RU2781266C1 - Method for execution of modal filter with corner passive conductor - Google Patents
Method for execution of modal filter with corner passive conductor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781266C1 RU2781266C1 RU2022109601A RU2022109601A RU2781266C1 RU 2781266 C1 RU2781266 C1 RU 2781266C1 RU 2022109601 A RU2022109601 A RU 2022109601A RU 2022109601 A RU2022109601 A RU 2022109601A RU 2781266 C1 RU2781266 C1 RU 2781266C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductor
- conductors
- difference
- value
- passive
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims abstract description 11
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 claims abstract description 5
- 230000002633 protecting Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от сверхкоротких импульсов (СКИ). The invention relates to radio electronics and can be used to protect electronic equipment (REA) from ultrashort pulses (USP).
Проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) растет с каждым годом ввиду непрерывного совершенствования и развития перспективной РЭА. Защита РЭА от кондуктивных помех является одной из основных задач ЭМС. Кондуктивный способ распространения помеховых сигналов подразумевает их проникновение в РЭА непосредственно по проводникам. Особо опасны СКИ, которые представляют собой мощные импульсные сигналы малой длительности (нано- и субнаносекундный диапазон) с широким спектром, воздействие которых может привести к ряду негативных последствий в работе РЭА. Традиционные средства защиты от импульсных помех обладают рядом недостатков (уязвимость к радиации, малый срок службы, отказ в работе при высоких напряжениях, недостаточное быстродействие и т.д.), затрудняющих защиту от мощных СКИ. Однако известны устройства, функционирующие по принципу модальной фильтрации: модальные фильтры (МФ) и меандровые линии задержки (или защитные меандры). Из-за сильной связи между активным и пассивным(-и) проводниками, в таких устройствах существует возможность разложения воздействующего СКИ на последовательность импульсов меньшей амплитуды. Между тем, наряду с высокими характеристиками, практика требует простоты реализации, малой массы и дешевизны устройств защиты, поэтому актуально их дальнейшее совершенствование.The problem of ensuring electromagnetic compatibility (EMC) is growing every year due to the continuous improvement and development of promising REA. Protecting REA from conducted interference is one of the main tasks of EMC. The conductive method of propagation of interference signals implies their penetration into the electronic equipment directly through the conductors. Particularly dangerous are SQIs, which are high-power pulse signals of short duration (nano- and subnanosecond range) with a wide spectrum, the impact of which can lead to a number of negative consequences in the operation of electronic equipment. Traditional means of protection against impulse noise have a number of disadvantages (vulnerability to radiation, short service life, failure to work at high voltages, insufficient speed, etc.), which make it difficult to protect against powerful SKIs. However, devices are known that operate on the principle of modal filtering: modal filters (MF) and meander delay lines (or protective meanders). Due to the strong coupling between the active and passive(s) conductors, in such devices it is possible to decompose the acting SQI into a sequence of pulses of lower amplitude. Meanwhile, along with high performance, practice requires ease of implementation, low weight and low cost of protection devices, so their further improvement is relevant.
Наиболее близким по техническому решению является способ трассировки проводников модального фильтра [Патент РФ на изобретение № 2750393. Белоусов А.О., Газизов Т.Р. Способ трассировки проводников модального фильтра. Заявка № 2020130253. Приоритет изобретения 15.09.2020. Опубликовано: 28.06.2021. Бюл. №19.], выбранный за прототип, когда выполняется трассировка проводников с опорным проводником в виде отдельного слоя, так что первый и второй проводники прокладываются параллельно друг другу, на одном слое, а второй проводник выполнен полым.The closest in technical solution is the method of tracing the conductors of the modal filter [RF Patent for invention No. 2750393. Belousov A.O., Gazizov T.R. Method for tracing modal filter wires. Application No. 2020130253. Invention priority 09/15/2020. Published: 28.06.2021. Bull. No. 19.], selected as a prototype, when the conductors are routed with the reference conductor as a separate layer, so that the first and second conductors are laid parallel to each other, on the same layer, and the second conductor is made hollow.
Недостатком способа, взятого за прототип, является увеличенная масса пассивного проводника и малое значение разности погонных задержек мод линии.The disadvantage of this method, taken as a prototype, is the increased mass of the passive conductor and the small value of the difference between linear delays of the line modes.
Предлагается способ трассировки проводников, включающий трассировку проводников с опорным проводником в виде отдельного слоя, так что первый и второй проводники прокладываются параллельно друг другу, на одном слое, при этом в начале и конце второго проводника подключены резисторы со значениями, равными среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод, а значение модуля разности погонных задержек мод, умноженное на длину проводников, не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося между первым проводником и опорной плоскостью, отличающийся тем, что второй проводник выполнен уголковым в поперечном сечении.A method for tracing conductors is proposed, including tracing conductors with a reference conductor in the form of a separate layer, so that the first and second conductors are laid parallel to each other, on the same layer, while at the beginning and end of the second conductor, resistors with values \u200b\u200bthat are equal to the geometric mean value of the wave resistances of an even and odd modes, and the value of the modulus of the difference in linear delays of the modes, multiplied by the length of the conductors, is not less than the sum of the durations of the front, flat top and decay of the pulse supplied between the first conductor and the reference plane, characterized in that the second conductor is made angular in cross section.
Техническим результатом является уменьшенная масса пассивного проводника и увеличенное значение разности погонных задержек мод. Технический результат достигается за счет использования уголкового пассивного проводника. Такая конфигурация открывает возможность разложения помехового импульса малой длительности на последовательность импульсов меньшей амплитуды, при увеличенном значении разности погонных задержек мод и уменьшенной массе конфигурации. Приведенные выше качественные оценки достижимости технического результата подтверждаются количественными оценками, приведенными ниже, полученными с помощью моделирования.The technical result is a reduced mass of the passive conductor and an increased value of the difference in linear mode delays. The technical result is achieved through the use of a corner passive conductor. Such a configuration opens up the possibility of decomposing a short-duration interference pulse into a sequence of pulses of smaller amplitude, with an increased value of the difference in linear mode delays and a reduced mass of the configuration. The above qualitative assessments of the feasibility of the technical result are confirmed by the quantitative assessments given below, obtained by modeling.
Достижимость технического результата продемонстрирована на примере распространения импульсной помехи с ЭДС 1 В и длительностями фронта, спада и плоской вершины по 100 пс в структуре связанных линий длиной 1 м (прототип на фиг. 1 Поперечное сечение структуры с полым пассивным проводником и предлагаемое изобретение на фиг. 2 Поперечное сечение структуры с уголковым пассивным проводником), где w - ширина проводников, s - расстояние между проводниками, t - толщина проводников, h - толщина диэлектрика, d - расстояние от края до проводника, g - толщина стенки полого проводника, ε r - относительная диэлектрическая проницаемость подложки. Активный (А) и пассивный (П) проводники прокладываются параллельно друг другу, на одном слое, а опорный (О) проводник выполнен в виде отдельного слоя, при этом пассивный проводник - уголковый в поперечном сечении.The feasibility of the technical result is demonstrated on the example of the propagation of impulse noise with an EMF of 1 V and the rise, fall and flat top durations of 100 ps each in a structure of coupled lines 1 m long (prototype in Fig. 1 Cross-section of a structure with a hollow passive conductor and the proposed invention in Fig. 2 Cross-section of a structure with an angled passive conductor), wherew- conductor width,s- distance between conductors,t - conductor thickness,his the thickness of the dielectric,d - distance from the edge to the conductor,g - wall thickness of the hollow conductor, ε r is the relative permittivity of the substrate. Active (A) and passive (P) conductors are laid parallel to each other, on the same layer, and the reference (O) conductor is made in the form of a separate layer, while the passive conductor is angular in cross section.
На фиг. 3 приведена эквивалентная схема структур (прототипа и предлагаемого изобретения). Она состоит из двух (не считая опорного) проводников длиной l, равной 1 м, на одной стороне диэлектрического слоя. Первый проводник соединен на одном конце с источником импульсных сигналов, представленным на схеме идеальным источником ЭДС E с внутренним сопротивлением R Г, а на другом конце - с защищаемой цепью, представленной на схеме эквивалентным сопротивлением R Н. Резисторы R подсоединены в начале и конце пассивного проводника. Значения резисторов R Г, R Н и R приняты равными среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной (26,1 Ом) и нечетной (54,7 Ом) мод, равному 37,76 Ом.In FIG. 3 shows an equivalent diagram of the structures (prototype and the present invention). It consists of two (not counting the reference) conductors of length l , equal to 1 m, on one side of the dielectric layer. The first conductor is connected at one end to a source of pulsed signals, represented in the diagram by an ideal source of EMF E with an internal resistance R G , and at the other end to a protected circuit, represented in the diagram by an equivalent resistance R H . Resistors R are connected at the beginning and end of the passive conductor. The values of the resistors R G , R N and R are taken equal to the geometric mean value of the wave impedances of the even (26.1 Ohm) and odd (54.7 Ohm) modes, equal to 37.76 Ohm.
На фиг. 4 показаны формы ЭДС, напряжения на входе и выходе структур с полым (прототип) и уголковым (предлагаемое изобретение) пассивными проводниками. Видно, что при прохождении по линии, СКИ раскладывается на 2 импульса. Максимальное напряжение на выходе составляет 0,242 В (для полого пассивного проводника) и 0,249 В (для уголкового пассивного проводника) и не превышает 50% от половины ЭДС.In FIG. 4 shows the form of the EMF, the voltage at the input and output of structures with hollow (prototype) and corner (proposed invention) passive conductors. It can be seen that when passing along the line, the SQI is decomposed into 2 pulses. The maximum output voltage is 0.242 V (for a hollow passive conductor) and 0.249 V (for a passive angled conductor) and does not exceed 50% of half the EMF.
Параметры поперечного сечения и длина линии обеспечивают условиеThe parameters of the cross section and the length of the line provide the condition
где Δτ - разность погонных задержек мод линии, а t r , t d , t f - длительности фронта, плоской вершины и спада импульса соответственно.where Δτ is the difference in linear delays of the line modes, andt r ,t d ,t f - the duration of the front, flat top and decay of the impulse, respectively.
Выполнение условия (1) обеспечивает разложение исходного сигнала на импульсы мод, погонные задержки которых равны 5,47 и 6,64 нс/м (вычисленные как корень квадратный из собственных значений произведения матриц погонных коэффициентов электромагнитной (L) и электростатической (C) индукции). Значение разности погонных задержек мод равно 1,17 нс/м, следовательно, полное разложение СКИ длительностью t Σ в отрезке линии передачи длиной l возможно при условииThe fulfillment of condition (1) ensures the decomposition of the original signal into mode pulses, the linear delays of which are equal to 5.47 and 6.64 ns/m (calculated as the square root of the eigenvalues of the product of the matrices of linear coefficients of electromagnetic ( L ) and electrostatic ( C ) induction) . The value of the difference in linear mode delays is equal to 1.17 ns/m, therefore, the complete decomposition of the SQI with duration t
Учитывая условия (1) и (2), при указанных значениях параметров линии максимальная длительность входного сигнала t Σ при длине линии 1 м равна 1,17 нс (1,11 нс для структуры с полым пассивным проводником).Taking into account conditions (1) and (2), for the specified values of the line parameters, the maximum duration of the input signal t Σ with a line length of 1 m is 1.17 ns (1.11 ns for a structure with a hollow passive conductor).
При w=0,1 см, t=0,0105 см, g=0,002 см, l=1 м и плотности меди ρ=8,96 г/см3 рассчитывается объем сплошного проводника с помощью выраженияWith w \u003d 0.1 cm, t \u003d 0.0105 cm, g \u003d 0.002 cm, l \u003d 1 m and copper density ρ \u003d 8.96 g / cm 3 , the volume of a solid conductor is calculated using the expression
Объем сплошного проводника составляет 0,105 см3. Масса сплошного проводника вычисляется какThe volume of a solid conductor is 0.105 cm 3 . The mass of a solid conductor is calculated as
Масса сплошного проводника составляет 0,941 г. Объем полости проводника вычисляется с помощью выраженияThe mass of a solid conductor is 0.941 g. The volume of the cavity of the conductor is calculated using the expression
Объем полости проводника составляет 0,062 см3. Тогда масса полого проводника вычисляется какThe volume of the cavity of the conductor is 0.062 cm 3 . Then the mass of the hollow conductor is calculated as
Масса полого проводника составляет 0,382 г, что почти в 2,5 раза меньше массы сплошного проводника. Масса уголкового проводника (как видно из фиг. 1, 2) вычисляется какThe mass of a hollow conductor is 0.382 g, which is almost 2.5 times less than the mass of a solid conductor. The mass of the angled conductor (as can be seen from Fig. 1, 2) is calculated as
Масса уголкового проводника составляет 0,191 г., что в 2 раза меньше массы полого проводника.The mass of the corner conductor is 0.191 g, which is 2 times less than the mass of the hollow conductor.
Таким образом, показан технический результат - уменьшенная масса пассивного проводника и увеличенное значение разности погонных задержек мод.Thus, the technical result is shown - a reduced mass of a passive conductor and an increased value of the difference in linear mode delays.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781266C1 true RU2781266C1 (en) | 2022-10-11 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6008534A (en) * | 1998-01-14 | 1999-12-28 | Lsi Logic Corporation | Integrated circuit package having signal traces interposed between power and ground conductors in order to form stripline transmission lines |
| RU2515461C2 (en) * | 2012-07-31 | 2014-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | SPIN-TORQUE TRANSFER MAGNETORESISTIVE MRAM MEMORY ARRAY INTEGRATED INTO VLSIC CMOS/SOI WITH n+ AND p+ POLYSILICON GATES |
| US9698904B2 (en) * | 2014-07-09 | 2017-07-04 | Fujitsu Limited | Apparatus for monitoring optical signal to noise ratio, transmitter and communication system |
| RU2656834C2 (en) * | 2016-10-21 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Improved delay line, protecting against short-term pulses with the increased duration |
| US10535909B2 (en) * | 2016-10-06 | 2020-01-14 | Invensas Corporation | Methods of forming flipped RF filter components |
| RU2750393C1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-06-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for tracing modal filter conductors |
| RU2767975C1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-03-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Meandra line with face coupling and passive conductor protecting against ultra-short pulses |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6008534A (en) * | 1998-01-14 | 1999-12-28 | Lsi Logic Corporation | Integrated circuit package having signal traces interposed between power and ground conductors in order to form stripline transmission lines |
| RU2515461C2 (en) * | 2012-07-31 | 2014-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | SPIN-TORQUE TRANSFER MAGNETORESISTIVE MRAM MEMORY ARRAY INTEGRATED INTO VLSIC CMOS/SOI WITH n+ AND p+ POLYSILICON GATES |
| US9698904B2 (en) * | 2014-07-09 | 2017-07-04 | Fujitsu Limited | Apparatus for monitoring optical signal to noise ratio, transmitter and communication system |
| US10535909B2 (en) * | 2016-10-06 | 2020-01-14 | Invensas Corporation | Methods of forming flipped RF filter components |
| RU2656834C2 (en) * | 2016-10-21 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Improved delay line, protecting against short-term pulses with the increased duration |
| RU2750393C1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-06-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for tracing modal filter conductors |
| RU2767975C1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-03-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Meandra line with face coupling and passive conductor protecting against ultra-short pulses |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Surovtsev et al. | Possibility of protection against UWB pulses based on a turn of a meander microstrip line | |
| RU2607252C1 (en) | Meander micro-strip delay line, protecting against ultrashort pulses | |
| Surovtsev et al. | Pulse decomposition in the turn of meander line as a new concept of protection against UWB pulses | |
| RU2606709C1 (en) | Meander delay line with face connection, which protects from ultrashort pulses | |
| Chernikova et al. | Evaluating the influence of the magnetic permeability of the microstrip modal filter substrate on its frequency characteristics | |
| RU2656834C2 (en) | Improved delay line, protecting against short-term pulses with the increased duration | |
| RU2781266C1 (en) | Method for execution of modal filter with corner passive conductor | |
| Nosov et al. | Simulating hybrid protection against ultrashort pulse based on its modal decomposition | |
| Sagiyev et al. | Modal filters based on a microstrip line with overhead conductors grounded at both ends | |
| Samoylichenko et al. | Parametric and structural optimization of the modal filter on a double-sided printed circuit board | |
| RU2624465C2 (en) | Four-way mirror-symmetrically structure, protecting from ultrashort impulses | |
| RU2750393C1 (en) | Method for tracing modal filter conductors | |
| Nosov et al. | Revealing new possibilities of ultrashort pulse decomposition in a turn of asymmetrical meander delay line | |
| RU2748423C1 (en) | Strip structure protecting against extra short pulses in differential and synphase modes | |
| Belousov et al. | Maximization of duration of ultrashort pulse that is completely decomposed in multiconductor modal filters | |
| RU2691844C1 (en) | Improved meander microstrip delay line, which protects from electrostatic discharge | |
| RU2749994C1 (en) | Method for tracing conductors of modal filter based on flat cable | |
| RU2724970C1 (en) | Meander line delay with face communication of two turns, which protects from ultrashort pulses | |
| RU2747104C1 (en) | Method for routing conductors of modal filter with circular section | |
| Khazhibekov et al. | Study of the characteristics of a modal filter with different periodic profiles of the coupling region | |
| Samoylichenko et al. | Single modal reservation of flexible printed cables | |
| RU2823269C1 (en) | Front-coupled strip structure protecting against ultrashort pulses in in-phase and differential modes | |
| RU2742049C1 (en) | Meander line delay with face communication, protecting from ultrashort pulses with increased duration | |
| RU2769104C1 (en) | Meander microstrip line with two passive conductors, protecting against ultrashort pulses | |
| RU2588603C1 (en) | Device for protection from pulsed signals with levelling amplitudes of decomposed pulses |