Патент №2231899.

 в разделе "Патент" на сайте

electrosad.narod.ru

Реферат

Изобретение относится к элементам конструкций цифровых вычислительных машин, например, к конструкции цепей распределения питания скоростных прооцессоров, видеопроцессоров, микросхем памяти и других больших цифровых интегральных схем. Технический результат заключается в повышении надежности, снижении тепловыделения и снижении емкости оксидного конденсатора. Фильтр содержит несколько RiCi звеньев. Конденсаторы (К) звеньев фильтра нижних частот (ФНЧ) расположены в порядке убывания их емкости от регулятора напряжения к нагрузке. При этом последний К минимальной емкости выполнен в виде безвыводного высокочастотного К. А К центральных звеньев выполнены не оксидными, причем первый К выполнен в виде одного или нескольких оксидных К. Для всех К, кроме первого, их реактивное сопротивление Хс равно эквивалентному внутреннему сопротивлению нагрузки на частоте среза каждого звена ФНЧ, в которое входит данный К. Фильтр для подавления помех также содержит цепочку дросселей, которые с К фильтра образуют звенья ФНЧ. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Здесь можно посмотреть титульный лист описания *****

Фильтр для подавления помех в цепях питания больших цифровых интегральных схем.

Патент России № 2231899

Низкая эффективность рекомендуемых производителями процессоров схем фильтрации объясняется низким внутренним сопротивлением процессора как источника помех в линиях распределения питания.

Применение предложенного изобретения (многозвенного фильтра, далее - просто фильтр)  на материнских платах PC, в цепях питания плат расширения PCI, PCI-E, AGP и модулей памяти, а так же непосредственно в аудио и видео картах. В отличие от применяемых в настоящее время технических решений рекомендуемых производителями процессоров, за счет селективного подавления многозвенным ФНЧ генерируемых перечисленными устройствами помех, позволяет:

1.В цепях питания больших цифровых интегральных схем» процессоров и контроллеров на материнских платах PC:

1. Повысить помехоустойчивость процессора и других узлов материнской платы за счет качественной фильтрации питающего напряжения и поэтому исключения попадания генерируемых процессором помех через паразитные емкости связи на другие цепи.
2. Снизить уровень ВЧ излучения в системном блоке за счет улучшения фильтрации и как результат полное подавления излучаемой линиями распределения питания мощности. Что так же повышает помехоустойчивость системы и исключает переизлучение генерируемых процессором помех с линий распределения питания за пределы системного блока. Этим достигается повышение информационной безопасности.
3. Снизить стоимость материнской платы за счет применения в фильтрах питания дешевых оксидных конденсаторов
4. Снизить затраты на проектирование за счет снижения проектных требований к топологии линий распределения питания материнских плат.
5. Снизить тепловыделение в системном блоке или переносном ПК на величину равную 12-20% от мощности потребляемой процессором компьютера и в той же пропорции чипов «Северного моста» (контроллера шин обмена данным). Остаточное тепловыделение составляет менее 1% от обычного фильтра. В переносных компьютерах это позволяет установить более производительный процессор при существующих системах охлаждения.
6. Снизить на 1-5% нагрев процессора, за счет поглощения высокочастотной части спектра генерируемых процессором помех последним звеном фильтра.

2.В цепях питания плат расширения устанавливаемых на PCI PCI-E и AGP слоты материнской платы позволяет применить его, поместив последнее звено (а при необходимости и предпоследнее звено) фильтра на защищаемом узле. А остальные на материнской плате в цепях распределения питания.

2.1.Эффект от применения фильтра на видеокартах.

Снижаются затраты на производство видеокарт, за счет возможности применения более дешевых оксидных конденсаторов в цепях питания процессоров, а в некоторых случаях вообще отказаться от их применения.

Применение фильтра на 1-5% снизит температуру кристаллов видеопроцессоров и памяти, повысит устойчивость их работы за счет улучшенной фильтрации напряжения помех наведенных в цепях распределения питания процессора видеокарты. В результате его применения снизится мощность тепловыделения обусловленная мощностью генерируемых видеопроцессором и памятью помех, до 12-20% мощности потребляемой ими. Снизится так же и уровень излучения сгенерированных видеопроцессором помех. Его применение позволит так же, в отдельных случаях, повысить четкость изображения.

2.2.Эффект от применения фильтра на модулях памяти.

Применение фильтра на 1-5% снизит температуру кристаллов, повысит устойчивость их работы за счет улучшенной фильтрации напряжения помех наведенных в цепях распределения питания модулей памяти. Кроме этого, применение фильтра снизит температуру элементов фильтра и управления питанием модулей памяти на материнской плате и позволит применить более дешевые оксидные конденсаторы и отказаться от применения дросселей. Снизится так же и уровень излучения цепями распределения питания сгенерированных чипами помех.

Применение предложенного фильтра в цепях питания модулей памяти может быть только комплексным. Совмещая его применение в цепях питания модулей памяти на материнских платах с установкой последнего звена непосредственно у чипов, а предпоследнего на модуле памяти.

2.3.Эффект от применения фильтра на аудиокартах.

Применение данного фильтра позволит улучшить фильтрацию напряжения питания во всем диапазоне частот. От частот обрабатываемого звукового сигнала до тактовых частот процессора аудиокарты.

В результате снижается взаимное проникновение сигналов из канала в канал по цепям распределения питания, уровень шума в части проникновения генерируемых процессором помех в выходные аналоговые цепи. Снижает нелинейные искажения в высокочастотной части рабочего диапазона, обусловленных синхронным с обрабатываемым сигналом, изменением напряжения питания.

Как и в остальных случаях, применение данного фильтра позволяет применить в фильтре питания более дешевые оксидные конденсаторы.

3.Особенности применения фильтра на видеокартах имеющих самостоятельное питание от блока питания и получаемый эффект.

На современных скоростных видеокартах, в связи с большой потребляемой мощностью, применяется непосредственное питание видеокарты от блока питания компьютера. В этом случае на видеокарте проявляются все эффекты имеющие место на материнской плате. Так же на них распространяются все технические эффекты от применения предложенного изобретения и аналогичен экономический эффект. См. раздел 1.

Отзыв через гостевую книгу.

The Filter for Interference Suppression
in Power Circuits of Digital Chips

Patent of Russia  No. 2231899

Low efficiency of filtering schemes recommended by manufacturers of processors stems from low internal resistance of a processor as a source of interference in power distribution circuits.

The presented invention (the multi-section filter) is designed to be applied to PC motherboards, to power circuits of PCI, PCI-E and AGP expansion cards and memory modules, and immediately to audio and video cards. As opposed to currently used engineering solutions recommended by manufacturers of processors, the invention is based on selective suppression of interferences generated by devices listed above with multi-section low-pass filters, which leads to the following benefits:

1. Applying “The filter for interference suppression in power circuits of digital chips” (hereafter, The Filter) to processors and controllers of a PC main board allows:

1.1    Lowering the cost of a main board by using cheap oxide condensers in power filters and by excluding reel parts (such as inductance chokes with ferrite iron) or replacing them with ferrite absorbing tubes. This allows cutting the expenses of assembling as well.

1.2    Lowering the cost of a design process by simplifying the design requirements for the power distribution topology of a main board.

1.3    Decreasing the heat dissipation in a system chassis or portable PC by 12 to 20 per cent of CPU consumed power. The same applies to the chips of a “North bridge” (data bus controller). The remaining heat dissipation makes less than 1 per cent of a usual filter. In portable computers this allows installing more powerful processors with current cooling systems.

1.4    Decreasing the CPU heating by 1 to 5 per cent due to absorption of high-frequency part of CPU-generated interference by the last part of The Filter.

1.5    Increasing the anti-jamming capability of main board units by high-quality filtering of the consumed voltage. Such filtering excludes spreading of CPU-generated interference to other circuits via parasite condensances.

1.6    Lowering the level of high-frequency radiation in a system chassis due to filtration improvement and, as a result, total suppression of power distribution circuits radiation. This as well increases the anti-jamming capability of a system and excludes re-radiation of CPU-generated interference from power distribution circuits outside a system chassis. As a consequence, information security improves.

2. Applying The Filter to the power supply of extension cards installed into PCI and AGP slots of a main board is implemented by placing the last part of The Filter (and the last but one, if necessary) on a unit being protected. The rest parts are placed on main board’s power distribution circuits.

2.1. Effect of applying The Filter to video cards.

The cost of video cards production can be lowered due to an ability of using cheaper oxide condensers in processor power circuits. In some cases it is possible to give up using condensers at all.

Applying The Filter decreases the temperature of video processor and memory chips by 1 to 5 per cent, increases the stability of their operation by improved filtration of induced voltage jamming in power distribution circuits of video card processor. As a result of applying The Filter, the heat dissipation produced by the power of interference generated by video processor and memory decreases down to 12 to 20 per cent of consumed power. The radiation level of interference generated by video processor is lowered as well.

2.2. Effect of applying The Filter to memory modules.

Applying The Filter lowers the temperature of chips by 1 to 5 per cent, increases the stability of their operation by improved filtration of induced voltage jamming in power distribution circuits of memory modules. Moreover, applying The Filter decreases the temperature of filter elements and power control of a main board’s memory modules, which allows using cheaper oxide condensers and eliminating inductance chokes. The radiation level of interference generated by memory chips in power distribution circuits is lowered as well.

Applying The Filter to power circuits of memory modules should be complex. It means that integrating The Filter into main board’s power circuits for memory modules supply should be accomplished with installing the last part right near the chips and the last but one on a memory module.

2.3. Effect of applying The Filter to audio cards.

Applying The Filter improves the filtration of consumed voltage in whole frequency spectrum range: from processed audio signal to the speed of audio card processor. As a result, the mutual spreading of signals between channels via power distribution circuits is decreased, as well as the level of noise produced by invasion of processor-generated interference into analog output circuits. The Filter diminishes nonlinear distortions in high-frequency part of operation range caused by voltage fluctuations synchronous with a processed signal.

As in other cases, applying The Filter allows using cheaper oxide condensers in a power filter.

3. The peculiarities of applying The Filter to video cards with a separate connection to the system power supply and the obtained effect.

Modern high-speed video cards use direct power input from the main system power supply. This is the consequence of the large power consumption of such cards. In this case all the effects specific to main boards show up on these video cards. In the same way, all the technical effects of applying The Filter propagate to such cards. The economical effect in analogous as well. See section 1.

Внешние проявления помех генерируемых процессором и другими СБИС компьютера.

Известны многочисленные случаи перегрева и разрушения элементов фильтров цепей питания процессора. Это оксидные конденсаторы фильтров и накопительные дроссели ШИМ преобразователей цепей питания процессора.

Оксидные конденсаторы от нагрева теряют емкость и вытекают. Производители не нашли ничего лучшего чем применить специальные (OSCON) оксидные конденсаторы со сверхмалым сопротивлением потерь. Которое действительно имеет малую величину, но только в области минимума, на более высоких частотах оно стремится к значениям характерным для обычных оксидных конденсаторов.

Дроссели, нагреваясь под воздействием высокочастотных составляющих коммутируемых токов, попадают под дополнительное воздействие помех генерируемых процессором, основная мощность которых находится в области частот, где тангенс угла потерь в материале сердечника приближается к единице. И как результат еще больший нагрев сердечника, его насыщение и звучащие дросселя на биениях гармоник рабочих частот ШИМ регулятора и генерируемых процессором помех.

В результате скачет напряжения питания процессора, в прессе есть ссылки на модели где напряжение питания на процессоре скачет более чем на 20%.

Помехи воздействуют и на процессор. Высокочастотные составляющие дополнительно нагревают процессор, с переходом на более низкие технологические нормы уменьшается время переключения, что приводит к росту частоты высокочастотных спектральных составляющих помехи, не смотря на низкие тактовые частоты процессоров. Поэтому на разводке процессора возможны резонансные явления которые могут приводить к эффектам названным AMD "электромагнитная интерференция на кристалле". Другим результатом воздействия помех является снижение помехоустойчивости узлов процессора, поскольку помехи распространяются по линиям распределения питания процессора, накладываются на напряжение питания.

Это Вы должны знать ….

<<Назад>> <<в начало>> <<на главную>>

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "electrosad.narod.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через гостевую книгу или почтой.

Copyright Sorokin A.D.

Дата апрель 2006 года. Ver.4