RU2794739C1

RU2794739C1 - Method of symmetric routing of signal and reference conductors of circuits with modal reservation

Info

Publication number: RU2794739C1
Application number: RU2022130296A
Authority: RU
Inventors: Хасан Аднан Алхадж; Тальгат Рашитович Газизов
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2023-04-24

Abstract

FIELD: printed circuit boards.

SUBSTANCE: according to the method of tracing printed circuit conductors of circuits with redundancy, including the tracing of redundant and reserve conductors with a single reference conductor, in which the redundant and reserve conductors of the same circuits are laid in pairs, parallel to each other, on one side, with the minimum technologically acceptable gap between them, a single reference conductor is made in the form of conductors on the other side of the printed circuit board, whereas the ends of each reference conductor are located under the outer ends of the corresponding redundant and reserve conductors.

EFFECT: reduced bending of the printed circuit board, the mass of the end device, the susceptibility of circuits to external conductive emissions and the level of conductive emissions from them.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам трассировки их проводников.The invention relates to the design of printed circuit boards, specifically to methods for tracing their conductors.

Наиболее близким по техническому решению является способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием [Патент №2603850. Способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием / Газизов Т.Р., Орлов П.Е., Шарафутдинов В.Р., Кузнецова-Таджибаева О.М., Заболоцкий А.М., Куксенко С.П. и Буичкин Е.Н.]. Данный способ позволяет уменьшить восприимчивость резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уровень кондуктивных эмиссий от резервируемой цепи. The closest technical solution is the method of tracing printed circuit conductors with redundancy [Patent No. 2603850. Method for tracing printed circuit conductors with redundancy / Gazizov T.R., Orlov P.E., Sharafutdinov V.R., Kuznetsova-Tadzhibaeva O.M., Zabolotsky A.M., Kuksenko S.P. and Buichkin E.N.]. This method makes it possible to reduce the susceptibility of the redundant circuit to external conducted emissions and the level of conducted emissions from the redundant circuit.

Недостаток этого способа состоит в изгибе подложки, возникающем из-за асимметрии расположения проводников на нижней и верхней сторонах печатной платы, приводящей к неравенству площадей фольги на них, особенно при использовании тонкой гибкой подложки. Другим недостатком является большая масса из-за выполнения опорного проводника в виде плоскости на отдельном слое. Наконец, при этом способе недостаточно уменьшение восприимчивости цепей к внешним кондуктивным эмиссиям и уровня кондуктивных эмиссий от них.The disadvantage of this method is the bending of the substrate, which occurs due to the asymmetry of the arrangement of conductors on the lower and upper sides of the printed circuit board, leading to an inequality in the areas of the foil on them, especially when using a thin flexible substrate. Another disadvantage is the large mass due to the implementation of the reference conductor in the form of a plane on a separate layer. Finally, with this method, it is not enough to reduce the susceptibility of circuits to external conducted emissions and the level of conducted emissions from them.

Предлагается способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием, включающий трассировку резервируемых и резервных проводников с единым опорным проводником, при котором резервируемые и резервные проводники одноименных цепей прокладываются парами, параллельно друг другу, на одной стороне, с минимально технологически допустимым зазором между ними, отличающийся тем, что единый опорный проводник изготавливается в виде проводников на другой стороне печатной платы, при этом торцы каждого опорного проводника располагаются под внешними торцами соответствующих резервируемого и резервного проводников.A method for tracing printed circuit conductors of redundant circuits is proposed, including tracing of redundant and reserve conductors with a single reference conductor, in which redundant and reserve conductors of similar circuits are laid in pairs, parallel to each other, on one side, with the minimum technologically permissible gap between them, characterized in that that a single reference conductor is made in the form of conductors on the other side of the printed circuit board, with the ends of each reference conductor located under the outer ends of the respective redundant and reserve conductors.

Техническим результатом является уменьшение изгиба печатной платы, массы печатной платы, восприимчивости цепей к внешним кондуктивным эмиссиям и уровня кондуктивных эмиссий от них.The technical result is to reduce the bending of the printed circuit board, the mass of the printed circuit board, the susceptibility of circuits to external conductive emissions and the level of conductive emissions from them.

Технический результат, в части уменьшения изгиба печатной платы, достигается за счёт того, что под каждой парой резервируемого и резервного проводников располагается опорный проводник и площади фольги с обеих сторон платы оказываются почти равными, за исключением площади зазора. Технический результат, в части уменьшения массы, достигается за счёт уменьшения массы опорного проводника, поскольку он выполняется не сплошной плоскостью, а шириной в пару проводников. Технический результат, в части уменьшения восприимчивости и эмиссий, достигается за счёт модального разложения импульсных помех с уменьшением их амплитуды.The technical result, in terms of reducing the bending of the printed circuit board, is achieved due to the fact that under each pair of redundant and reserve conductors there is a reference conductor and the areas of the foil on both sides of the board are almost equal, with the exception of the gap area. The technical result, in terms of reducing the mass, is achieved by reducing the mass of the reference conductor, since it is not a solid plane, but a pair of conductors wide. The technical result, in terms of reducing susceptibility and emissions, is achieved due to the modal expansion of impulse noise with a decrease in their amplitude.

Для демонстрации достижения технического результата выполнено моделирование временного отклика на воздействие сверхкороткого импульса (СКИ). Моделирование выполнено с помощью квазистатического подхода. Детально вычисление временного отклика на воздействие импульса описано, например, в пункте 1.2.1 монографии [Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. Временной отклик многопроводных линий передачи. Томск: Томский государственный университет, 2007. 152 с.]. Воздействующий СКИ, используемый для моделирования помехи, имеет форму трапеции с параметрами: амплитуда – 2 В, нарастание – 100 пс, плоская вершина – 100 пс, спад – 100 пс.To demonstrate the achievement of the technical result, modeling of the time response to the impact of an ultrashort pulse (USP) was performed. The simulation was performed using a quasi-static approach. The calculation of the time response to the impact of a pulse is described in detail, for example, in paragraph 1.2.1 of the monograph [Zabolotsky A.M., Gazizov T.R. Time response of multiwire transmission lines. Tomsk: Tomsk State University, 2007. 152 p.]. The acting SQI used to simulate interference has the shape of a trapezoid with the following parameters: amplitude - 2 V, rise - 100 ps, flat top - 100 ps, fall - 100 ps.

На фиг.1а приведено поперечное сечение для прототипа. Структура, моделируемая для подтверждения реализуемости предлагаемого способа, представляет собой структуру связанных линий длиной 1 м, поперечное сечение, которой приведено на фиг.1б, а эквивалентная схема – на фиг.1в. Моделируемая структура состоит из трёх проводников. Первый (активный резервируемый) проводник линии на одном конце соединен с источником СКИ, представленным на схеме идеальным источником э.д.с. Е и внутренним сопротивлением R1, а на другом – с нагрузкой, представленной сопротивлением R2. Начало второго (пассивного резервного) проводника подключено к схемной земле через резистор R3, а конец – R4. Третий проводник (опорный), соединен с обоих концов со схемной землей, а R1, R2, R3 и R4 равны 72 Ом. Геометрические параметры проводников структуры: d=w ₁=300 мкм, s=100 мкм, t=65 мкм, w=700 мкм. Толщина диэлектрической подложки h=510 мкм, относительная диэлектрическая проницаемость подложки ε_r=10. При этих параметрах вычисленная разность погонных задержек четной (τ₂=6,8041 нс/м) и нечетной (τ₁=5,6847 нс/м) мод составляет около 1,1193 нс/м. On figa shows a cross section for the prototype. The structure modeled to confirm the feasibility of the proposed method is a structure of connected lines 1 m long, the cross section of which is shown in fig.1b, and the equivalent circuit in fig.1c. The simulated structure consists of three conductors. The first (active redundant) conductor of the line at one end is connected to the SQI source, represented in the diagram by an ideal emf source. E and internal resistance R1 , and on the other - with a load represented by resistance R 2. The beginning of the second (passive backup) conductor is connected to the circuit ground through a resistor R 3, and the end is R 4. The third conductor (reference) is connected at both ends with circuit ground, and R 1, R 2, R 3 and R 4 are 72 ohms. Geometrical parameters of the conductors of the structure: d = w ₁ =300 μm, s =100 μm, t =65 μm, w =700 μm. The thickness of the dielectric substrate h =510 μm, the relative permittivity of the substrate ε _r =10. With these parameters, the calculated difference between the linear delays of the even (τ ₂ =6.8041 ns/m) and odd (τ ₁ =5.6847 ns/m) modes is about 1.1193 ns/m.

Результаты моделирования во временной области, при подаче СКИ на активный проводник устройства (где сигнал на входе активного проводника (узел V2) обозначен пунктиром, а на выходе (узел V3) – сплошной линией, представлены на фиг. 2. На выходе активного проводника структуры (узел V3) наблюдаются два импульса с разницей задержки около 1,1 нс. Разложение импульсной помехи на два импульса меньшей амплитуды (и, как следствие, уменьшение восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям) обусловлено разностью задержек четной и нечетной мод в структуре связанных линий. Значение максимального напряжения на выходе структуры составляет 0,42 В, что в 2,38 раза меньше по отношению к половине э.д.с (1 B), что примерно на 20% меньше чем в прототипе, где уровень импульсной помехи уменьшился только в 2 раза. В результате обеспечивается технический результат в части уменьшения восприимчивости и эмиссий. Из Фиг. 1 явно следует, что в предлагаемом способе будет меньше масса опорного проводника и не будет изгибаться подложка, так как площади фольги с разных сторон платы почти равны. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлен заявленный способ.The results of modeling in the time domain, when the SQI is applied to the active conductor of the device (where the signal at the input of the active conductor (node V 2) is indicated by a dotted line, and at the output (node V 3) by a solid line, are shown in Fig. 2. At the output of the active conductor structure (node V 3), two pulses with a delay difference of about 1.1 ns are observed.The decomposition of impulse noise into two pulses of smaller amplitude (and, as a result, a decrease in the susceptibility of the redundant circuit to external conductive emissions) is due to the difference in the delays of the even and odd modes in the structure The value of the maximum voltage at the output of the structure is 0.42 V, which is 2.38 times less in relation to half the emf (1 V), which is approximately 20% less than in the prototype, where the level of impulse noise decreased only by a factor of 2. As a result, the technical result is provided in terms of reducing susceptibility and emissions.From Fig. 1 it clearly follows that in the proposed method the mass of the reference conductor will be less and the substrate will not bend, since the areas of the foil on different sides of the board are almost equal . Thus, the technical result is shown, the achievement of which is directed by the claimed method.

Claims

A method for tracing printed circuit conductors with redundancy, including tracing redundant and reserve conductors with a single reference conductor, in which redundant and reserve conductors of similar circuits are laid in pairs, parallel to each other, on one side, with the minimum technologically permissible gap between them, characterized in that a single reference conductor is made in the form of conductors on the other side of the printed circuit board, with the ends of each reference conductor located under the outer ends of the respective redundant and reserve conductors.