Анализ асимметричных структур с трехкратным модальным резервированием

Введение. Для повышения надежности и функциональной безопасности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) разработан новый подход к резервированию электрических цепей, называемый модальным резервированием (МР). Его особенностью является использование сильной электромагнитной связи между проводниками, за счет чего удается повысить надежность и обеспечить электромагнитную совместимость разрабатываемого устройства. Общепринятым способом построения печатных плат (ПП) с МР является использование структуры, выполненной с сохранением зеркальной симметрии по вертикальной, а в некоторых случаях – и по горизонтальной оси. Между тем асимметричные варианты компоновок ПП с МР ранее не рассматривались.
Цель работы. Сравнение ПП с трехкратным МР, построенных при симметричных и асимметричных вариантах компоновки для выявления полезных эффектов во временной области.
Материалы и методы. Моделирование выполнялось в системе TUSUR.EMC без учета потерь в проводниках и диэлектриках. В качестве исходной структуры с трехкратным МР выбрана зеркально-симметричная четырехпроводная линия передачи с боковой и лицевой связями.
Результаты. По результатам работы не было обнаружено асимметричных наборов параметров, ослабляющих помеховый импульс более симметричных наборов (1 и 2) при всех возможных вариантах отказа. Однако обнаружены наборы (8, 9 и 12), при которых удается достичь в 2.38, 2.75 и 2.22 раза соответственно большее значение ∆τ_min , чем при наборе 1 (значение ∆τ_min которого больше, чем при симметричном наборе 2).
Заключение. Обнаруженные наборы 8, 9 и 12 показывают, что компоновку w1 = w2 ≠ w3 = w4, s1 = s2 возможно использовать для уменьшения вероятности наложения импульсов на реальном устройстве, а также для выполнения ПП меньшей длины по сравнению с симметричным вариантом без риска наложения импульсов. Полученные данные можно использовать как рекомендации при трассировке макетов ПП в ситуациях, когда необходимо увеличить разность задержек.

1. IEC 61508-1:2010 Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related Systems – P. 1: General requirements (see Functional Safety and IEC 61508). URL: https://webstore.iec.ch/publication/5515 (дата обращения 10.04.24).

2. Patel M. R. Spacecraft Power Systems. Boca Raton: CRC Press, 2005. 736 p. doi: 10.1201/9781420038217

3. Денисенко В. В. Аппаратное резервирование в промышленной автоматизации. Ч. 1 // Современные технологии автоматизации. 2008. № 2. С. 90–99. URL: https://www.cta.ru/cms/f/369991.pdf (дата обращения 12.04.2024).

4. Monolithic MEMS T-type switch for redundancy switch matrix applications / K. Y. Chan, M. Daneshmand, A. A. Fomani, R. R. Mansour, R. Ramer // 38th European Microwave Conf., Amsterdam, Netherlands, 27–31 Oct. 2008. IEEE, 2008. P. 1513–1516. doi: 10.1109/EUMC.2008.4751755

5. Techniques and Measures to Achieve EMI Resilience in Mission- or Safety-Critical Systems / D. Pissort, J. Lannoo, J. Van Waes, A. Degraeve, J. Boydens // IEEE Electromagnetic Compability Magazine. 2017. Vol. 6, iss. 4. P. 107–114. doi: 10.1109/MEMC.0.8272297.

6. Degraeve A., Pissoort D. Study of the effectiveness of spatially EM-diverse redundant systems under plane-wave illumination // Asia-Pacific Intern. Symp. on Electromagnetic Compatibility (APEMC), Shenzhen, China, 17–21 May 2016. IEEE, 2016. P. 211–213. doi: 10.1109/APEMC.2016.7523012.

7. Шарафутдинов В. Р., Газизов Т. Р. Анализ способов резервирования на основе модальной фильтрации // Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 3. С. 117–144. doi: 10.24411/2410-9916-2019-10307

8. Khazhibekov R., Zabolotsky A. M. Modal filter with interdigital structure of conductors for 100 Mbit/s Ethernet equipment protection // Intern. Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON 2019), Tomsk, Russia, 18−20 Apr. 2019. IEEE, 2019. P. 1−4. doi: 10.1109/SIBCON.2019.8729577

9. Бевзенко И. Г., Заболоцкий А. М. Модальная фильтрация как средство защиты от сверхкоротких импульсов // Электронные средства и системы управления: материалы докл. междунар. науч.-практ. конф. 2007. № 1. С. 258–260.

10. Zhechev Y. S. Signal integrity analysis for the four-layer reflection symmetric modal filter // J. of Radio Electronics. 2022. № 8. P. 1–16. doi: 10.30898/1684-1719.2022.8.5

11. Зима Е., Газизов Р. Р. Модальное резервирование: современное состояние // Докл. ТУСУР. 2024. Т. 27, № 3. С. 55–69. doi: 10.21293/1818-0442-2024-27-3-55-69

12. Switching order after failures in symmetric protective electrical circuits with triple modal reservation / A. O. Belousov, A. V. Medvedev, E. B. Chernikova, T. R. Gazizov, A. M. Zabolotsky // Symmetry. 2021. Vol. 13, iss. 6. Art. № 1074. P. 1–22. doi: 10.3390/sym13061074

13. Медведев А. В. Моделирование, оценка и выбор оптимального порядка переключения цепей с трехкратным модальным резервированием после отказов вдоль проводников // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 2. С. 175–203. doi: 10.24412/2410-9916-2023-2-175-203

14. Kuksenko S. P. Preliminary results of TUSUR University project for design of spacecraft power distribution network: EMC simulation // IOP Conf. Ser.: Materials Sci. and Eng. 2019. Vol. 560. Art. № 012110. P. 1–7. doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012110

15. Разработка программного обеспечения для моделирования радиоэлектронных средств с учетом электромагнитной совместимости в ТУСУР / С. П. Куксенко, Т. Р. Газизов, А. А. Квасников, А. В. Демаков, А. А. Иванов, Д. В. Клюкин, А. Алхадж Хасан, А. Е. Максимов, А. В. Осинцев // Наноиндустрия. 2023. Т. 16, № S9–1 (119). С. 170–178. doi: 10.22184/1993-8578.2023.16.9s.170.178