RU2817634C1 - Method of assembling differential pair for circuits with modal redundancy based on mirror-symmetric strip structure - Google Patents
Method of assembling differential pair for circuits with modal redundancy based on mirror-symmetric strip structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817634C1 RU2817634C1 RU2023125759A RU2023125759A RU2817634C1 RU 2817634 C1 RU2817634 C1 RU 2817634C1 RU 2023125759 A RU2023125759 A RU 2023125759A RU 2023125759 A RU2023125759 A RU 2023125759A RU 2817634 C1 RU2817634 C1 RU 2817634C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductors
- redundant
- circuits
- printed
- printed circuit
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их компоновки.The invention relates to the design of printed circuit boards, specifically to methods for their layout.
Для повышения надежности радиоэлектронных устройств широко применяется холодное резервирование. Однако использование такого резервирования не всегда гарантирует обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС). Вместе с тем, модальное резервирование представляет собой альтернативный подход, который позволяет не только повысить надежность, но и обеспечить ЭМС путем подавления сверхширокополосных помех (СШП). В настоящее время исследование и разработка новых методов компоновки печатных плат с модальным резервированием и эффективной трассировки дифференциальных пар являются особенно важными задачами.To increase the reliability of radio-electronic devices, cold backup is widely used. However, the use of such redundancy does not always guarantee electromagnetic compatibility (EMC). At the same time, modal redundancy is an alternative approach that allows not only to increase reliability, but also to ensure EMC by suppressing ultra-wideband interference (UWB). Currently, the research and development of new methods for PCB layout with modal redundancy and efficient routing of differential pairs are particularly important tasks.
Известен способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием, включающий трассировку печатных проводников с опорным проводником в виде отдельного слоя [1].There is a known method for routing printed conductors of redundant circuits, which includes routing printed conductors with a reference conductor in the form of a separate layer [1].
Недостатком данного способа является относительно высокая восприимчивость резервируемой цепи к кондуктивным электромагнитным помехам из-за отсутствия симметрии резервируемой и резервной цепи относительно опорного проводника.The disadvantage of this method is the relatively high susceptibility of the redundant circuit to conducted electromagnetic interference due to the lack of symmetry of the redundant and backup circuits relative to the reference conductor.
Наиболее близким к техническому решению является выбранный за прототип способ компоновки печатных проводников для цепей с резервированием, включающий компоновку и трассировку цепей с резервированием, а также использование опорных проводников в виде отдельных слоев на печатной плате [2].The closest to the technical solution is the method chosen for the prototype for arranging printed conductors for circuits with redundancy, including the layout and routing of circuits with redundancy, as well as the use of support conductors in the form of separate layers on a printed circuit board [2].
Способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей на печатной плате с опорным проводником, отличающийся тем, что опорный проводник выполнен в виде двух отдельных печатных проводников внутри диэлектрической подложки печатной платы, проложенных друг под другом параллельно друг другу и закороченных между собой, резервируемая цепь, состоящая из активного и пассивного проводников, трассируется на одной из внешних сторон диэлектрической подложки печатной платы, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников, трассируется на противоположной внешней стороне диэлектрической подложки печатной платы, проводники резервируемой и резервной цепей вместе с опорным проводником образуют пятипроводную связанную линию передачи, при этом радиоэлектронные компоненты размещаются с внешних сторон печатной платы на резервируемой и резервной цепях.A method for arranging printed conductors for circuits with modal redundancy, including arranging and routing redundant and standby circuits on a printed circuit board with a reference conductor, characterized in that the reference conductor is made in the form of two separate printed conductors inside the dielectric substrate of the printed circuit board, laid under each other parallel to each other each other and shorted to each other, the redundant circuit, consisting of active and passive conductors, is traced on one of the outer sides of the dielectric substrate of the printed circuit board, and the backup circuit, consisting of two passive conductors, is traced on the opposite external side of the dielectric substrate of the printed circuit board, the conductors of the redundant and The backup circuits, together with the reference conductor, form a five-wire connected transmission line, while the radio-electronic components are placed on the outer sides of the printed circuit board on the redundant and standby circuits.
Достоинством заявляемого способа, в отличие от прототипа, является ослабление кондуктивных помех, как в общем режиме включения, так и в дифференциальном и синфазном режимах за счет расположения печатных проводников, таким образом, при котором выходные характеристики имеют большее ослабление. Такое преимущество позволит использовать данный способ компоновки в цепях передачи дифференциального сигнала, как для защиты от СШП помех, так и для передачи полезного сигнала.The advantage of the proposed method, in contrast to the prototype, is the weakening of conducted interference, both in the general switching mode and in differential and common-mode modes due to the arrangement of printed conductors, in such a way that the output characteristics have greater attenuation. This advantage will make it possible to use this arrangement method in differential signal transmission circuits, both for protection against UWB interference and for transmitting a useful signal.
Предлагается способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей на печатной плате с опорным проводником, так, что опорный проводник выполнен в виде двух отдельных печатных проводников внутри диэлектрической подложки печатной платы, проложенных друг под другом параллельно друг другу и закороченных между собой, резервируемая цепь, состоящая из активного и пассивного проводников, трассируется на одной из внешних сторон диэлектрической подложки печатной платы, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников, трассируется на противоположной внешней стороне диэлектрической подложки печатной платы, проводники резервируемой и резервной цепей вместе с опорным проводником образуют пятипроводную связанную линию передачи, при этом радиоэлектронные компоненты размещаются с внешних сторон печатной платы на резервируемой и резервной цепях, отличающийся тем, что резервируемая цепь состоящая из двух активных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях, по которым передается дифференциальный сигнал, образуют резервируемую дифференциальную пару, а резервная цепь, состоящая из двух пассивных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях образуют резервную дифференциальную пару.A method is proposed for arranging printed conductors for circuits with modal redundancy, including arranging and routing redundant and standby circuits on a printed circuit board with a reference conductor, so that the reference conductor is made in the form of two separate printed conductors inside the dielectric substrate of the printed circuit board, laid under each other parallel to each other each other and shorted to each other, the redundant circuit, consisting of active and passive conductors, is traced on one of the outer sides of the dielectric substrate of the printed circuit board, and the backup circuit, consisting of two passive conductors, is traced on the opposite external side of the dielectric substrate of the printed circuit board, the conductors of the redundant and the backup circuits together with the reference conductor form a five-wire connected transmission line, while the radio-electronic components are placed on the outer sides of the printed circuit board on the redundant and backup circuits, characterized in that the redundant circuit consists of two active conductors laid under each other on the first and fourth printed layers, through which the differential signal is transmitted, form a redundant differential pair, and the reserve circuit, consisting of two passive conductors laid under each other on the first and fourth printed layers, form a redundant differential pair.
Техническим результатом является способность ослаблять помеховый сигнал, как в общем, так и в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи.The technical result is the ability to attenuate an interference signal, both in general and in differential and common-mode modes of interference.
Технический результат достигается за счет использования дифференциальной резервируемой пары (проводники 1 и 3) и дифференциальной резервной пары (проводники 2 и 4), благодаря расположению проводников на первом и четвертом слоях обеспечивается лицевая связь, что увеличивает электромагнитную связь между проводниками при использовании как, в общем, так и в дифференциальном и синфазном режимах.The technical result is achieved through the use of a differential redundant pair (conductors 1 and 3) and a differential redundant pair (conductors 2 and 4), due to the arrangement of the conductors on the first and fourth layers, face-to-face coupling is provided, which increases the electromagnetic coupling between the conductors when used as, in general , and in differential and common-mode modes.
На фиг. 1 приведено поперечное сечение заявляемой структуры, она имеет однородное поперечное сечение по всей длине. Параметры поперечного сечения: w - ширина проводников, - расстояние между проводниками, t - толщина проводников, h - толщина диэлектрика, H - расстояние между внутренними проводниками. Геометрические параметры структуры составили: s=700 мкм, w=325 мкм, t=35 мкм, h=920 мкм, H=510 мкм. Резервируемая дифференциальная пара представлена в виде сплошного контура, а резервная дифференциальная пара представлена в виде пунктирного контура. Расположение проводников друг под другом обеспечивает лицевую связь, что положительно сказывается на сохранении целостности полезного сигнала.In fig. 1 shows a cross-section of the proposed structure; it has a uniform cross-section along its entire length. Cross-section parameters: w - width of conductors, - distance between conductors, t - thickness of conductors, h - dielectric thickness, H - distance between internal conductors. The geometric parameters of the structure were: s =700 µm, w =325 µm, t =35 µm, h =920 µm, H =510 µm. The redundant differential pair is represented as a solid outline, and the standby differential pair is represented as a dotted outline. The arrangement of the conductors under each other provides facial communication, which has a positive effect on maintaining the integrity of the useful signal.
На фиг. 2 приведена схема соединения структуры, в которых резервируемая цепь состоящая из двух активных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях, по которым передается дифференциальный сигнал, образуют резервируемую дифференциальную пару - проводники 1 и 3, а резервная цепь - проводники 2 и 4, состоящая из двух пассивных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях образуют резервную дифференциальную пару. Схема состоит из четырех проводников одинаковой длины l=1 м, источником импульсных сигналов, представлен идеальным источникам э.д.с. Е Г с внутренними сопротивлениями R Г, который подсоединены к активным проводникам на ближнем конце, нагрузочном резистором R H, который подсоединены к активным проводникам на дальнем конце заявляемой структуры. Значения всех резисторов, представленных на схеме, равны 100 Ом. В качестве входного сигнала используется импульс, длительности фронта, спада и плоской вершины которого выбраны равными по 100 пс. Для реализации дифференциального воздействия амплитуда э.д.с. источников Е Г=1 В.In fig. Figure 2 shows a connection diagram of a structure in which a redundant circuit consisting of two active conductors laid under each other on the first and fourth printed layers, through which a differential signal is transmitted, forms a redundant differential pair - conductors 1 and 3, and a reserve circuit - conductors 2 and 4 , consisting of two passive conductors laid under each other on the first and fourth printed layers, form a backup differential pair. The circuit consists of four conductors of the same length l = 1 m, a source of pulse signals, represented by an ideal emf source. E G with internal resistance R G , which is connected to the active conductors at the near end, a load resistor R H , which is connected to the active conductors at the far end of the proposed structure. The values of all resistors presented in the diagram are equal to 100 Ohms. The input signal is a pulse whose rise, fall and flat top durations are chosen to be equal to 100 ps. To implement the differential impact, the amplitude of the emf. sources E G =1 V.
На фиг. 3 представлены результаты моделирования, в которых резервируемая цепь состоящая из двух активных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях, по которым передается дифференциальный сигнал, образуют резервируемую дифференциальную пару - проводники 1 и 3, а резервная цепь - проводники 2 и 4, состоящая из двух пассивных проводников проложенных друг под другом на первом и четвертом печатных слоях образуют резервную дифференциальную пару, из которого видно, что произошло ослабление воздействующего импульсного сигнала в дифференциальном режиме путем разложения воздействующего сигнала на импульсы меньшей амплитуды. Максимальное напряжение импульсов на выходе составило 140 мВ, Вносимые потери составили 17,08 дБ (или в 3,57 раз). Полоса пропускания по уровню -3 дБ составила 450 МГц. На фиг. 4 представлена синфазная составляющая сигнала на выходе заявляемой структуры, переменная составляющая сигнала практически отсутствует, максимальная амплитуда колебания сигнала составляет 1 мВ.In fig. Figure 3 shows the simulation results, in which a redundant circuit consisting of two active conductors laid under each other on the first and fourth printed layers, through which a differential signal is transmitted, forms a redundant differential pair - conductors 1 and 3, and a reserve circuit - conductors 2 and 4, consisting of two passive conductors laid under each other on the first and fourth printed layers form a reserve differential pair, from which it can be seen that the influencing pulse signal has been weakened in the differential mode by decomposing the influencing signal into pulses of smaller amplitude. The maximum output pulse voltage was 140 mV. The insertion loss was 17.08 dB (or 3.57 times). The -3 dB bandwidth was 450 MHz. In fig. Figure 4 shows the in-phase component of the signal at the output of the proposed structure, the alternating component of the signal is practically absent, the maximum amplitude of the signal oscillation is 1 mV.
На фиг. 5 представлена глазковая диаграмма, скорость передачи сигнала была выбрана 440 МГц, так как спектр такого сигнала лежит в полосе пропускания заявляемой структуры. Из рисунка видно, что «глаз» открыт полностью, ширина открытия «глаза» составляет 2,23 нс, отношения сигнал/шум составляет 29,28, среднеквадратичное фазовое отклонения составляет 10,5 пс.In fig. Figure 5 shows an eye diagram; the signal transmission rate was chosen to be 440 MHz, since the spectrum of such a signal lies in the passband of the proposed structure. The figure shows that the “eye” is fully open, the opening width of the “eye” is 2.23 ns, the signal-to-noise ratio is 29.28, and the root-mean-square phase deviation is 10.5 ps.
Таким образом, при использовании такой полосковой структуры в дифференциальном и синфазном режимах на вход между резервными проводниками подается помеховый импульсный сигнал малой длительности, который, распространяясь вдоль заявляемой структуры раскладывается на последовательность импульсов, амплитуда которых становится меньше за счет модального разложения сигнала. Вносимые потери за счет этого составляют 17,08 дБ, также за счет резервирование получилось добиться полосу пропускания до 450 МГц. Таким образом, способ компоновки дифференциальных пар способен ослаблять помеховый сигнал в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи.Thus, when using such a strip structure in differential and common-mode modes, a short-duration interference pulse signal is supplied to the input between the backup conductors, which, propagating along the inventive structure, is decomposed into a sequence of pulses, the amplitude of which becomes smaller due to the modal decomposition of the signal. The insertion loss due to this is 17.08 dB, and due to redundancy, it was possible to achieve a bandwidth of up to 450 MHz. Thus, the method of arranging differential pairs is capable of attenuating the interference signal in differential and common-mode modes of interference.
Использованные источникиUsed sources
1. Патент РФ на изобретение №2603850 Газизов Т.Р., Орлов П.Е., Шарафутдинов В.Р., Кузнецова-Таджибаева О.М., Заболоцкий А.М., Куксенко С.П., Буичкин Е.Н. Способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием. Заявка №2015129253/07; заявлен 16.07.2015; опубликован 10.12.2016.1. RF patent for invention No. 2603850 Gazizov T.R., Orlov P.E., Sharafutdinov V.R., Kuznetsova-Tadzhibaeva O.M., Zabolotsky A.M., Kuksenko S.P., Buichkin E.N. . A method for routing printed circuit conductors with redundancy. Application No. 2015129253/07; declared 07/16/2015; published 12/10/2016.
2. Патент РФ на изобретение №2751672 Жечев Е.С., Белоусов А.О., Газизов Т.Р., Заболоцкий А.М., Черникова Е.Б. способ компоновки печатных проводников для цепей с модальным резервированием. Заявка №2020126549; заявлен 10.08.2020; опубликован 15.07.20212. RF patent for invention No. 2751672 Zhechev E.S., Belousov A.O., Gazizov T.R., Zabolotsky A.M., Chernikova E.B. a method for arranging printed conductors for circuits with modal redundancy. Application No. 2020126549; declared 08/10/2020; published 07/15/2021
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817634C1 true RU2817634C1 (en) | 2024-04-17 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7151420B2 (en) * | 2003-12-24 | 2006-12-19 | Molex Incorporated | Electromagnetically shielded slot transmission line |
| US7232959B2 (en) * | 2003-09-30 | 2007-06-19 | Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. | Printed circuit board and interleaving routing scenario thereof |
| US8026863B2 (en) * | 2006-10-11 | 2011-09-27 | Raytheon Company | Transmit/receive module communication and control architechture for active array |
| RU2732607C1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-09-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method of single modal backup of interconnections |
| RU2751672C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-07-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for arranging printed conductors for circuits with modal redundancy |
| RU2762336C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for tracing a double-sided printed board for circuits with modular redundancy |
| RU2784710C1 (en) * | 2022-08-16 | 2022-11-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Method for routing a double-sided pcb with modal reservation and a reduced number of conductors |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7232959B2 (en) * | 2003-09-30 | 2007-06-19 | Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. | Printed circuit board and interleaving routing scenario thereof |
| US7151420B2 (en) * | 2003-12-24 | 2006-12-19 | Molex Incorporated | Electromagnetically shielded slot transmission line |
| US8026863B2 (en) * | 2006-10-11 | 2011-09-27 | Raytheon Company | Transmit/receive module communication and control architechture for active array |
| RU2732607C1 (en) * | 2019-12-09 | 2020-09-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method of single modal backup of interconnections |
| RU2751672C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-07-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for arranging printed conductors for circuits with modal redundancy |
| RU2762336C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for tracing a double-sided printed board for circuits with modular redundancy |
| RU2784710C1 (en) * | 2022-08-16 | 2022-11-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Method for routing a double-sided pcb with modal reservation and a reduced number of conductors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4616861B2 (en) | Signal transmission circuit and signal transmission system | |
| US7956704B1 (en) | Loaded parallel stub common mode filter for differential lines carrying high rate digital signals | |
| US7545652B2 (en) | Printed circuit board and differential signaling structure | |
| US8428155B2 (en) | Printed circuit board | |
| Surovtsev et al. | Pulse decomposition in the turn of meander line as a new concept of protection against UWB pulses | |
| Lin et al. | Using stepped-impedance lines for common-mode noise reduction on bended coupled transmission lines | |
| Medvedev et al. | Evaluating modal reservation efficiency before and after failure | |
| Cheng et al. | Novel differential-mode equalizer with broadband common-mode filtering for Gb/s differential-signal transmission | |
| RU2817634C1 (en) | Method of assembling differential pair for circuits with modal redundancy based on mirror-symmetric strip structure | |
| RU2732607C1 (en) | Method of single modal backup of interconnections | |
| Zhechev | Experimental study of the buried vias effect on reflection symmetric modal filter performance | |
| RU2693838C1 (en) | Method of assembling non-molded radioelectronic components on printed circuit boards for circuits with redundancy | |
| JP6095175B2 (en) | Passive equalizer | |
| JP2008160389A (en) | Signal equalizer | |
| RU2614156C2 (en) | Printed circuit boards with reserve circuits arrangement method | |
| EP2487749A1 (en) | Printed circuit board with bandstop filter | |
| RU2603851C1 (en) | Method of routing printed conductors with additional dielectric for circuits with redundancy | |
| DE10202731A1 (en) | Nonreciprocal circuit device and communication device | |
| RU2814217C1 (en) | Pulse signal protection device with equalization of time intervals between decomposition pulses, including combinational ones | |
| Lakoza et al. | The Efficiency of Conductor Placement in Circuits with Single Modal Redundancy in Differential and Common Modes | |
| RU2798471C1 (en) | Layout method of printed conductors with magnetodielectric coating for circuits with triple modal redundancy | |
| RU2751672C1 (en) | Method for arranging printed conductors for circuits with modal redundancy | |
| RU2822537C1 (en) | Method of assembling double-sided flexible printed cable with modal redundancy | |
| RU2779536C1 (en) | Method for routing conductor strips of redundant power circuits | |
| RU2801830C1 (en) | Method for remote layout of printed conductors of circuits with three-time modal reservation |