Патент на изобретение №2398279
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО НАКОПЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ (УНОИ)
(57) Реферат:
Устройство накопления и обработки информации (УНОИ) относится к области радиоэлектроники, вычислительной техники, информатики и телекоммуникаций и может использоваться как интегрированное мобильное твердотельное устройство с бесконтактным энерговводом от другого прибора электрической энергии электропитания и информационных сигналов, предназначенное для накопления, хранения и обработки оперативной и долговременной, персональной, корпоративной и прочей информации. Технический результат – расширение сферы применения УНОИ, повышение уровня защиты информации и эксплуатационных качеств устройства – стойкости к внешним воздействующим факторам, быстродействия, надежности и многофункциональности, улучшение массогабаритных характеристик, повышение показателей технологичности производства. Достигается тем, что УНОИ снабжено защитной оболочкой и имеет n-е количество рабочих плоскостей обмена данными, соответствующее расположению плат связи; БНОИ содержит, по крайней мере, одну плату логическую, которая снабжена платой коммутации и установленными на ней бескорпусными (микрокорпусными) активными и пассивными электрорадиоэлементами, соединенными согласно схеме принципиальной электрической топологическим рисунком проводников платы коммутации, одну плату связи, каждая из которых снабжена катушками связи, являющимися вторичными катушками плоского трансформатора, образующегося при установке УНОИ в устройство чтения/записи, причем, по крайней мере, одна из катушек связи является катушкой связи по каналу электропитания, а последующие – катушками связи по информационному каналу, при этом токопроводящие элементы коммутационных слоев платы связи электрически изолированы от защитной оболочки, от магнитопровода, от основания и от коммутационных слоев платы коммутации платы логической, один магнитопровод из тонкослойного токопроводного материала с магнитными свойствами, помещенный между основанием и платой связи, и/или между логической платой и платой связи, соответственно, причем магнитопровод установлен плоскостью параллельно и вплотную к поверхностным коммутационным слоям платы связи и электрически изолирован от них, от материала основания и от коммутационных слоев платы логической, при этом коммутационные слои платы коммутации платы логической электрически изолированы от материала основания и от магнитопровода, и коммутационные слои платы коммутации платы логической электрически изолированы от материала оболочки, а микроэлектронные блоки и электрорадиоэлементы размещены на ней со стороны основания: электрические соединительные элементы объединяют электрическую схему каждой платы логической и электрические схемы соответствующих плат связи и магнитопроводы в схему принципиальную электрическую БНОИ. 44 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области радиоэлектроники, вычислительной техники, информатики и телекоммуникаций и может использоваться как интегрированное мобильное твердотельное устройство с бесконтактным энерговводом от другого прибора электрической энергии электропитания и информационных сигналов, предназначенное для накопления, хранения и обработки оперативной и долговременной, персональной, корпоративной и прочей информации. Известно изобретение «Carte comportant un composant electronique», патент FR 2624284, МПК G06K 19/077, опубл. 06.09.1989 г., – модуль с электронными компонентами, содержащий основание с ячейками, заполненными вязкой противоударной средой, электронные компоненты, установленные в ячейки и соединенные с общей платой, и шлейф для электрического соединения и электронными компонентами. Данное устройство, обладая определенной вибростойкостью, не имеет защиты от неблагоприятных воздействий внешней среды. Известно изобретение «Герметичный корпус» а.с.SU N 1451880, опубл. 1989.01.15, МПК Н05К 5/06, также известно изобретение «Устройство накопления и обработки информации», патент RU, Известны и другие устройства, в которых кроме повышения виброустойчивости модуля, плотности монтажа, удобства в эксплуатации применяется и защита от коррозии и взрыва. Однако всем им присущи недостатки, так, например, в устройстве а.с.SU 1451880 для герметизации корпуса используется сложное в исполнении сочетание специальных конструктивных элементов и разнородных материалов – диэлектриков и металлических сплавов, что значительно ослабляет защищенность электрорадиоизделий и коммутации указанных герметичных устройств от воздействия неблагоприятной внешней среды – влаги и растворенных в ней соединений, от воздействия электромагнитных излучений, из-за неоднородности корпуса, и понижает их надежность и долговечность; в устройстве по патенту RU Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является «Устройство накопления и обработки информации», патент RU, Недостатками данного устройства являются ограниченная сфера применения, недостаточная скорость оперативной аутентификации и идентификации субъектов и объектов, недостаточная надежность функционирования при воздействии механических нагрузок и электромагнитных излучений (ЭМИ), недостаточно эффективный отвод тепла от теплонагруженных электронных блоков, недостаточное быстродействие, нерациональное использование объема изделия, низкая технологичность изготовления отдельных элементов конструкции и сборки устройства в целом, плохая ремонтопригодность, высокая металлоемкость и энергоемкость, которые обусловлены: 1. Расположением на металлическом основании печатных плат с катушками, направленными во внутрь от стенок внешнего корпуса, что обуславливает увеличение зазоров между катушками УНОИ и внешнего устройства чтения/записи информации, что снижает стойкость к воздействию ЭМИ, повышает затраты энергии электропитания, снижает КПД и быстродействие обмена. 2. Ограниченным расстоянием взаимодействия УНОИ с внешними устройствами, считывания/записи данных, необходимым при функционировании ряда пользовательских систем, таких, например, как сторожевые, пропускные, и им подобные. 3. Наличием внутреннего несущего металлического корпуса, который устанавливается в металлическое основание. 4. Сложной конструкцией внутреннего металлического корпуса, требующей больших затрат на точную обработку. 5. Коробчатой конструкцией внутреннего металлического корпуса, в который установлена печатная плата с электронными блоками, что затрудняет доступ для оперативной отладки функционирования устройства на стадии лабораторных, предварительных и приемо-сдаточных испытаний, создает трудности при необходимости устранения дефектов электрорадиоизделий и электронных блоков, исправления дефектов пайки. 6. Отсутствием ребер жесткости на несущей плоскости внутреннего металлического корпуса, что снижает стойкость к воздействию механических нагрузок. 7. Повышенной величиной зазора между поверхностью теплонагруженных электронных блоков и прилежащей к ним поверхностью внутреннего металлического корпуса. 8. Наличием технологического зазора между внутренним несущим металлическим корпусом и металлическим основанием. Техническим результатом предложенного технического решения является расширение сферы применения УНОИ, повышение уровня защиты информации и эксплуатационных качеств устройства – стойкости к внешним воздействующим факторам, быстродействия, надежности и многофункциональности, улучшение массогабаритных характеристик. Кроме того, достигается повышение показателей технологичности производства. Данный технический результат достигается за счет того, что устройство накопления и обработки информации (УНОИ) содержит герметичную, защитную оболочку из немагнитного материала со свойствами электропроводности и блок обработки и накопления информации (БНОИ), который в свою очередь, содержит основание, плату логическую, расположенную на основании и снабженную платой коммутации с коммутационными слоями, микроэлектронными блоками и электрорадиоэлементами, объединенными в электрическую схему, – платы связи, с катушками связи и коммутационными слоями, катушки связи которых размещены на внешних сторонах рабочих плоскостей БНОИ, магнитопроводы и электрические соединительные элементы, объединенные в электрическую схему функционально законченного БНОИ. Устройство отличается тем, что защитная оболочка имеет n-е количество рабочих плоскостей обмена данными, соответствующее расположению плат связи в БНОИ, который представляет собой функционально законченное устройство и содержит, по крайней мере, одну плату логическую – многокристальный модуль, одну плату связи, каждая из которых снабжена катушками связи, являющимися вторичными катушками плоского трансформатора, образующегося при установке УНОИ в устройство чтения/записи, причем, по крайней мере, одна из катушек связи является катушкой связи по каналу электропитания, а последующие – катушками связи по информационному каналу, при этом токопроводящие элементы платы связи электрически изолированы от магнитопровода, от защитной оболочки и от основания, а выходные/входные контакты катушек связи каждой платы связи соединены с элементами электрической схемы платы логической электрическими соединительными элементами, – один магнитопровод из тонкослойного токопроводного материала с магнитными свойствами, помещенный между основанием и платой связи, и/или между логической платой и платой связи, соответственно, причем магнитопровод всегда установлен плоскостью параллельно и вплотную к плоскости платы связи и электрически изолирован от материала основания и от поверхностных коммутационных слоев платы связи, и/или от поверхностных коммутационных слоев платы логической, при этом коммутационные поверхностные слои платы коммутации платы логической электрически изолированы от материала основания и от магнитопровода, и коммутационные поверхностные слои платы логической электрически изолированы от материала оболочки, а микроэлекгронные блоки и электрорадиоэлементы размещены на плате коммутации со стороны основания; основание выполнено из материала со свойствами высокотеплопроводного металлического сплава и снабжено ребрами жесткости; электрические соединительные элементы объединяют электрическую схему каждой платы логической, электрические схемы соответствующих плат связи и магнитопроводы в схему принципиальную электрическую БНОИ. Кроме того, БНОИ может быть выполнен в виде комбинации одного и более многокристальных модулей – логических плат – с соответствующим количеством плат связи, магнитопроводов, соединительных электрических элементов и оснований. Защитная оболочка может быть снабжена в рабочей плоскости, по меньшей мере, одним углублением произвольной формы, в плоскости которого могут быть размещены вкладыши из диэлектрического материала, лицевая сторона вкладыша может быть снабжена графической информацией и/или оптическим носителем, и/или магнитным носителем, и/или иным носителем информации, совместимым с диэлектрической плоскостью вкладыша и/или с материалом оболочки, в углубление которой перечисленные носители информации и иные могут быть помещены непосредственно. Причем графическая информация может быть нанесена непосредственно на материал защитной оболочки. При этом вкладыши в объеме могут быть снабжены, по крайней мере, одним микрокристаллом микросхемы, содержащим активные и пассивные электрорадиоэлементы и антенну. Вкладыши могут быть помещены в углубление после установки БНОИ в защитную оболочку. Герметизация БНОИ выполняется путем создания электропроводного вакуум-плотного шва по периметру сопрягаемых частей оболочки. Оболочка может состоять из одной или нескольких деталей из однородного материала. Катушки платы связи могут быть выполнены в виде катушек индуктивности. Плата логическая, наряду с микроэлектронными блоками (МЭБ), может содержать полупроводниковые приборы (ППП), пассивные электрорадиоэлементы (ЭРЭ) и теплоотводы. МЭБ, ППП и другие ЭРЭ могут быть размещены с одной стороны или по обе стороны платы коммутации платы логической. При этом микроэлектронные блоки и ППП могут быть выборочно снабжены теплоотводами. Теплоотводы могут быть электрически изолированы от основания, от коммутационных слоев платы логической, от микроэлектронных блоков, ППП и электрорадиоэлементов, а также могут иметь тепловой контакт с основанием за счет наличия в пространстве между основанием и теплоотводом теплопроводного диэлектрического материала. Плата логическая размещена на основании таким образом, что ее микроэлектронные блоки и электрорадиоэлементы направлены в пространство между ребрами жесткости основания. Пространство между элементами платы логической и основанием может быть заполнено теплопроводным, демпфирующим диэлектрическим материалом. Теплоотводы могут быть выполнены с использованием теплового контакта. При этом магнитопровод может быть установлен вплотную к плате логической и/или к основанию, также магнитопровод может быть разделен на два и более магнитопроводов, помещенных вплотную и параллельно плоскости слоев коммутации соответствующих катушек связи. Кроме того, магнитопровод может состоять из одного и более слоев токопроводящего материала с магнитными свойствами. Магнитопровод, соответствующий катушкам связи, по каналу электропитания электрически может быть изолирован от магнитопровода, соответствующего катушкам связи по информационным каналам. При этом БНОИ может быть снабжен шиной «общий», с которой электрически соединен магнитопровод, а также БНОИ может содержать одну, две и более платы логических, каждая из которых содержит плату коммутации с установленными на ней микроэлектронными блоками, ППП, иными электрорадиоэлементами и, при необходимости, теплоотводами. Основание может быть снабжено ребрами жесткости как с одной стороны несущей плоскости основания, так и с двух сторон несущей плоскости основания. Основание может быть также снабжено по периметру торцевых поверхностей одной и более канавками и/или сверлениями для механической фиксации защитной оболочки. Причем канавки в основании могут быть выполнены замкнутыми, по периметру торцевых поверхностей. Основание может быть снабжено выборками, сверлениями для размещения микрокорпусов, снабженных чипом-идентификатором (например, из применяемых в серии электронных ключей iButton от фирмы Dallas Semiconductor), причем микрокорпус может быть выполнен из материала однородного с материалом оболочки и соединен с ней вакуум-плотным швом, также микрокорпус может быть выполнен в составе детали защитной оболочки непосредственно. В выборки на торцевых поверхностях основания может быть помещен, по крайней мере, один чип-идентификатор, содержащий однопроводный порт, логику управления и запоминающее устройство. В выборки на торцевых поверхностях основания может быть помещена серия чипов-идентификаторов, содержащих таймер реального времени, сенсорные устройства (датчики), криптографический микропроцессор, электронный кошелек и другие. Основание может быть выполнено составным, при этом составные части основания могут быть соединены между собой элементами механического крепления, а также могут быть соединены путем применения тоиопроводного клея, например, при помощи токопроводного адгезива (клея), при помощи точечной УЗС-сварки, иными способами, обеспечивающими ремонтопригодность, УЗС-сварки и других методов обеспечения надежного токопроводного механического соединения, после размещения на отдельных составных частях основания плат логических. Количество составных частей основания может быть меньше или равно количеству плат логических. Составные основания могут быть снабжены выборками на торцевых поверхностях, в которые могут быть помещены платы связи и соответствующие им магнитопроводы. Электрические соединительные элементы могут объединять магнитопровод с шиной «общий» БНОИ. Электрические соединительные элементы могут проходить через сквозные отверстия или пазы в основании. Электрические соединительные элементы могут быть выполнены в виде шлейфов, перемычек и иных соединителей. Платы связи и магнитопроводы могут быть размещены как ортогонально к плате логической, так и под углом Техническое решение иллюстрируется чертежами. На Фиг.1 изображено УНОИ, состоящее из БНОИ, в котором размещены 4 платы связи и 3 устройства чтения/записи; УНОИ состоит из “n” – сборочных единиц (СБЕ), где “n” На Фиг.2 изображены комбинации размещения плат логических, магнитопроводов и плат связи на основаниях БНОИ, электроизоляционные материалы условно не показаны. На Фиг.2а изображен БНОИ, который представляет собой сборку из двух сборочных единиц (СБЕ). Одна содержит логическую плату, плату связи и заключенный между ними магнитопровод (группу магнитопроводов), другая сборочная единица содержит плату связи и магнитопровод (группу магнитопроводов). Сборочные единицы установлены по обе стороны основания, при этом катушки плат связи приближены вплотную к оболочке (условно не показана). На Фиг.2б изображен БНОИ, который представляет собой сборку из двух сборочных единиц (СБЕ), установленных по обе стороны плоскости основания. Каждая сборочная единица включает: плату логическую, магнитопровод (группу магнитопроводов) и плату связи, причем магнитопроводы заключены между платами логическими и платами связи, катушки которых приближены вплотную к оболочке (условно не показана). На Фиг.2в изображен БНОИ, который также представляет собой сборку из двух сборочных единиц, установленных по обе стороны плоскости основания. Одна из сборочных единиц содержит логическую плату – многокристальный модуль, вторая содержит плату связи и магнитопровод (группу магнитопроводов). Сборочная единица установлена, так что микроэлектронные блоки и электрорадиоэлементы направлены в пространство между ребрами жесткости основания. Катушки платы связи второй сборочной единицы приближены вплотную к оболочке (условно не показана). На Фиг.2г изображен БНОИ, который представляет собой сборку из трех сборочных единиц (СБЕ), установленных на двух частях составного основания. Одна сборочная единица содержит плату связи, плату логическую и помещенный между ними магнитопровод (группу магнитопроводов). Другая сборочная единица представляет собой вторую логическую плату – многокристальный модуль, с двухсторонней установкой элементов монтажа. Обе СБЕ установлены на одну часть основания, по обе стороны его плоскости, таким образом, чтобы компоненты монтажа плат были направлены в пространство между ребрами жесткости. Катушки связи СБЕ вплотную приближены к защитной оболочке БНОИ. Третья СБЕ содержит магнитопровод (группу магнитопроводов) и плату связи, которые устанавливают на плоскости, не имеющей ребер жесткости, второй части составного основания, магнитопроводом вплотную к основанию, катушками связи вплотную к защитной оболочке (условно не показана). На Фиг.2д изображен БНОИ, который представляет собой сборку из пяти сборочных единиц (СБЕ), установленных на четырех частях составного основания. Одна сборочная единица содержит плату связи, плату логическую и помещенный между ними магнитопровод (группу магнитопроводов). Вторая, третья и четвертая СБЕ представляют собой логические платы – многокристальные модули, с двухсторонней установкой элементов монтажа. Две СБЕ установлены на одну часть основания, по обе стороны его плоскости, таким образом, чтобы компоненты монтажа плат были направлены в пространство между ребрами жесткости. Катушки связи первой СБЕ вплотную приближены к защитной оболочке БНОИ. Третья и четвертая СБЕ установлены соответственно на второй и третьей части основания, таким образом, что элементы монтажа СБЕ направлены в пространство между ребрами жесткости оснований. Пятая СБЕ содержит магнитопровод (группу магнитопроводов) и плату связи. Пятую СБЕ устанавливают на не имеющей ребер жесткости плоскости четвертой части составного основания, магнитопроводом вплотную к основанию, катушками связи вплотную к защитной оболочке (условно не показана). На Фиг.3 – показан передатчик сигналов, расчитанный на нагрузку первичных катушек плоского трансформатора при работе катушек связи по каналу информационных сигналов; На Фиг.4 показан приемник информационных сигналов при работе катушек связи по каналу информационных сигналов; На Фиг.5 изображен пример конструкции канавки по торцу основания, вариант механического крепления оболочки, пайки или вакуум-плотной сварки с целью герметизации оболочки по периметру На Фиг.6 изображена условная схема размещения вкладышей и микрочипов в их объеме. На фиг.7 изображена конструктивная схема размещения чипа-идентификатора в УНОИ. УНОИ выполнено следующим образом. УНОИ содержит защитную оболочку (1) блока обработки и накопления информации (БНОИ) (2), который в свою очередь, содержит основание (3), плату логическую (4), снабженную платой коммутации (5) с коммутационными слоями, включающими поверхностные слои «А», (без элементов) и установочные слои «А1, А2» (с элементами), на слои «А1» установлены микроэлектронные блоки (6), полупроводниковые приборы и иные электрорадиоэлементы (7), объединенные в электрическую схему. Плату связи (8), снабженную коммутационными слоями, которые содержат витки катушек связи (9, 10), причем, плата связи содержит два поверхностных слоя коммутации «Б и Б1», при этом наружные витки катушек связи (9, 10) расположены в поверхностном слое коммутации «Б1». Катушки связи (9,10) плат связи (8) являются вторичными катушками плоского трансформатора, образующегося при установке УНОИ в устройство чтения/записи (11). По меньшей мере, одна из катушек связи является катушкой связи по каналу электропитания (9), а последующие – катушками связи по информационному каналу (10). Платы связи (8) размещены в БНОИ (2) так, что их поверхностные слои коммутации «Б1», с наружными витками катушек связи (9, 10), представляют собой внешние стороны рабочих плоскостей «В» БНОИ (2). Катушки связи (9, 10) объединены электрическими соединительными элементами (12) в электрическую схему БНОИ (2) вместе с платой логической (4) и магнитопроводами (13и, 13э). Защитная оболочка (1) имеет n-е количество рабочих плоскостей «В» обмена данными, соответствующее расположению плат связи (8). Все токопроводящие элементы – проводники (14 – условно не показаны) поверхностного коммутационного слоя «Б» платы связи (8) электрически изолированы от основания (3), поверхностные слои коммутации «Б» платы связи (8) электрически изолированы от магнитопроводов (13и, 13э), а слои «Б1», от защитной оболочки (1). Токопроводящие элементы (витки катушек индуктивности – 14, условно не показаны) катушек связи (9, 10) каждой платы связи (8) соединены с элементами электрической схемы платы логической (2) и с магнитопроводами (13и, 13э) электрическими соединительными элементами (12). В защитной герметичной оболочке (1) размещен БНОИ (2), который содержит: – по крайней мере, одну логическую плату (4), которая является многокристальным модулем накопления и обработки информации, который содержит плату коммутации, которая имеет, по меньшей мере, один коммутационный слой, на поверхности «А1» которого установлены компоненты поверхностного монтажа (МЭБ, ППП, ЭРЭ), соединенные посредством токопроводящих элементов – проводников (15 условно не показаны) согласно схеме принципиальной электрической платы логической (4), являющейся частью общей схемы БНОИ (2); – по крайней мере, одну плату связи (8), которая содержит приемо-передающие катушки (9,10), по каналам электропитания (9) и по информационным каналам (10), плоских трансформаторов, которые могут быть созданы путем соосного наложения на «вторичные» катушки БНОИ, «первичных» приемо-передающих катушек (9, 10) внешнего устройства чтения/записи информации (11); – магнитопроводы (13и, 13э) из магнитного материала, которые обеспечивают необходимые параметры воздушного зазора «h» плоских трансформаторов (µ>>µэкв.>µ0); – электрические соединительные элементы (12), например, гибкие шлейфы (кабели, перемычки, соединители), которые электрически соединяют катушки электропитания (9) и информационные катушки (10) плат связи (8) с магнитопроводами (13и, 13э) и с платами логическими (4); – основание (3) содержит ребра жесткости (16), причем пространство между поверхностью основания (3), компонентами поверхностного монтажа (6,7) и слоем «А1» платы логической (4) может быть заполнено теплопроводным демпфирующим диэлектрическим материалом (17). Защитная герметичная оболочка (1) электрически изолирована от элементов коммутации поверхности Б1 платы связи (8) и от элементов коммутации поверхности «А» платы логической; основание (3) БНОИ (2) электрически изолировано от элементов коммутации поверхности A1 с компонентами поверхностного монтажа (6, 7) платы логической (4) и от магнитопроводов (13и, 13э). Магнитопроводы (13э), соответствующие катушкам связи, по каналам электропитания (9) электрически изолированы от магнитопроводов (13и) соответствующих катушкам связи, по информационным каналам (10) и для прохода шлейфов (перемычек) (12) от платы связи (8) к плате многокристального модуля (4) в основании (3) могут быть выполнены сквозные отверстия/пазы. Защитная герметичная оболочка (1) может содержать, по крайней мере, одно углубление (18), см. фиг.6, которое может содержать, по крайней мере, один вкладыш (этикетку) (19), из диэлектрического материала, который может содержать, по крайней мере – графическую информацию (текст, фото, рисунок, штрихкод, голограмму, голографическую наклейку, стеганограмму (от слова стеганография – вид тайнописи), стереограмму и другое), – один магнитный носитель информации – полосу из магнитного материала, метку из ферромагнитного аморфного сплава, магнитный маркер или ярлык, – один оптический носитель информации, по крайней мере, оптический слой, – носитель информации в виде многослойной структуры с графической и буквенно-цифровой информацией из тонкослойного материала, – другой вид носителей информации, который может быть помещен на поверхность вкладыша (19) и/или непосредственно на материал лицевой стороны оболочки, – один кристалл (чип) интегральной микросхемы (20), например, микрокристалл типа «Memory-Spot» (RFID и другие), содержащий твердотельные электронные блоки памяти, микропроцессор, модем и другие, а также, по крайней мере, одну антенну для обмена данными со считывающим устройством по высокочастотному радиоканалу. Основание (3) может содержать выборку (22), фиг.7, поверхность которой защищена электроизоляционным материалом (23), в выборке (22) выполнен микрокорпус (24) из материала со свойствами немагнитного металла, толщиной 0 Технический результат достигается за счет того, что в защитную оболочку (1), из материала со свойствами немагнитного металла, толщиной 0 – одну плату логическую – многокристальный модуль (4), который содержит плату коммутации (5) (печатную, оптическую, твердотельную и т.п.) и бескорпусные (микрокорпусные) активные (микроэлектронные блоки – приемопередатчик, память, микропроцессор, прочие ИС, полупроводниковые приборы) (6) и пассивные электрорадиоэлементы (R, С, L и др.) (7) соединенные, согласно схеме принципиальной электрической, топологическим рисунком проводников в коммутационных слоях платы коммутации (5), – одну плату связи (8), которая содержит приемо-передающие катушки (9, 10), выполненные печатным (комбинированным или другим) способом, и магнитопроводы (13и, 13э) из магнитного материала (соответствующего по характеристикам схемным решениям и выбранным частотам приемопередачи сигналов), которые обеспечивают повышенное значение коэффициента связи за счет увеличения магнитной проницаемости (µ>>µэкв.>µ0) в воздушном зазоре «h» плоского трансформатора, который образован соосным наложением катушек (9, 10) плат связи (8) УНОИ и катушек (9, 10) устройства чтения/записи (11), где первые являются вторичными катушками, а вторые первичными. Причем, платы связи (8) электрически соединены с магнитопроводами (13и, 13э) и платой коммутации (5) модуля шлейфами (кабелями, перемычками, соединителями) (12), при необходимости, через отверстия в основании (3) и направлены от него катушками (9) наружу, – одно основание (3), из материала со свойствами теплопроводного металлического сплава, снабженное ребрами жесткости, причем пространство между основанием (3), платой коммутации (5) логической платы (4) и ее электрорадиоэлементами (6, 7) может быть заполнено диэлектрическим материалом (17) с высокой теплопроводностью и демпфирующими свойствами, причем магнитопроводы (13и, 13э), элементы коммутации и электрорадиоизделия плат логических (4) и плат связи (8) электрически изолированы от токопроводного материала основания (3) и защитной оболочки (1) электроизоляционными диэлектрическими материалами (покрытиями). Защитная оболочка (1) может иметь, по крайней мере, в одной плоскости углубление (18), h Работа устройства заключается в следующем. При установке УНОИ в устройство чтения/записи (11) происходит соосное наложение, закрытых защитной оболочкой катушек БНОИ (2), формирующих канал электропитания (9) и информационные каналы (10), плат связи (8), на соответственные им катушки (9, 10) плат связи устройства чтения / записи (11), которое образует, таким образом, плоский трансформатор. При этом магнитопроводы (13и, 13э), установленные в плоскости, параллельной катушкам плат связи (8) БНОИ (2) и внешнего устройства СП), препятствуют распространению магнитного поля за их пределы, повышают величину магнитной проницаемости, чем обуславливают более полное использование энергии вторичными катушками (9, 10) БНОИ (2) при подаче электропитания на «первичные» катушки (9, 10) внешнего устройства (11), обеспечивают расчетные параметры вектора взаимоиндукции, направленного перпендикулярно катушкам связи (9, 10), и значительное увеличение коэффициента связи с «вторичными» катушками (9, 10) БНОИ (2), позволяют создавать мощность, необходимую для надежной электромагнитной связи, через герметичную токопроводящую оболочку (1) УНОИ, в результате создаются условия для стабильной приемопередачи напряжения электропитания и информационных сигналов при меньшем сопротивлении нагрузки БНОИ (2). Работа бесконтактных каналов передачи энергии электропитания (F От внешнего устройства чтения/записи (11) информации, содержащего платы связи (8), имеющие электрическое соединение, соответственно, катушек (9) с преобразователем постоянного напряжения внешнего устройства (11), который преобразует постоянное напряжение (U1пост.) в переменное, стабилизированное по амплитуде, напряжение (U1пер.) с частотой F Возможны другие варианты организации передачи энергии по каналу электропитания, например, с применением импульсного преобразователя напряжения и стабилизацией выходного напряжения за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ), подаваемого в первичную катушку (9) платы связи (8) внешнего устройства (11) импульсного напряжения. Работа бесконтактных каналов передачи энергии информационных сигналов (F Канал передачи информационных сигналов содержит в составе логической платы (4) передатчик сигналов (LF1, Фиг.3), рассчитанный на нагрузку первичных катушек (10) (плат связи 8, внешнего устройства 11) плоского трансформатора и приемник (LF2, Фиг.4) информационных сигналов. Ко входам приемника (LF2) непосредственно подключаются выходные концы приемных катушек (10) трансформатора (платы связи 8, БНОИ 2), аналогично к выходным контактам передатчика (LF1) подключаются выходные концы передающих катушек (10) (платы связи 8, БНОИ 2) плоского трансформатора. При появлении логического импульса на входе передатчика LF1 напряжение питания (Е) прикладывается к катушке 10 (платы связи 8) трансформатора, через нее протекает ток, который трансформируется во вторичную обмотку катушки 10 (платы связи 8), по окончании импульса энергия возвращается в источник электропитания, при этом на катушке 10 (платы связи 8), образуется напряжение питания (Е1 Каналы электропитания и информационных сигналов, количество которых зависит от числа катушек, соответственно электропитания (9) и информационных (10), обеспечивают приемопередачу информации при сближении рабочих плоскостей УНОИ «В» и соответствующих им плоскостей «В» внешнего считывающего устройства (11) на расстояние технологического зазора (t Работа дистанционных бесконтактных каналов в высокочастотном диапазоне (F Чтение и запись информации на кристалл (чип типа «Memory spot») микросхемы (20), не содержащий элементов питания и размещенный в объеме этикетки (19) УНОИ, происходит дистанционно, посредством радиообмена от считывающего устройства (11), в которое встроен считыватель (ридер) сигналов чипа 20, на расстоянии t1 (t2), фиг.7, которое может достигать Работа в двунаправленном режиме, при гальваническом контакте УОНИ и внешнего считывающего устройства заключается в следующем. Чтение/запись информации чипа-идентификатора (28), размещенного в выборке материала основания (3) БНОИ (2) – запрос уникального кода, ответ на запрос, обновление кодовой и другой информации чипа (28) – осуществляется при установке УНОИ в интегрированное устройство чтения/записи (11), в процессе двунаправленного обмена, в момент электрического контакта оболочки (1) УНОИ, соединенной по шине «земля/общий/корпус» (29) с микрокорпусом (24) и схемой чипа-идентификатора (28), с корпусом интегрированного считывающего устройства (11), подключенного к шине «земля/общий/корпус» встроенного считывателя данных чипа (28), и одновременного электрического контакта крышки (30), изолированной от оболочки (1) УНОИ и имеющей электрическую связь с чипом-идентификатором (28) по «линии данных» (32), с контактом по «линии данных» считывателя данных, встроенного в устройство чтения/записи (11). Твердотельная схема чипа-идентификатора (28) содержит однопроводный порт, логику управления и запоминающее устройство, которое может быть как постоянным, так и перезаписываемым и энергонезависимым, также схема чипа может содержать криптографический микропроцессор, таймер и сенсоры (датчики). При установке УНОИ, снабженного чипом-идентификатором (28) с перепрограммируемым энергонезависимым запоминающим устройством, во внешнее интегрированное устройство чтения/записи (11), снабженное считывателем чипа (28), возможен обмен данными между чипом (28) и БНОИ (2). Как вариант, возможно подключение чипа-идентификатора по шине «земля/общий/корпус» (29) к крышке микрокорпуса (30), а по «линии данных» к оболочке (1) УНОИ. Таким образом, обеспечивается повышение эксплуатационных качеств УНОИ: – увеличение частотного диапазона радиообмена F – расширение диапазона расстояний радиообмена УНОИ со считывающими устройствами, – расширение сферы применения УНОИ, – повышение стойкости и надежности УНОИ в целом, при экстремальных по величине значениях комплекса внешних воздействующих факторов; – повышение уровня защиты информации от внешних воздействующих факторов и НДС – снижение металлоемкости, габаритов и массы изделий, – повышение технологичности изготовления. Технический результат достигается за счет технологии бесконтактной приемопередачи напряжения электропитания и информационных сигналов от внешнего устройства чтения/записи в электрически замкнутый объем носителя информации – мобильного герметичного устройства накопления и обработки информации, за счет введения дополнительной графической информации на поверхности оболочки УНОИ и/или вкладыша, а также за счет дополнительных, внешних по отношению к БНОИ, носителей информации УНОИ в виде микрочипов, установленных в объеме вкладыша, и чипов-идентификаторов в изолированном микрокорпусе, установленном в материале основания, которые, в сочетании с интегрированным внешним устройством чтения /записи, позволяют повысить уровень надежности идентификации и аутентификации пользователей и устройств, обеспечивают применение УНОИ в широкой сфере информационных технологий и телекоммуникаций, в частности при разработке – систем управления, охраны, регистрации, доступа, защиты информации объектов специального и промышленного назначения, и объектов частной собственности (сейфов, транспортных средств – автомобилей, самолетов и т.д.), – систем защищенного электронного архивирования документации и авторских произведений, в том числе аудиовидеопродукции и программного обеспечения, – систем сбора, обработки и контроля информации на объектах с экстремальными параметрами внешних воздействующих факторов (повышенная влажность, слабоагрессивная жидкая среда, повышенная взрывопожароопасность, повышенный фон электромагнитных излучений, высокая запыленность и т.п.), – систем идентификации субъектов и объектов, систем паспортизации объектов недвижимости, транспортных средств и граждан, – систем предоставления медицинских услуг и индивидуального мониторинга здоровья, – банковских информационных технологий, – систем аварийной связи между герметичными объектами подводного и космического базирования, – систем фельдъегерской связи в файловом режиме, – социальных и платежных систем, поисковых систем. Мобильные устройства накопления и обработки информации (УНОИ) могут использоваться в качестве защищенной сменной энергонезависимой, перезаписываемой памяти: – для стационарных компьютеров и подвижных вычислительных комплексов, – для портативных вычислительных устройств (ноутбуков и других), – для мобильных устройств (КПК, смартфонов, коммуникаторов, навигационных приборов, цифровой аудиовидеоаппаратуры), – в качестве фискальной памяти контрольно-кассовых машин, электронных комплексов определения массы транспортных средств, бытовых электронных весов, игровых автоматов, таможенной и пограничной контрольно-досмотровой аппаратуры, кодовых замков, – в качестве защищенного от несанкционированных действий носителя информации для хранения и тиражирования авторских продуктов, таких, например, как литературные произведения, аудиовидеопродукция, программное обеспечение, – как носитель информации для перевода в электронный вид представления данных библиотечных фондов, – в качестве индивидуальных кредитных карт, социальных платежных и кредитных карт, содержащих оперативную информацию быстрого дистанционного доступа и информацию повышенного уровня защиты от НСД, – в качестве управляющего устройства промышленного и робототехнического оборудования. Таким образом устройство позволяет: 1. Расширить сферу применения УНОИ за счет рационального использования рабочих плоскостей УНОИ, путем установки, по крайней мере, одной этикетки, которая позволяет содержать дополнительные данные и дополнительные носители информации на ее поверхности: – графическую информацию (текст, фото, рисунок, штрихкод, голограмму, голографическую наклейку, стенограмму, стереограмму и другое), – магнитный носитель информации – полосу из магнитного материала, метку из ферромагнитного аморфного сплава, магнитный маркер или ярлык, – оптический носитель информации, по крайней мере, один оптический слой, – носитель информации в виде многослойной структуры с графической и буквенно-цифровой информацией из тонкослойного материала – другой вид носителей информации, который может быть помещен на поверхность вкладыша и/или непосредственно на материал лицевой стороны оболочки – кристалл (чип) интегральной микросхемы, обеспечивающий обмен данных со считывающим устройством по высокочастотному радиоканалу. 2. Повысить качество идентификации и аутентификации пользователя и уровень защиты информации УНОИ за счет специализированных чипов-идентификаторов, обеспечивающих обмен информацией с БНОИ при установке УНОИ в интегрированное внешнее устройство чтения/записи. 3. Расширить частотный диапазон (от десятков килогерц до единиц и более гигагерц), в котором может происходить радиообмен между УНОИ и внешними устройствами чтения/ записи, в том числе, за счет новой возможности размещения дополнительных информационных катушек связи на торцевых поверхностях БНОИ. 4. Расширить диапазон дистанций считывания информации. 5. Рассортировать информацию УНОИ на оперативную информацию, доступную для свободного дистанционного прочтения, и на информацию, требующую той или иной степени защиты от НСД. 6. Повысить надежность хранения и степень защиты информации стационарных, подвижных, портативных и мобильных вычислительных комплексов и цифровых устройств, а также корпоративных компьютерных сетей за счет применения УНОИ в качестве встроенных и сменных запоминающих устройств. 7. Повысить вирусоустойчивость систем применения УНОИ. 8. Повысить эксплуатационные качества УНОИ: быстродействие, стойкость к воздействию механических нагрузок и влажности, стойкость к воздействию ЭМИ, обеспечить работоспособность при наличии в плоскости сопряжения со считывающим устройством влажной и загрязненной среды, оптимизировать массогабаритные характеристики. 9. Улучшить параметры надежности функционирования УНОИ (Вероятность безотказной работы «Р за период t», среднее время наработки на отказ (MTBF), вероятность ошибок при чтении) и рабочий ресурс за счет повышенных параметров стойкости к воздействию внешних воздействующих факторов (ЭМИ, механическим нагрузкам, влажности и др.). 10.Обеспечить мультисистемное применение УНОИ. 11. Повысить интегральность БНОИ. 12. Повысить технологичность изготовления отдельных деталей конструкции и устройства УНОИ в целом. 13. Снизить металлоемкость изделия Применение УНОИ наиболее перспективно в качестве мобильных, защищенных от внешних воздействующих факторов и НСД, твердотельных носителей информации в составе различных автоматизированных систем контроля и управления, защиты информации, доступа, идентификации объектов, других автоматизированных систем, а также в качестве устройства сменной памяти к стационарным, портативным и мобильным устройствам цифровой и вычислительной техники, в качестве носителя управляющих программ к автоматизированному производственному и робототехническому оборудованию.
Формула изобретения
1. Устройство накопления и обработки информации (УНОИ), содержащее герметичную защитную оболочку из немагнитного материала со свойствами электропроводности и блок обработки и накопления информации (Блок обработки и накопления информации (БНОИ)), который содержит основание, плату логическую, расположенную на основании и снабженную платой коммутации с коммутационными слоями, микроэлектронными блоками и электрорадиоэлементами, объединенными в электрическую схему, платы связи с коммутационными слоями и катушками связи, которые в БНОИ размещены на внешних сторонах рабочих плоскостей, магнитопроводы и электрические соединительные элементы, объединенные в электрическую схему функционально законченного БНОИ, отличающееся тем, что защитная оболочка имеет n-е количество рабочих плоскостей обмена данными, соответствующее расположению плат связи, БНОИ содержит, по крайней мере, одну плату логическую, которая снабжена платой коммутации и установленными на ней активными и пассивными электрорадиоэлементами, соединенными согласно схеме принципиальной электрической, топологическим рисунком проводников платы коммутации, одну плату связи, каждая из которых снабжена катушками связи, являющимися вторичными катушками плоского трансформатора, образующегося при установке УНОИ в устройство чтения/записи, причем, по крайней мере, одна из катушек связи является катушкой связи по каналу электропитания, а последующие – катушками связи по информационному каналу, при этом токопроводящие элементы коммутационных слоев платы связи электрически изолированы от защитной оболочки, от магнитопровода, от основания и от коммутационных слоев платы коммутации платы логической, а выходные/входные контакты катушек связи каждой платы связи соединены с элементами электрической схемы платы логической электрическими соединительными элементами, один магнитопровод из тонкослойного токопроводного материала с магнитными свойствами, помещенный между основанием и платой связи, и/или между логической платой и платой связи соответственно, причем магнитопровод установлен плоскостью параллельно и вплотную к поверхностным коммутационным слоям платы связи и электрически изолирован от них, от материала основания и от коммутационных слоев платы логической, при этом коммутационные слои платы коммутации платы логической электрически изолированы от материала основания и от магнитопровода, и коммутационные слои платы коммутации платы логической электрически изолированы от материала оболочки, а микроэлектронные блоки и электрорадиоэлементы размещены на ней со стороны основания, основание выполнено из материала со свойствами высокотеплопроводного металлического сплава и снабжено ребрами жесткости, а электрические соединительные элементы объединяют электрическую схему каждой платы логической и электрические схемы соответствующих плат связи и магнитопроводы в схему принципиальную электрическую БНОИ. 2. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что плата логическая БНОИ выполнена в виде многокристального модуля. 3. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что защитная оболочка снабжена в рабочей плоскости, по меньшей мере, одним углублением произвольной формы, в плоскости которого размещены вкладыши из диэлектрического материала. 4. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что защитная оболочка снабжена графической информацией. 5. УНОИ по п.3, отличающееся тем, что лицевая сторона вкладыша снабжена графической информацией и/или оптическим носителем, и/или магнитным носителем, и/или иным носителем информации, совместимым с диэлектрической плоскостью вкладыша и/или с материалом оболочки. 6. УНОИ по п.3, отличающееся тем, что вкладыши в объеме снабжены, по крайней мере, одним микрокристаллом микросхемы, содержащим активные и пассивные электрорадиоэлементы и антенну. 7. УНОИ по п.3, отличающееся тем, что вкладыши помещены в углубление после установки БНОИ в защитную оболочку и герметизации УНОИ. 8. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что оболочка состоит из одной или нескольких деталей. 9. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что катушки связи платы связи выполнены в виде катушек индуктивности. 10. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что плата логическая содержит теплоотводы. 11. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод установлен вплотную к плате логической и/или к основанию. 12. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод разделен на два и более магнитопроводов, помещенных вплотную и параллельно коммутационным слоям платы связи и соответствующих катушек связи. 13. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод, соответствующий катушкам связи по каналу электропитания, электрически изолирован от магнитопровода, соответствующего катушкам связи по информационным каналам. 14. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод состоит из одного и более слоев токопроводящего материала с магнитными свойствами. 15. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что БНОИ снабжен «шиной» «Общий», с которой электрически соединен магнитопровод. 16. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что БНОИ содержит две и более платы логической в виде многокристального модуля. 17. УНОИ по п.1 или 10, отличающееся тем, что микроэлектронные блоки, полупроводниковые приборы и другие электрорадиоэлементы размещены с одной стороны или по обе стороны платы коммутации. 18. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что микроэлектронные блоки и полупроводниковые приборы выборочно снабжены теплоотводами. 19. УНОИ по п.18, отличающееся тем, что теплоотводы выполнены в виде радиаторов. 20. УНОИ по п.18, отличающееся тем, что теплоотводы электрически изолированы от коммутационных слоев платы коммутации, микроэлектронных блоков, полупроводниковых приборов и электрорадиоэлементов. 21. УНОИ по п.18, отличающееся тем, что теплоотводы имеют тепловой контакт с основанием. 22. УНОИ по п.18, отличающееся тем, что пространство между теплоотводом и основанием, заполнено теплопроводным диэлектрическим материалом. 23. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что плата логическая размещена на основании таким образом, что ее микроэлектронные блоки и электрорадиоэлементы направлены в пространство между ребрами жесткости основания. 24. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что пространство между элементами платы логической и основанием заполнено теплопроводным, демпфирующим диэлектрическим материалом. 25. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что основание снабжено ребрами жесткости с одной стороны несущей плоскости основания. 26. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что основание снабжено ребрами жесткости с двух сторон несущей плоскости основания. 27. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что основание снабжено по периметру торцевых поверхностей одной и более канавками. 28. УНОИ по п.27, отличающееся тем, что канавки выполнены замкнутыми по периметру торцевых поверхностей основания. 29. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что основание снабжено на торцевых поверхностях, по меньшей мере, одной выборкой для ЧИПа-идентификатора. 30. УНОИ по п.29, отличающееся тем, что в выборки на торцевых поверхностях основания помещен, по крайней мере, один чип-идентификатор, содержащий однопроводный порт, логику управления и запоминающее устройство. 31. УНОИ по п.29, отличающееся тем, что в выборки на торцевых поверхностях основания помещена серия чипов-идентификаторов, содержащих таймер реального времени, сенсорные устройства (датчики), криптографический микропроцессор, электронный кошелек. 32. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что основание выполнено составным. 33. УНОИ по п.32, отличающееся тем, что составные части основания соединяют между собой элементами механического крепления. 34. УНОИ по п.32, отличающееся тем, что составные части основания соединяют между собой при помощи токопроводного адгезива (клея), при помощи точечной УЗС-сварки, иными способами, обеспечивающими ремонтопригодность. 35. УНОИ по п.32, отличающееся тем, что количество составных частей основания меньше или равно количеству плат логических. 36. УНОИ по п.32, отличающееся тем, что составные части основания снабжены на торцевых поверхностях выборками, в которых помещены платы связи и соответствующие им магнитопроводы. 37. УНОИ по п.15, отличающееся тем, что электрические соединительные элементы объединяют магнитопровод с шиной «общий» БНОИ. 38. УНОИ по п.37, отличающееся тем, что электрические соединительные элементы проходят через сквозные отверстия и/или пазы основания. 39. УНОИ по п.37, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены в виде шлейфов, перемычек, кабелей, соединительных колодок. 40. УНОИ по п.36, отличающееся тем, что платы связи с магнитопроводами размещены ортогонально к плате логической. 41. УНОИ по п.36, отличающееся тем, что платы связи с магнитопроводами помещены под углом 42. УНОИ по п.36 или 41, отличающееся тем, что платы связи с магнитопроводами закреплены на торцевой поверхности основания. 43. УНОИ по п.36 или 41, отличающееся тем, что платы связи с магнитопроводами размещены на торцевых рабочих плоскостях составного основания. 44. УНОИ по п.32, отличающееся тем, что отдельные составные части основания крепят между собой элементами механического крепления после размещения на составной части основания плат логических. 45. УНОИ по п.1, отличающееся тем, что произвольная форма УНОИ содержит, по крайней мере, один элемент в виде скоса или округления, или паза, который определяет рабочее положение УНОИ в устройстве чтения/записи.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
2046397, опубл. 1995.10.20, МПК G06K 19/12, а также изобретение «Устройство накопления и обработки информации» патент RU, 
90°, и могут быть закреплены на торцевых поверхностях как одинарного основания, так и составного основания. Причем, магнитопроводы в составе сборочных единиц БНОИ могут быть установлены в одном уровне (в одном слое).
1, причем высота пакета СБЕ «h1»
