Патент на изобретение №2172081
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК
(57) Реферат: Изобретение относится к радиоэлектронике, может использоваться при конструировании радиоэлектронных блоков, осуществляющих прием и обработку сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС). Технический результат – устранение паразитных наводок и наведенных помех в условиях, когда на многослойной печатной плате размещаются разнородные электрорадиоэлементы различной степени интеграции, работающие с аналоговыми и цифровыми сигналами в диапазоне частот от тысяч мегагерц до единиц герц, при этом сигналы СРНС принимаются антенной, питание для которой поступает через радиоэлектронный блок. Радиоэлектронный блок содержит многослойную печатную плату с числом проводящих слоев N  6, в которой электрорадиоэлементы сгруппированы по М зонам. Первая из зон – зона функционального размещения аналоговых электрорадиоэлементов и высокочастотного соединителя, предназначенного для подключения антенны. Последующие зоны – зоны функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов и по крайней мере одного низкочастотного соединителя, предназначенного для подключения внешних устройств. Земляные плоскости первой зоны расположены в двух внутренних проводящих слоях, соседствующих с наружными проводящими слоями. Земляные плоскости последующих зон расположены в одном из внутренних проводящих слоев, соседствующем с одним из наружных проводящих слоев. Эти земляные плоскости связаны по печати друг с другом, а также с земляной плоскостью первой зоны, расположенной в этом же слое. Между вторым и (N-1)-м проводящими слоями в i-м проводящем слое располагаются проводники питания первой зоны, а в j-м проводящем слое, где j i, располагаются выполненные в виде плоскостей проводники питания третьей и последующих зон. На многослойной печатной плате также размещен дополнительный соединитель, предназначенный для подключения отдельного источника питания антенны. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
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. Особенностью конструирования радиоэлектронных блоков, осуществляющих прием и обработку сигналов СРНС, является необходимость использования в них разнородных функциональных узлов – различных аналоговых сверхвысокочастотных и высокочастотных 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, c.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, микро схемы 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. 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. 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 про водников 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. 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-м 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.
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.
Радиоэлектронный блок, описанный в [7], принят в качестве прототипа. Радиоэлектронный блок-прототип содержит многослойную печатную плату с числом проводящих слоев N 6, в которой на наружных первом и N-м проводящих слоях размещены высокочастотный и низкочастотный соединители, печатные проводники, контактные площадки и электрорадиоэлементы, а земляные проводники и проводники питания расположены в разных внутренних проводящих слоях печатной платы.
Электрорадиоэлементы, размещенные на печатной плате, сгруппированы по М функциональным зонам. Первая из М зон является зоной функционального размещения аналоговых электрорадиоэлементов и высокочастотного соединителя, предназначенного для подключения приемной антенны. Последующие М-1 зон являются зонами функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов, причем в последней М-й размещен по крайней мере один низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения внешних устройств.
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)-м проводящих слоях, соседствующих с наружным первым и N-м 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-м наружным проводящим слоем. Земляные плоскости М-1 зон связаны печатными перемычками друг с другом, а также с расположенной в том же проводящем слое земляной плоскостью первой зоны.
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) проводящими слоями. При этом проводники питания первой зоны размещены в i-м проводящем слое печатной платы, свободном от размещения проводников питания других зон, например в слое, соседствующем с вторым или (N – 1)-м проводящем слоем, а проводники питания остальных зон расположены в j-м проводящем слое, где i j.
Электрические связи между функциональными зонами осуществляются посредством сигнальных печатных проводников связи, расположенных на наружном проводящем слое печатной платы, соседствующем с внутренним проводящим 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.
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.
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 для подключения к внешним источникам питания.
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. Сигналы опорных и гетеродинных частот, используемые при обработке и преобразовании сигналов СРНС в блоке-прототипе, формируются в соответствующей функциональной зоне печатной платы.
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 наиболее оптимальных возвратных цепей, 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.
Особенностью блока-прототипа является то, что достижение требуемого результата по устранению паразитных наводок и наведенных помех, реализуемое за счет рассмотренных выше конструктивных мер, обеспечивается лишь при использовании раздельного (по функциональным зонам) электропитания. Однако требование раздельного электропитания приводит к необходимости разработки и применения отдельных источников питания, обеспечивающих в совокупности необходимый для работы блока набор питающих напряжений, что сужает область возможного применения блока-прототипа. Также в блоке-прототипе не предусмотрены конструктивные меры, обеспечивающие устранение паразитных наводок и наведенных помех в условиях, когда в качестве антенны используется антенна, требующая для своей работы собственного электропитания (активная антенна).
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение паразитных наводок и наведенных помех в условиях, когда в радиоэлектронном блоке на многослойной печатной плате размещаются разнородные электрорадиоэлементы различной степени интеграции, работающие с разнородными сигналами (аналоговыми и цифровыми) различных частот (от тысяч мегагерц на входе до единиц герц на выходе), при этом в качестве антенны используется активная антенна – антенна, требующая электропитания, а для питания собственно радиоэлектронного блока используется один внешний источник питания.
Решение поставленной задачи позволяет конструировать малогабаритную радиоэлектронную аппаратуру, осуществляющую прием и обработку сигналов СРНС “ГЛОНАСС” и “GPS” в целях определения местоположения, точного времени, осуществления временной синхронизации и выделения служебной информации, предназначенную для различных потребителей, сфер и условий применения.
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-м 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, предназначенного для подключения антенны, а последующие М-1 зон являются зонами функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов, причем в последней M-й 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)-м проводящих слоях, соседствующих с наружными первым и N-м 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, земляные плоскости 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, при этом, в отличие от прототипа, плоскости цифрового питания третьей и последующих зон и земляная плоскость последней M-й зоны электрически связаны с размещенными на одном из наружных проводящих слоев в последней M-й 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 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 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, на многослойной печатной плате также размещен дополнительный низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения отдельного источника питания антенны, при этом сигнальный вывод высокочастотного соединителя электрически связан с выходным выводом четвертого фильтра питания, который размещен на наружном проводящем слое в первой зоне и связан другими своими выводами – земляным и входным – соответственно с земляными плоскостями первой зоны и общей точкой двух цепей питания антенны, первая из которых предназначена для подвода к высокочастотному соединителю напряжения в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока, а вторая – для подвода к высокочастотному соединителю напряжения в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны, причем первая цепь питания антенны выполнена с обеспечением возможности осуществления электрической связи входного вывода четвертого фильтра питания с одним из проводников питания первой зоны в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока и разрыва этой связи в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны, а вторая цепь выполнена с обеспечением возможности осуществления электрической связи входного вывода четвертого фильтра питания с выводом “Питание антенны” дополнительного низкочастотного соединителя в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны и разрыва этой связи в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока. 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, третий фильтр питания выполнен в виде проходного фильтра, реализующего функцию Т-образного LC-фильтра, а четвертый фильтр питания выполнен в виде по крайней мере одного Г-образного LC-фильтра, у которого выходной, входной и земляной выводы образованы соответственно первым и вторым выводами индуктивного компонента и первым выводом емкостного компонента, второй вывод которого соединен с вторым выводом индуктивного компонента.
Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются на примере конструкции радиоэлектронного блока навигационного приемника-процессора сигналов СРНС “ГЛОНАСС” и “GPS”, реализованного на многослойной печатной плате с шестью проводящими слоями (N = 6), что проиллюстрировано на чертежах, представленных на фиг. 1 – 11.
На фиг. 1 представлен вид в разрезе шестислойной печатной платы в рассматриваемом примере реализации (расположение печатных проводников и металлизированных отверстий межслойных соединений – условное);на фиг. 2 – пример, иллюстрирующий в рассматриваемом примере реализации группировку электрорадиоэлементов, смонтированных на наружном первом проводящем слое в пяти последовательно расположенных зонах (вид со стороны электрорадиоэлементов первого проводящего слоя, печатные проводники условно не показаны); на фиг. 3 – пример, иллюстрирующий в рассматриваемом примере реализации группировку электрорадиоэлементов, смонтированных на наружном шестом проводящем слое в пяти последовательно расположенных зонах (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные, печатные проводники условно не показаны); на фиг. 4 – пример рисунка печати наружного первого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации; на фиг. 5 – пример рисунка печати внутреннего второго проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные); на фиг. 6 – пример рисунка печати внутреннего третьего проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные); на фиг. 7 – пример рисунка печати внутреннего четвертого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные); на фиг. 8 – пример рисунка печати внутреннего пятого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные); на фиг. 9 – пример рисунка печати наружного шестого проводящего слоя в рассматриваемом примере реализации (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные); на фиг. 10 – пример, иллюстрирующий взаимное положение и связи по печати в наружном первом проводящем слое трех фильтров питания в рассматриваемом примере реализации (электрорадиоэлементы условно прозрачные); на фиг. 11 – пример, иллюстрирующий выполнение цепей питания антенны в рассматриваемом примере реализации (электрорадиоэлементы условно прозрачные) 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).
В рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока – навигационном приемнике-процессоре сигналов СРНС – в наружных проводящих слоях 2 и 3 (фиг. 1 – 4, 9) размещены контактные площадки 9, печатные проводники 10, электрорадиоэлементы 11, а также высокочастотный соединитель 12 для подключения антенны и низкочастотные соединители 13 для подключения внешних устройств, в том числе внешнего источника питания радиоэлектронного блока.
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).
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.
В рассматриваемом примере реализации радиоэлектронного блока – навигационном приемнике-процессоре сигналов СРНС – электрорадиоэлементы 11 сгруппированы последовательно по М = 5 зонам 15, 16, 17, 18, 19 (фиг. 2, 3).
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), предназначенный для подключения антенны.
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), TXO255AR 10,00 MHz, 3V фирмы RAKON (США) (опорный генератор). Все указанные электрорадиоэлементы предназначены для поверхностного монтажа.
Последующие вторая 16, третья 17, четвертая 18 и пятая 19 зоны являются зонами функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов.
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.
Третья зона 17 соответствует зоне размещения электрорадиоэлементов, осуществляющих многоканальное корреляционное преобразование сигналов СРНС. Пре имущественно это электрорадиоэлементы сверхвысокой степени интеграции, аналогичные, например, цифровым корреляторам типа 1836ВЖ1, 1836ВЖ1-01 (Россия) или ASIC фирмы SAMSUNG (Корея), предназначенным для поверхностного монтажа.
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.
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), предназначенные для подключения внешних устройств, в том числе внешнего источника питания радиоэлектронного блока. На фиг. 2 показан вариант реализации радиоэлектронного блока с двумя низкочастотными соединителями 13, один из которых, расположенный параллельно продольной оси многослойной печатной платы 1, используется для подключения контрольной и тестирующей аппаратуры, а другой, расположенный параллельно поперечной оси, – для подключения интерфейсных устройств (пульта управления, дисплея данных и т.п.), а также внешнего источника питания радиоэлектронного блока.
Первой зоне 15 соответствуют на многослойной 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 земляная плоскость 20 расположена во втором проводящем слое 4 (фиг. 5), соседствующем с первым наружным проводящим слоем 2, а земляная плоскость 21 – в пятом проводящем слое 7 (фиг. 8), соседствующем с наружным проводящим слоем 3.
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 и последующих 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. 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 24 (фиг. 5). Аналогично земляная плоскость 22 второй зоны 16 связана с земляной плоскостью 20 первой зоны 15 с помощью земляных печатных проводников 25 (фиг. 5). Ширина земляных печатных проводников 24, 25 обычно не менее 1 мм.
Проводники питания 26 первой зоны 15, выполненные в заявляемом радиоэлектронном блоке в виде печатных проводников, расходящихся из общей точки 27, и проводники питания 28 второй зоны 16, выполненные в виде печатных проводников, расходящихся из общей точки 29, располагаются в одном и том же i-м 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).
Проводники питания третьей 17, четвертой 18 и пятой 19 зон, выполненные в виде плоскостей 30 цифрового питания, располагаются в j-м 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).
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).
Заявляемый радиоэлектронный блок, в отличие от блока-прототипа, предназначен для работы в условиях, когда для питания собственно радиоэлектронного блока используется один внешний источник питания. Для реализации этого в заявляемом радиоэлектронном блоке предусмотрены следующие конструктивные и схемотехнические меры.
Плоскости 30 цифрового питания (фиг. 7) и земляная плоскость 23 (фиг. 5) последней (пятой) зоны 19 электрически связаны 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), служащими элементами подвода к многослойной печатной плате 1 напряжения питания от внешнего источника питания радиоэлектронного блока. В рассматриваемом примере реализации контактные элементы 31 “Питание” и 32 “Земля” представляют собой контактные площадки, связанные посредством печатных проводников (фиг. 4) с соответствующими выводами соответствующего низкочастотного соединителя 13, предназначенными для подключения внешнего источника питания радиоэлектронного блока.
С контактным элементом 31 “Питание” непосредственно связан первый вывод 33 первого фильтра питания 34, который установлен на наружном проводящем слое 2 в пятой зоне 19 и непосредственно связан другим своим выводом 35 с контактным элементом 32 “Земля” (фиг. 2, 10). Фильтр питания 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 ECS- 6, ЗV-15  F  20% ECS-HOJC156R фирмы PANASONIC (Япония), предназначенному для поверхностного монтажа.
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 питания 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 питания 37 связан своими входным 38 и земляным 39 выводами соответственно с плоскостью цифрового питания 30 и земляной плоскостью 23 третьей зоны 17. Фильтр питания 37 выполняется преимущественно в виде проходного конденсатора – устройства, реализующего функцию Т-образного RC- или LC- фильтра [8, с. 259]. Примерами проходных конденсаторов являются известные проходные конденсаторы КТП-44, К73-21 (Россия), предназначенные для объемного монтажа [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 NFM41RIOC233 фирмы MURATA (США), предназначенным для поверхностного монтажа.
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 питания 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 фильтра питания 37 и земляной плоскостью 22 второй зоны 16. Фильтр питания 41 выполняется преимущественно в виде проходного фильтра, реализующего функцию Т-образного LC-фильтра [8, с. 259 – 261, рис.6.10, 6.11]. Примерами проходных фильтров являются известные проходные фильтры Б14, Б23 (Россия), предназначенные для объемного монтажа [8, с. 259 – 260, рис.6.11]. Практически в заявляемом радиоэлектронном блоке в качестве проходного фильтра, реализующего фильтр питания 41, могут использоваться, например, проходные фильтры, аналогичные по функции и конструктивному выполнению проходным фильтрам NFM61T20T472 фирмы MURATA (США), предназначенным для поверхностного монтажа.
Помимо обеспечения возможности работы в условиях питания от одного внешнего источника питания заявляемый радиоэлектронный блок отличается от блока – прототипа тем, что он обеспечивает возможность работы с активной антенной – антенной, требующей питания, причем в зависимости от номинала напряжения питания антенны, определяемого типом антенны, для питания антенны может использоваться внутреннее напряжение питания радиоэлектронного блока или напряжение, поступающее через радиоэлектронный блок от отдельного источника питания антенны. Возможность использования заявляемого радиоэлектронного блока с различными типами антенн, требующих различного питания, расширяет сферу возможного использования заявляемого радиоэлектронного блока. Обеспечивается это в совокупности с рассмотренными выше конструктивными и схемотехническими мерами следующим.
На многослойной печатной плате 1 размещен дополнительный низкочастотный соединитель 44, предназначенный для подключения отдельного источника питания антенны. Место размещения соединителя 44 определяется конструктивными соображениями. В рассматриваемом примере реализации соединитель 44 размещен в третьей зоне 17 (фиг. 2).
Сигнальный вывод 45 высокочастотного соединителя 12 электрически связан с выходным выводом 46 четвертого фильтра питания 47 (фиг. 11), который размещен на наружном проводящем слое в первой зоне 15 и связан другими своими выводами – земляным 48 и входным 49 – соответственно с земляными плоскостями 20, 21 первой зоны 15 и общей точкой 50 (фиг. 4, 11) двух цепей питания антенны, первая из которых предназначена для подвода к высокочастотному соединителю 12 напряжения для питания антенны в случае использования для этого внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока, а вторая – для подвода к высокочастотному соединителю 12 напряжения для питания антенны в случае использования для этого отдельного источника питания антенны.
Первая из указанных цепей питания антенны выполнена с обеспечением возможности осуществления электрической связи входного вывода 49 фильтра 47 с одним из проводников питания 26 первой зоны 15 в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока и разрыва этой связи в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны, подключаемого к низкочастотному соединителю 44.
Вторая из указанных цепей питания антенны выполнена с обеспечением возможности осуществления электрической связи входного вывода 49 фильтра 47 с выводом “Питание антенны” дополнительного низкочастотного соединителя 44 в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны и разрыва этой связи в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока.
Конструктивно это решается, например, путем выполнения общей точки 50 в виде контактного элемента, который соединяется съемной перемычкой 51 либо с контактным элементом 52, связанным соответствующим отверстием межслойного соединения с одним из проводников питания 26 первой зоны 15 (фиг. 11, 6), либо с контактным элементом 53, связанным соответствующим отверстием межслойного соединения и печатным проводником 54 третьего проводящего слоя с соответствующим выводом дополнительного низкочастотного соединителя 44 (фиг. 11, 6). На фиг.11 показан пример установки перемычки 51 между контактными элементами 50 и 52, что соответствует первому случаю питания антенны – питания внутренним напряжением радиоэлектронного блока. На практике могут применяться и другие конструктивные решения, например, когда в одной из цепей питания антенны предусматривается участок, предназначенный для разрезания печатного проводника, а во второй – контактные элементы для установки перемычки.
В заявляемом радиоэлектронном блоке для решения поставленной задачи по обеспечению устранения паразитных наводок и наведенных помех в рассматриваемых условиях, когда в качестве антенны используется антенна, питание которой осуществляется через радиоэлектронный блок, четвертый фильтр питания 47 выполняется в виде по крайней мере одного Г-образного LC-фильтра, у которого выходной 46, входной 49 и земляной 48 выводы образованы соответственно первым и вторым выводами индуктивного компонента фильтра и первым выводом емкостного компонента фильтра, второй вывод которого соединен с вторым выводом индуктивного компонента фильтра. В рассматриваемом примере реализации, имеющем практическое применение, фильтр питания 47 выполнен в виде двух последовательно соединенных Г-образных LC-фильтров (фиг. 11). При последовательном включении Г-образных LC-фильтров индуктивные компоненты включены последовательно между выходным 46 и входным 49 выводами фильтра питания 47, а емкостные компоненты первыми своими выводами подключены к земляному выводу 48 фильтра питания 47, а вторыми выводами – к вторым выводам соответствующих индуктивных компонентов.
В качестве индуктивного компонента в фильтре 47 может использоваться, например, индуктивность типа LL2012-56nH 10% LL2012-F56NK фирмы ТОКО (Япония), а в качестве емкостного компонента – конденсатор NPO-50V-100pF 5% 140 – CC501NIOIJ фирмы XICON (Япония), предназначенные для поверхностного монтажа.
Работа заявляемого радиоэлектронного блока – навигационного приемника-процессора сигналов СРНС – в рассматриваемом примере реализации осуществляется следующим образом.
В зависимости от типа антенны и номинала ее напряжения питания перемычка 51 устанавливается либо между контактными элементами 50 и 52 (в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока), либо между контактными элементами 50 и 53 (в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны). Во втором случае необходимый номинал напряжения питания антенны будет определяться величиной напряжения питания, подаваемого на низкочастотный соединитель 44 от источника питания антенны. Антенна (не показана) подключается к высокочастотному соединителю 12. В случае использования для питания антенны отдельного источника питания этот источник питания (не показан) подключается к низкочастотному соединителю 44.
К низкочастотным соединителям 13 подключаются внешний источник питания радиоэлектронного блока и другие необходимые для работы радиоэлектронного блока внешние устройства, например пульт управления, дисплей данных, средства регистрации и контроля и др. (не показаны).
После включения внешнего источника питания радиоэлектронного блока на контактные элементы 31 и 32 начинают поступать необходимые для работы радиоэлектронного блока потенциалы напряжения питания – “Питание” и “Земля”. Далее напряжение питания распределяется по зонам – от пятой зоны 19 к первой зоне 15.
В самом начале своего распределения по зонам 19 -15 напряжение питания фильтруется от высокочастотных составляющих и наводок с помощью первого фильтра питания 34 (фильтрующего конденсатора), непосредственно связанного с контактными элементами 31 и 32. Фильтр питания 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 электрорадиоэлементы радиоэлектронного блока.
Отфильтрованное таким образом напряжение питания далее распределяется по функциональным зонам 19-15 следующим образом.
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.
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 питания 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, образованные фильтрами питания 34 и 37, что обеспечивает достаточную 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 питания 37, обеспечивает минимизацию взаимного влияния электрорадиоэлементов второй зоны 16 друг на друга по цепям питания.
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 питания 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, образованные фильтрами питания 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 питания 41, обеспечивает минимизацию взаимного влияния электрорадиоэлементов первой зоны 15 друг на друга по цепям питания.
Таким образом, в рассматриваемых условиях, когда для питания собственно 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.
Питание антенны, подключенной к высокочастотному соединителю 12, осуществляется следующим образом. На сигнальный вывод 45 высокочастотного соединителя 12 напряжение для питания антенны поступает с выходного вывода 46 четвертого фильтра питания 47 – двухзвенного Г-образного LC-фильтра, обеспечивающего развязку цепи питания антенны и входной сигнальной цепи радиоэлектронного блока. На входной вывод 49 фильтра питания 47 напряжение поступает с общей точки 50 первой и второй цепей питания антенны, выполненной в виде контактного элемента, предназначенного для подключения контактной перемычки 51.
В случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока это напряжение поступает по первой цепи, а именно через перемычку 51, соединенную с контактным элементом 52, электрически связанным с одним из проводников питания 26 первой зоны 15. При этом вторая цепь питания антенны разорвана между точками 50 и 53.
В случае использования для питания антенны напряжения отдельного источника питания это напряжение поступает по второй цепи, а именно через перемычку 51, соединенную в этом случае с контактным элементом 53, электрически связанным с выводом “Питание антенны” низкочастотного соединителя 44. При этом первая цепь питания антенны разорвана между точками 50 и 52.
Запитываемая рассмотренным образом через радиоэлектронный блок антенна осуществляет прием аналоговых широкополосных шумоподобных радиосигналов СРНС “ГЛОНАСС” и “GPS” с частотами в диапазоне от 1200 МГц до 1700 МГц.
Принятые антенной сигналы СРНС далее преобразуются в зонах 15-19 с формированием выходных сигналов, несущих навигационную информацию, информацию о времени, а также служебную информацию. При этом в первой зоне 15 сигналы СРНС подвергаются усилению, фильтрации от помех и частотному преобразованию с понижением несущей частоты до десятков мегагерц. При преобразовании используются гетеродинные сигналы, формируемые синтезаторами частот, которые расположены в первой зоне 15. 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, расположенными в первой зоне 15. Цифровые сигналы, сформированные во второй зоне 16, далее поступают в третью зону 17, где осуществляется многоканальная корреляционная обработка. Затем 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.
Таким образом сигналы СРНС в процессе своей обработки последовательно переходят от одной зоны к другой, претерпевая 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, что обеспечивает минимизацию потерь в возвратных контурах цепей прохождения сигналов и снижает их восприимчивость к воздействию излучений и перекрестных помех за счет исключения не оптимальных токовых путей, обладающих дополнительной индуктивностью. При этом вся совокупность рассмотренных конструктивных мер – определенное выполнение и расположение проводников питания 26, 28 первой и второй зон 15 и 16, плоскостей 30 питания зон 17- 19, земляных плоскостей 20 – 23 зон 15 – 19, определенное расположение и подключение фильтров питания 34,37,41,47- обеспечивает в заявляемом радиоэлектронном блоке достижение требуемого технического результата по устранению паразитных наводок и наведенных помех в заданных условиях, когда на многослойной печатной плате размещаются разнородные электрорадиоэлементы различной степени интеграции, работающие с разнородными сигналами (аналоговыми и цифровыми) различных частот (от тысяч мегагерц на входе блока до единиц герц на выходе блока), при этом в качестве антенны используется антенна, запитываемая от радиоэлектронного блока, а для питания собственно радиоэлектронного блока используется один внешний источник питания. На достигаемый результат положительно влияет и то, что за счет предложенного размещения и выполнения земляных плоскостей, плоскостей и проводников питания в заявляемом радиоэлектронном блоке обеспечивается формирование оптимальных возвратных цепей, соответствующих сигнальным цепям 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.
Таким образом, совокупность предложенных конструктивных мер позволяет в заявляемом радиоэлектронном блоке решить поставленную техническую задачу устранения паразитных наводок и наведенных помех в условиях, когда на многослойной печатной плате размещаются разнородные электрорадиоэлементы различной степени интеграции, работающие с разнородными (аналоговыми и цифровыми) сигналами в диапазоне частот от тысяч мегагерц на входе блока до единиц герц на выходе блока, при этом в качестве антенны используется антенна, запитываемая от радиоэлектронного блока, а для питания самого радиоэлектронного блока используется один внешний источник питания.
Эксперименты, проведенные над радиоэлектронными блоками заявляемой конструкции, показали, что устранение паразитных наводок и наведенных помех, требуемое из условий обеспечения работоспособности блоков, наблюдается при обработке сигналов СРНС “ГЛОНАСС” и “GPS” в различных их сочетаниях и во всех рабочих диапазонах частот в условиях использования для питания радиоэлектронных блоков одного внешнего источника питания. Указанный результат наблюдается при различных типах антенн, использующих в качестве напряжения питания либо внутреннее напряжение питание радиоэлектронного блока, либо напряжение питания отдельного источника питания. Все это обуславливает перспективность использования заявляемой конструкции как базовой при разработке малогабаритной аппаратуры потребителей сигналов СРНС широкого класса и назначения, включая аппаратуру, устанавливаемую на бортах летательных аппаратов, бортах наземных и водных транспортных средств, а также аппаратуру, устанавливаемую внутри сооружений.
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 размещения на одной многослойной печатной плате электрорадиоэлементов различной степени интеграции, работающих с сигналами частот от тысяч мегагерц до единиц герц, при использовании для питания радиоэлектронного блока одного внешнего источника питания, а для питания антенны либо внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока, либо напряжения, поступающего через радиоэлектронный блок от отдельного источника питания антенны. Совокупность этих качеств обуславливает перспективность использования заявляемого радиоэлектронного блока при конструировании аппаратуры потребителей сигналов СРНС различного класса и назначения.
Источники информации1. Бортовые устройства спутниковой радионавигации /И.В.Кудрявцев, И.Н. Мищенко, А.И.Волынкин и др. Под ред. В.С.Шебшаевича. М., Транспорт, 1988. 2. Свидетельство РФ на полезную модель N 2157, G 06 Т 11/20, опубл. 16.05.96. 3. Авторское свидетельство СССР N 1826853, Н 05 К 5/00, опубл.20.11.96. 4. Патент РФ N 2047947, H 05 К 1/02, опубл. 10.11.95. 5. Лунд П. Прецизионные печатные платы. Конструирование и производство. М., Энергоатомиздат, 1983. 6. Майоров С.А. и др. Электронные вычислительные машины. Справочник по конструированию. Под ред. С.А.Майорова. М, Сов. радио, 1975. 7. Патент РФ N 2125775, Н 05 К 1/00, 3/46, опубл. 27.01.99 (прототип). 8. Конструирование радиоэлектронных средств. Под ред. А.С.Назарова, М., Издательство МАИ, 1996. Формула изобретения
6, в которой на наружных первом и N-м 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, предназначенного для подключения антенны, а последующие М-1 зон являются зонами функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов, причем в последней М-й 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)-м проводящих слоях, соседствующих с наружными первым и N-м 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, земляные плоскости 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 ji, 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, отличающийся тем, что плоскости цифрового питания третьей и последующих зон и земляная плоскость последней М-й зоны электрически связаны с размещенными на одном из наружных проводящих слоев в последней М-й 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 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 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, на многослойной печатной плате также размещен дополнительный низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения отдельного источника питания антенны, при этом сигнальный вывод высокочастотного соединителя электрически связан с выходным выводом четвертого фильтра питания, который размещен на наружном проводящем слое в первой зоне и связан другими своими выводами – земляным и входным – соответственно с земляными плоскостями первой зоны и общей точкой двух цепей питания антенны, первая из которых предназначена для подвода к высокочастотному соединителю напряжения в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока, а вторая – для подвода к высокочастотному соединителю напряжения в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны, причем первая цепь питания антенны выполнена с обеспечением возможности осуществления электрической связи входного вывода четвертого фильтра питания с одним из проводников питания первой зоны в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока и разрыва этой связи в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны, а вторая цепь выполнена с обеспечением возможности осуществления электрической связи входного вывода четвертого фильтра питания с выводом “Питание антенны” дополнительного низкочастотного соединителя в случае использования для питания антенны отдельного источника питания антенны и разрыва этой связи в случае использования для питания антенны внутреннего напряжения питания радиоэлектронного блока.
2. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что земляные плоскости третьей и последующих зон функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов конструктивно объединены в общую для этих зон земляную плоскость.
3. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что плоскости цифрового питания третьей и последующих зон функционального размещения цифровых электрорадиоэлементов конструктивно объединены в общую для этих зон плоскость цифрового питания.
4. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что первый фильтр питания выполнен в виде фильтрующего конденсатора.
5. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что второй фильтр питания выполнен в виде проходного конденсатора.
6. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что третий фильтр питания выполнен в виде проходного фильтра, реализующего функцию Т-образного LC фильтра.
7. Радиоэлектронный блок по п.1, отличающийся тем, что четвертый фильтр питания выполнен в виде по крайней мере одного Г-образного LC-фильтра, у которого выходной, входной и земляной выводы образованы соответственно первым и вторым выводами индуктивного компонента фильтра и первым выводом емкостного компонента фильтра, второй вывод которого соединен с вторым выводом индуктивного компонента.
РИСУНКИ
PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Номер и год публикации бюллетеня: 5-2004
(73) Патентообладатель:
(73) Патентообладатель:
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 19.01.2004 № 18182
Извещение опубликовано: 20.02.2004
|
||||||||||||||||||||||||||
