navigation / I.V. Kudryavtsev, I.N. Mishchenko, A.I. Volynkin and others. Ed. V.S.Shebshaevich. M., Transport, 1988.
2. Свидетельство РФ на полезную модель N 2157, G 06 Т 11/20, опубл. 16.05.96. 2. The certificate of the Russian Federation for utility model N 2157, G 06
3. Авторское свидетельство СССР N 1826853, H 05 К 5/00, опубл.20.11.96. 3. Copyright certificate of the USSR N 1826853, H 05
4. Патент РФ N 2047947, Н 05 К 1/02, опубл. 10.11.95. 4. RF patent N 2047947, H 05
5. Лунд П. Прецизионные печатные платы. Конструирование и производство. М., Энергоатомиздат, 1983. 5. Lund P. Precision printed circuit boards. Design and production. M., Energoatomizdat, 1983.
6. Майоров С.А. и др. Электронные вычислительные машины. Справочник по конструированию. Под ред. С.А.Майорова. М., Сов. радио, 1975. 6. Mayorov S.A. and other electronic computers. Design Reference. Ed. S.A. Mayorova. M., Sov. radio, 1975.
7. Патент РФ N 2125775, H 05 К 1/00, 3/46, опубл. 27.01.99 (прототип). 7. RF patent N 2125775, H 05
8. Конструирование радиоэлектронных средств./Под ред. А.С.Назарова, М., Издательство МАИ, 1996. 8. The design of electronic equipment./ Ed. A.S. Nazarova, M., MAI Publishing House, 1996.
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2173036C1 true RU2173036C1 (en) | 2001-08-27 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4954929A (en) | Multi-layer circuit board that suppresses radio frequency interference from high frequency signals | |
US20080283285A1 (en) | Circuit Arrangement | |
EP1061784B1 (en) | Radio-electronic unit | |
RU2173036C1 (en) | Radio electronic unit | |
RU2172080C1 (en) | Radio electronic unit | |
RU2172081C1 (en) | Radio electronic unit | |
RU2173037C1 (en) | Basic structural unit for radio electron devices | |
RU2182408C2 (en) | Radio-electronic unit | |
RU2125775C1 (en) | Radio electronic assembly | |
RU2602835C1 (en) | Method of shielding in electronic module | |
RU2188522C1 (en) | Radio-electronic unit | |
RU2199839C1 (en) | Radio-electronic unit | |
KR100526519B1 (en) | Radio electronic unit | |
RU2172082C1 (en) | Radio electronic unit with intraboard screening | |
RU2192108C1 (en) | Radio-electronic unit | |
RU2194375C1 (en) | Radio electronic unit | |
RU2287919C1 (en) | Signal receiver module for satellite radio navigation systems | |
RU2489728C1 (en) | Global navigation satellite system signal receiver module | |
US4920444A (en) | Arrangement for decoupling integrated circuits electrically | |
RU2297118C1 (en) | Radio-electronics block | |
RU2287920C1 (en) | Signal receiver module for satellite radio navigation systems | |
RU2175821C1 (en) | Radio electron unit | |
RU2287918C1 (en) | Signal receiver module for satellite radio navigation systems | |
RU2350053C1 (en) | Signal receiver module of satellite radio navigation systems | |
RU2287917C1 (en) | Signal receiver module for satellite radio navigation systems |