RU2691844C1 - Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда - Google Patents

Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда Download PDF

Info

Publication number
RU2691844C1
RU2691844C1 RU2018122394A RU2018122394A RU2691844C1 RU 2691844 C1 RU2691844 C1 RU 2691844C1 RU 2018122394 A RU2018122394 A RU 2018122394A RU 2018122394 A RU2018122394 A RU 2018122394A RU 2691844 C1 RU2691844 C1 RU 2691844C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
line
pulses
electrostatic discharge
parameters
delay line
Prior art date
Application number
RU2018122394A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Вячеславович Носов
Роман Сергеевич Суровцев
Тальгат Рашитович Газизов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Priority to RU2018122394A priority Critical patent/RU2691844C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2691844C1 publication Critical patent/RU2691844C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107Hollow-waveguide/strip-line transitions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085Slot-line radiating ends

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от электростатического разряда. Линия задержки состоит из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, диэлектрической среды, с выбором параметров линии такими, что обеспечивается равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, причем выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается произведение удвоенной длины линии на модуль разности погонных задержек четной и нечетной мод линии не менее длительности пикового выброса электростатического разряда, а также выравнивание амплитуд первых трех импульсов. Техническим результатом является разложение пикового выброса ЭСР на последовательность из трех импульсов, а также ослабление его амплитуды на выходе линии. 5 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от электростатического разряда (ЭСР).
В настоящее время актуальной задачей является защита РЭА от импульсов наносекундного и субнаносекундного диапазонов, которые способны проникать в различные узлы РЭА, минуя электромагнитные экраны устройств. Большую опасность из таких импульсов представляет ЭСР, поскольку его влияние является достаточно распространенной причиной выхода РЭА из строя. Традиционными схемотехническими средствами защиты от такого воздействия являются фильтры, устройства развязки, ограничители помех, разрядные устройства, а конструктивными - защитные экраны и методы повышения однородности экранов, заземление и методы уменьшения импедансов цепей питания. Известно, что включаемые на входе аппаратуры устройства защиты обладают рядом недостатков (малая мощность, недостаточное быстродействие, паразитные параметры), затрудняющих защиту от ЭСР. Эффективная защита в широком диапазоне воздействий требует сложных многоступенчатых устройств. Между тем, наряду с высокими характеристиками, практика требует простоты и дешевизны устройств защиты, поэтому необходима разработка новых устройств защиты от ЭСР.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов [Суровцев Р.С, Газизов Т.Р., Носов А.В., Заболоцкий A.M., Кукенко СП. Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов. Патент РФ №2607252], состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды.
Недостатком устройства-прототипа является отсутствие у него возможности эффективной защиты от ЭСР.
Рассмотрим типовую форму ЭСР (Фиг. 1) согласно стандарту IEC 61000-4:2003 [2012 Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4: Testing and measurement techniques -Section 2: Electrostatic discharge immunity test, IEC 61000-4:2003].. Для ясности дальнейшего изложения введем следующие пояснения: первая часть ЭСР - пиковый выброс ЭСР длительностью 4 нс, вторая часть ЭСР - часть ЭСР после пикового выброса длительностью 4 нс.
Заявляется линия задержки, состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, диэлектрической среды, с выбором параметров линии такими, что обеспечиваются равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, отличающаяся тем, что выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается произведение удвоенной длины линии на модуль разности погонных задержек четной и нечетной мод линии не менее длительности пикового выброса электростатического разряда, а также выравнивание амплитуд первых трех импульсов.
Достоинством заявляемого устройства, в отличие от устройства-прототипа, является возможность его использования для защиты от электростатического разряда.
Техническим результатом является разложение пикового выброса ЭСР на последовательность из трех импульсов, а также увеличенное ослабление его амплитуды на выходе линии. Прежде всего, технический результат достигается за счет выбора параметров линии такими, чтобы обеспечить равенство длительности пикового выброса ЭСР произведению удвоенной длины линии и модуля разности погонных задержек четной и нечетной мод линии. За счет этого, пиковый выброс ЭСР разлагается на три основных импульса, каждый из которых приходит к концу линии по окончании предыдущего: импульс ближней перекрестной наводки от фронта пикового выброса ЭСР (первый импульс) и импульсы нечетной и четной мод (второй и третий импульсы). Позже к концу линии будут приходить импульсы разной полярности, вызванные отражениями. Первые три импульса имеют максимальные амплитуды из всех импульсов последовательности. Последнее условие может быть обеспечено за счет сильной торцевой связи между сигнальными проводниками линии, например, за счет уменьшения расстояния между ними, выбором оптимального значения которого можно выровнять и минимизировать амплитуды первых трех импульсов сигнала на выходе линии. Таким образом, защита от ЭСР обеспечивается за счет разложения пикового выброса ЭСР на последовательность импульсов меньшей амплитуды, а за счет выбора оптимальной связи между сигнальными проводниками обеспечивается выравнивание первых трех импульсов на выходе линии. При этом за счет выравнивания амплитуд первых трех импульсов обеспечивается дополнительное ослабление амплитуды выходного сигнала. Приведенные выше качественные оценки достижимости технического результата подтверждаются ниже количественными оценками, полученными с помощью моделирования.
На фиг. 2 приведено поперечное сечение заявляемой линии, со следующими параметрами: w и t - ширина и толщина проводников соответственно, s - расстояние между проводниками, h - толщина диэлектрической подложки, εr - диэлектрическая проницаемость подложки. На фиг. 3 приведена эквивалентная схема заявляемой линии. Она состоит из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников длиной l=2630 мм каждый, находящихся на диэлектрической подложке и соединенных между собой на одном конце. Один из проводников линии соединен с генератором воздействия, представленным на схеме идеальным источником тока I и параллельным сопротивлением R1. Воздействие представляет собой ЭСР с формой тока, соответствующей стандарту IEC 61000-4-2 (Фиг. 1). Его форма напряжения в начале линии представлена на фиг. 4. Другой проводник линии соединен с приемным устройством, представленным на схеме сопротивлением R2.
Значения R1 и R2 для минимизации отражения сигнала на концах проводников линии приняты равными среднему геометрическому волновых сопротивлений четной и нечетной мод линии:
Figure 00000001
где Z11 и Z12 - соответствующие коэффициенты матрицы погонных импедансов Z.
Параметры поперечного сечения на фиг. 2 выбраны таким образом, чтобы выполнялось условие
Figure 00000002
где τе и τo - погонные задержки четной и нечетной мод.
Выполнение условия (2) обеспечивает разложение пикового выброса электростатического разряда на импульсы меньшей амплитуды.
Погонные задержки четной и нечетной мод для симметричной, относительно опорного проводника, структуры связанных линий передачи вычисляются как [Малютин Н.Д. Многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе / Н.Д. Малютин. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. - 164 с.]
Figure 00000003
где С11 и С12, L11 и L12 - соответствующие элементы матриц (коэффициентов электростатической и электромагнитной индукции) L и С.
Для подтверждения возможности выполнения условия (1) рассмотрим линию, представленную на фиг. 2. Параметры поперечного сечения: w=2450 мкм, t=45 мкм, s=300 мкм, d=12250 мкм, h=2000 мкм, εr=5,4. Вычисленные матрицы:
Figure 00000004
Значения сопротивлений R1 и R2, вычисленные по (1) с помощью соответствующих коэффициентов матрицы Z, получились равными 50,76 Ом.
По выражению (3) с помощью соответствующих коэффициентов матриц С и L получим τе=6,66 нс/м, τo=5,9 нс/м Произведение модуля разности погонных задержек четной и нечетной мод линии на удвоенную длину линии составляет
Figure 00000005
Таким образом, условие (2) выполняется. Форма сигнала в конце такой линии представлена на фиг. 4. Как видно, пиковый выброс ЭСР в конце меандровой линии представлен последовательностью из трех основных импульсов (импульса перекрестной наводки на ближнем конце и импульсов четной и нечетной мод пикового выброса ЭСР). Амплитуда этих импульсов составляет около 77% от амплитуды ЭСР в начале линии (фиг. 4). Позже к концу линии приходят импульсы разной полярности и меньшей амплитуды, вызванные отражениями.
Следующей рассмотрим линию, поперечное сечение которой также соответствует фиг. 2. Для обеспечения условия (2), а также для минимизация амплитуды на выходе заявляемой линии параметры поперечного сечения выбраны следующими: w=2450 мкм, t=45 мкм, s=1 мкм, d=12250 мкм, h=2000 мкм, εr=5,4. Вычисленные матрицы параметров:
Figure 00000006
Значения сопротивлений R1 и R2, вычисленные по (1) с помощью соответствующих коэффициентов матрицы Z, получились равными 16,09 Ом.
По выражению (3) с помощью соответствующих коэффициентов матриц С и L получим τе=6,66 нс/м, τo=3,7 нс/м. Произведение модуля разности погонных задержек четной и нечетной мод линии на удвоенную длину линии составляет
Figure 00000007
Таким образом, условие (2) выполняется. Форма сигнала в конце такой линии представлена на фиг. 5. Как видно, пиковый выброс ЭСР в конце меандровой линии также представлен последовательностью из трех основных импульсов. Амплитуды импульсов, определяемых максимальной амплитудой (первый и третий импульсы) практически равны и не превышают 69,3% от амплитуды ЭСР в начале линии (фиг. 5). Таким образом, устройство обеспечивает разложение СКИ с большим ослаблением амплитуды выходного сигнала.
Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлена заявляемая линия - разложение пикового выброса ЭСР на последовательность из трех импульсов, а также увеличенное ослабление его амплитуды на выходе линии.

Claims (1)

  1. Линия задержки, состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, диэлектрической среды, с выбором параметров линии такими, что обеспечивается равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, отличающаяся тем, что выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается произведение удвоенной длины линии на модуль разности погонных задержек четной и нечетной мод линии не менее длительности пикового выброса электростатического разряда, а также выравнивание амплитуд первых трех импульсов.
RU2018122394A 2018-06-18 2018-06-18 Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда RU2691844C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122394A RU2691844C1 (ru) 2018-06-18 2018-06-18 Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122394A RU2691844C1 (ru) 2018-06-18 2018-06-18 Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691844C1 true RU2691844C1 (ru) 2019-06-18

Family

ID=66947521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122394A RU2691844C1 (ru) 2018-06-18 2018-06-18 Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691844C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2732607C1 (ru) * 2019-12-09 2020-09-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ однократного модального резервирования межсоединений
RU2752232C2 (ru) * 2019-12-09 2021-07-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ трассировки печатных проводников с дополнительным диэлектриком для цепей с двукратным резервированием
RU2789340C1 (ru) * 2022-07-14 2023-02-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Меандровая микрополосковая линия задержки из трех витков, защищающая от сверхкоротких импульсов

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040239444A1 (en) * 2001-08-24 2004-12-02 Sledkov Victor Aleksandrovich Adjustable antenna feed network with integrated phase shifter
WO2011056287A1 (en) * 2009-11-04 2011-05-12 Raytheon Company Low loss broadband planar transmission line to waveguide transition
US8217839B1 (en) * 2008-09-26 2012-07-10 Rockwell Collins, Inc. Stripline antenna feed network
RU2607252C1 (ru) * 2015-07-16 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2656834C2 (ru) * 2016-10-21 2018-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Усовершенствованная линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов с увеличенной длительностью

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040239444A1 (en) * 2001-08-24 2004-12-02 Sledkov Victor Aleksandrovich Adjustable antenna feed network with integrated phase shifter
US8217839B1 (en) * 2008-09-26 2012-07-10 Rockwell Collins, Inc. Stripline antenna feed network
WO2011056287A1 (en) * 2009-11-04 2011-05-12 Raytheon Company Low loss broadband planar transmission line to waveguide transition
RU2607252C1 (ru) * 2015-07-16 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2656834C2 (ru) * 2016-10-21 2018-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Усовершенствованная линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов с увеличенной длительностью

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2732607C1 (ru) * 2019-12-09 2020-09-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ однократного модального резервирования межсоединений
RU2752232C2 (ru) * 2019-12-09 2021-07-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ трассировки печатных проводников с дополнительным диэлектриком для цепей с двукратным резервированием
RU2789340C1 (ru) * 2022-07-14 2023-02-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Меандровая микрополосковая линия задержки из трех витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2789435C1 (ru) * 2022-07-14 2023-02-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Меандровая линия задержки с лицевой связью из четырёх витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2827132C1 (ru) * 2024-02-07 2024-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Свернутая меандровая микрополосковая линия с двумя пассивными проводниками, защищающая от сверхкоротких импульсов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2607252C1 (ru) Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов
US6886065B2 (en) Improving signal integrity in differential signal systems
RU2606709C1 (ru) Меандровая линия задержки с лицевой связью, защищающая от сверхкоротких импульсов
Surovtsev et al. Pulse decomposition in the turn of meander line as a new concept of protection against UWB pulses
RU2691844C1 (ru) Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда
RU2656834C2 (ru) Усовершенствованная линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов с увеличенной длительностью
RU2624465C2 (ru) Четырехпроводная зеркально-симметричная структура, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2724970C1 (ru) Меандровая линия задержки с лицевой связью из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2694741C1 (ru) Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от электростатического разряда
EP1923965A1 (en) Electrical connector shielded against EMP and EMI energy
Nosov et al. Investigation of possibility of protection against electrostatic discharge using meander microstrip line
Surovtsev et al. Protection against ultrashort pulses based on a turn of meander microstrip line
RU2600098C1 (ru) Меандровая линия задержки из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2748423C1 (ru) Полосковая структура, защищающая от сверхкоротких импульсов в дифференциальном и синфазном режимах
RU2769104C1 (ru) Меандровая микрополосковая линия с двумя пассивными проводниками, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2724972C1 (ru) Меандровая микрополосковая линия задержки из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2724983C1 (ru) Усовершенствованная меандровая линия задержки с лицевой связью, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2789435C1 (ru) Меандровая линия задержки с лицевой связью из четырёх витков, защищающая от сверхкоротких импульсов
US7541889B2 (en) Pulse coupling apparatus, systems, and methods
RU2796636C1 (ru) Меандровая линия задержки с лицевой связью, защищающая от электростатического разряда
RU2597940C1 (ru) Линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2772792C1 (ru) Усовершенствованная меандровая микрополосковая линия с двумя пассивными проводниками, защищающая от сверхкоротких импульсов
RU2742049C1 (ru) Меандровая линия задержки с лицевой связью, защищающая от сверхкоротких импульсов с увеличенной длительностью
Nosov et al. Propagation of UWB pulse in two turns of meander microstrip line connected in cascade
RU2767975C1 (ru) Меандровая линия с лицевой связью и пассивным проводником, защищающая от сверхкоротких импульсов