专利名称：电子设备和电脑系统的电磁脉冲对抗技术的制作方法
本套发明涉及一套综合光电技术、电磁转换技术、数字集成电路等技术于一身，是可防御微波炸弹破坏的新型电子设备和电脑系统成套设备技术。
目前的现有技术中的不足，电子设备和电脑系统的核心部件均是由高性能、低功耗的大规模数字集成电路(如CPU、RAM、ETOX、PLD、DSP、SCM等等)经印制电路板安装连结构成，有些甚至由数块不同功能的电路板经由主板组装插接而成，由于电子设备和电脑系统拥有无可取代的优越性，到现在电子系统几乎已渗透到了全世界每一个重要的角落；特别是作为一个国家命脉的金融和军事领域，电子技术从其诞生的那一刻开始，就倍受金融和军事系统的青睐；对每一个独立主权国家的综合国力评估中，电子技术化是最重要的参数之一，在现在的国际环境中，每一个独立主权国家对电子设备和电脑系统的依赖性，几乎已达到无力自拔的地步，可以毫不夸张的说，这种依赖性绝不亚于鱼儿对水那样的依赖性。
然而，自从美国军方研制出微波炸弹的那一刻开始，以往各国引以为耀的高科技电子装备，却一下子变成了不堪一击的玻璃花瓶。微波炸弹的诞生，对现在的一个国家而言，其威胁性丝毫不逊色于二战时期美国在日本的长崎和广岛扔下的两颗核弹。在现在这个高度网络化的时代，微波炸弹可以兵不血刃的让一个国家的金融和军事领域瞬间瘫痪，而在这个信息高度发达的时代，其威胁性对人性意志摧残和国家的发展，可以说难以抗拒的。
微波炸弹为什么会有那么大的威力？昔日神通广大电子设备和电脑系统为什么在微波炸弹面前就那么不堪一击？电子设备和电脑系统真的就无法抵御微波炸弹的威胁吗？要解开这个结，我们首先就应该用新的眼光来重新了解电子设备和电脑系统组成所存在的弊病以及微波炸弹究竟是如何破坏电子设备和电脑系统的。电子行业的专业人士都知道越是先进的电子系统，其电路结构越复杂，为了提高集成度和运行速度以及降低功耗，研究人员只有尽可能的提高电子元件的灵敏度，降低工作电压；因此，目前的大规模数字集成电路一般都有以下几大特点电源品质要求高、工作电压低；信号输入阻抗大、驱动电流低；电压灵敏度高、抗静电能力差；共用电平参考点，单线信号传输；有不同功能在一起的复合端口。另外，在印制电路板和传输电缆上，为了降低布线难度，简化电路结构，都采用尽可能简化的方案，因此就出现两个无法避免的问题，传输电荷空间分布不对称，导线长短不一致。因此只要在电子系统中出现磁场变化，在导线上产生的电势能也不一致，因为集成电路信号输入端的阻抗很高，而导线的阻抗较低，在形成的电流回路中，信号输入端将积聚较高的电压，当磁场变化达到一定值时，集成电路信号输入端就会被击穿，而根本不需要多大的电流。微波炸弹正是根据这些特点，利用爆炸时产生的高能电磁脉冲，在极短的时间内产生的高能电磁脉冲，利用导线在瞬变磁场中产生的高压电势能破坏集成电路的信号输入端，达到破坏电子设备和电脑系统的目的，微波炸弹还有一个功能就是破坏磁盘中的数据，利用磁场将磁盘中的数据清洗掉，对所有的电子设备和电脑系统来说，集成电路和数据是相辅相成、缺一不可的。集成电路坏了还可以马上换新的，数据一旦丢失，要想恢复却未必那么容易。因此，要想保证电子设备和电脑系统不受微波炸弹威胁，就必须保护集成电路和数据载体能抵抗电磁脉冲侵袭。
本套发明的目的就是设计一整套能抵抗电磁脉冲侵袭的电子设备和电脑系统保护方案，从根本上解决电磁脉冲侵袭对电子设备和电脑系统的破坏能力。
本套发明的采用方案是从多角度出发，在不同环节使用不同方案，其主导方案分为四部分，其一，尽可能使用功能齐全的全方位专用可编程集成电路模块，减少系统间的信号传输通道，其二，用光电互换的传输代替直接的电平传输方案，解决信号传输线的抗电磁脉冲侵袭能力；其三，用非易失性的ETOX存储器取代磁盘，解决数据存储载体的抗电磁脉冲侵袭能力；其四，等量代换的方案解决电源传输线的抗电磁脉冲侵袭能力。
本套发明的具体实施方案中，保护集成电路的方法是首先，将光敏二极管和发光二极管分别集成在大规模数字集成电路的信号输入端和输出端，并将光敏二极管和发光二极管的感光元件和发光元件按一定规则排列在嵌入式集成电路的表面，与传统的集成电路金属引脚排列类似，相互间的间隙用非透光材料填充，使其相互间不会相互干扰，这样就可以通过光纤进行信号传输；将以往只用于远距离高速信号传输的光纤传输方案用于短距离信号传输，性能并不亚于电平信号传输；而集成电路的电源，原则上不再使用高品质的标准电压电源，而是使用可高于标准电压几伏特的电源，经过集成电路内部的类似于三端稳压的稳压电路稳压后提供，这样，即使电源电压有较大的脉冲波动，也可以保证集成电路不会因瞬间波动而损坏，整个大规模数字集成电路就可以只有两个电极用于连接电源，而同样完成传统大规模数字集成电路的功能，其抗电磁脉冲侵袭能力却大幅度的提升了，解决电源传输线的抗电磁脉冲侵袭能力的方案在专用文段再作说明，现在举两个例子分别讲述解决运算处理用集成电路和数据载体能抵抗电磁脉冲侵袭。
通用型高级加密型可编程集成电路模块——应用于雷达、火炮遥控、遥控机器人等高级复杂军用电子设备的自动控制该集成电路是一种全新结构模式的集成电路模块，由一块该类可在线编程自动控制专用计算机类集成电路组成的自动控制核心即能独立完成高级轿车、小型智能设备等的自动控制系统中，从与传感器接口的数据采集到运算处理到发出执行指令等功能；又有较强的外设接口和与上级机接口的扩展能力；拥有进一步减小控制器体积和功耗，增加其通用性、灵活性及保密性的功能。而集成电路的电路引脚只有电源、CPU的外部存储器访问通道、输入脉冲信号通道、输出脉冲指令通道、器件编程端口等几类端口，在非超大规模或超高智能的复杂智能自动控制系统中，除必要的隔离和放大电路外，几乎不在需要任何外围和扩展电路。
该集成电路的内部结构简介集成电路中使用内部单向型ETOX存储器作为数据支持载体，将大量SRAM型可编程功能模块，在对外全封闭状态下实现编程设置，可使系统内功能单元的配置更加灵活；能实现系统的在线升级；能实现非对称性的在线刷新，因此在进行集成电路硬件设计时，不必过多考虑不同用户的需求；可使用户的整个控制平台在全封闭状态下运行，保证系统开发商在系统的硬件设置和系统程序资料不外泄，以及提高终端用户的防盗能力。
用户结构由一种新型可在线编程的中央处理单元CPU、接口计数器阵列单元、PWM输出定时单元D/T、三相交流电波形信号合成器、内燃机动力特性控制单元FALU、可编程的SRAM型输入输出缓冲存储器，以及用于CPU与外围数据交换控制和器件间可变连接端口编程配置的可编程内部连线PI、支持器件编程数据和兼做用户数据存储器的单向型ETOX存储器以及和可编程的器件编程监控器PPC等功能模块有机结合而成。除内部单向型ETOX存储器外，集成电路中的可编程功能模块均为SRAM型，在集成电路通电能自动进行在线编程，其编程工作由器件编程监控器PPC监控，并且在运行用户系统时，可在不影响用户系统运行的前提下，实现对某些可编程功能模块的在线刷新；PPC也为SRAM型可编程结构，在集成电路通电后由引导电路进行原始化编程，能在运行中实现自监控的在线刷新，可编程体系的编程数据由单向型ETOX存储器提供(即只能通过电路引脚进行写和擦除操作，其读写操作地址均由内部计数器产生，且不能向电路引脚端输出存储数据)。能实现在运行中不产生中断的前提下，进行在线编程刷新的能力，实现超强的运算扩展能力，这是首开记录的新观点。
该集成电路带来的意义在当今这个高喊打击盗版却越打越猖獗的时代，仅靠法律维护自身权益永远也是被动的，而且法律始终是有力所不能及的地方跨国性质的技术侵权，对于在没有相互承认的国际法规制约时以及并不对外公开的国防技术中，很难得到有利的法律保护。在技术附加值较高的国防及民用机电一体化智能自动控制系统领域，可从根本的技术上保护产品开发制造商和消费者的有效权益，从根本的技术上解决防盗版能力，才是积极主动且有效的自我维护方案，才是解决问题的根本方法。
上文叙述的集成电路是一项尚处于理论阶段的“可在线编程自动控制用全方位计算机类集成电路”专利号00112837.X，专用于解决复杂型高级高智能自动控制系统的伺服控制。该集成电路是本人在2000年初步设计完成，是一种通用性强、灵活性高、功能齐全的自动控制专用加密型可在线编程微型计算机电路；该类加密型通用可在线编程集成电路的结构及作用可参阅该专利的详细内容。
而本人即将完成的“可在线编程自动控制用集成电路”的升级版，采用了更高的集成度和更专业的模块化设计，可使系统的运行速度更快、灵活性更高、功能更齐全、保密性更高；该升级版的集成电路几乎可以完成野外作业机器人和无人驾驶飞机的所需求，用于战地高智能无人电子机械控制有很大意义。
光电通讯口的ETOX存储器模块——解决数据存储载体的抗电磁脉冲侵袭能力。
关键数据对金融和军用电子设备和电脑系统来说，实际价值决不低于设备的硬件，因为硬件损坏后可以更换硬件，但有些数据一旦损坏，要想恢复，可能需要花费巨大的财力和物力(如科研的研究数据资料、实验记录等)；而有些数据一旦损坏，将永远无法恢复，(如军事的某些历史观测记录数据、金融的数据资料)。有时是难以估量的，不能用金钱来衡量；用非易失性的ETOX存储器模块取代磁盘，ETOX存储器具有非易失性、可重复擦写，功耗低、抗震、不受磁场干扰等优点，目前应用领域很宽，生产技术也很成熟，是一种较优越的新型存储器，现在造价也不高，市场价已低于0.5美元/MB。除电源引线外，将ETOX存储器的其他端子改造成光电接口模式，用于金融和军事领域的重要电子设备和电脑系统中，可提高抗电磁脉冲侵袭能力，保护重要数据不受侵害。
解决电源传输线的抗电磁脉冲侵袭能力——等量代换的方案大规模数字集成电路的信号传输可以以光的形式代替电平形式，但集成电路要运行，却始终离不开源源不断的电源，要电源就需要导线，如何解决电源传输线的抗电磁脉冲侵袭能力呢？哪怕是百密也终不能有一疏，否则将前功尽弃！但要解决电源的难题，只要顺从电磁脉冲的特性，在每一个细节上把握好分寸，就能将电磁脉冲的威胁降到最低点。电磁脉冲有其固定特性，即电磁脉冲是按一定方向运动，其破坏性是以其磁场变化时，导线切割磁场产生的电势能破坏电子设备，若几根导线以完全相同的状态暴露在电磁脉冲中，产生的浮动电势能相同；因此，只要用均匀绞合的电缆作电源线，理论上讲，是不会产生破坏电流的，因此用均匀绞合的电缆作电源线，可以解决电源传输中的抗电磁脉冲侵袭能力。
解决变压器的抗电磁脉冲侵袭能力的方案——环形变压器在供电系统中，变压器是必不可少的组成部件，而变压器的工作原理本身就是利用电磁互换的方式进行能量转换，如何让变压器既能实现正常的电磁互换，又能抵抗电磁脉冲侵袭呢？普通矩形的单相或三相小型变压器在某此方向的电磁脉冲的冲击下，产生的瞬间高压电对集成电路的威胁也足以致命。但如果使用对称的环形变压器，且变压器的每一组绕组均是分布在环形铁心上、缠绕在环形铁心上的绕组匝数和相对于铁心环上分布都是对称的，那么，电磁脉冲不管来自哪一方位，产生的瞬间高压电均会相互抵消，不会对电流回路产生足以致命的威胁。
解决直流电回路的抗电磁脉冲侵袭能力的方案——环形平波电抗器在直流电回路中，平波电抗器是必不可少的组成部件，而平波电抗器的工作原理本身就是利用电磁互换的方式进行能量平衡调节，如何让平波电抗器既能实现正常的电磁平衡调节，又能抵抗电磁脉冲侵袭呢？普通矩形的平波电抗器在电磁脉冲的冲击下，产生的瞬间高压电对集成电路的威胁也足以致命，但如果使用对称的环形平波电抗器，且环形平波电抗器的每一组绕组均是分布在环形铁心上、缠绕在环形铁心上的绕组匝数和相对于铁心环上分布都是对称的，那么，电磁脉冲不管来自哪一方位，产生的瞬间高压电均会相互抵消，不会对电流回中的集成电路产生足以致命的威胁。
传感器等敏感元件的解决的方案——及时更换受损件、快速修复。
为保证电子设备和电脑系统的正常工作，对于那些无法避免微波炸弹侵害的传感器等敏感元件，对于那些无法避免微波炸弹侵害的传感器等敏感元件，将其同相设计成通过光/电信号传输的标准件，采取局部更换受损件的方案，可以使整个电子设备快速修复。而不会为电磁脉动破坏而造成长时间瘫痪。
本套发明技术要点1.尽可能使用功能齐全的全方位专用可编程集成电路模块，减少系统间的信号传输通道；2.除最基本的电源线外，集成电路的其它输入输出端口均使用光信号代替直接的电平传输方案，解决信号传输线的抗电磁脉冲侵袭能力；3.不受磁场干扰的非易失性的ETOX存储器取代磁盘，解决数据存储载体的抗电磁脉冲侵袭能力；4.电源传输电缆一定要使用均匀绞合的电缆，而且电缆各条线路长短一致，的抗电磁脉冲侵袭能力；5.变压器和平波电抗器的每一组绕组都必须均匀分布在环形铁心上、并且缠绕在环形铁心上的绕组一定是标准的围绕铁心整圈，电磁脉冲不管来自哪一方位，产生的瞬间高压电均会相互抵消，不会对电流回路产生足以致命的威胁。
本套发明的主要用途综合所述的几种方案相结合，构成的电子设备或电脑系统，将可以抵抗微波炸弹产生的瞬间高能电磁脉冲，保证系统核心的正常运行，在关键时刻，既使外围设备的传感器等遭遇到致命打击，也不会伤其元气，可以在短时间内使系统恢复正常，不至于造成长时间的瘫痪甚至无法恢复的毁灭性破坏。因此该方案对金融和军事领域而言，其实用价值是有备无患，相当有必要的。对于一个国家在战争威胁和恐怖袭击中变得不在那么被动无助。是稳定一个国家安全和稳定发展的重要保障。
权利要求
1.一套电子设备和电脑系统的电磁脉冲对抗技术，该套技术是为解决电磁脉冲对电子设备和电脑系统的侵袭能力而设计的，该套技术的特征是针对电磁脉冲对电子设备和电脑系统的侵袭原理，从多角度出发，有针对性的解决电子设备和电脑系统中各环节的抗电磁脉冲侵袭能力，以求在全方位解决整个系统的抗电磁脉冲侵袭能力。
2.根据权利要求1所述的电磁脉冲对抗技术中，集成电路的信号传输端口保护的特征是用将光敏二极管和发光二极管分别集成在大规模数字集成电路的信号输入端和输出端，并将光敏二极管和发光二极管的感光元件和发光元件按一定规则排列在嵌入式集成电路的表面，相互间的间隙用非透光材料填充，使其相互间不会相互干扰，这样就可以通过光纤进行信号传输，使整个大规模数字集成电路就可以只有两个电极用于连接电源，其抗电磁脉冲侵袭能力可大幅度的提升。
3.根据权利要求1所述的电磁脉冲对抗技术中，集成电路的电源保护的特征是使用可高于标准电压几伏特的电源，而使用内部的可高于标准电压几伏特到十几伏特的稳压电路稳压后提供，哪怕电源电压有较大的脉冲波动，也可以保证集成电路不会因瞬间波动而损坏，解决集成电路的抵抗电磁脉冲侵袭能力。
4.根据权利要求1所述的电磁脉冲对抗技术中，数据存储载体保护的特征是使用非易失性的ETOX存储器模块取代磁盘，ETOX存储器具有非易失性、可重复擦写，功耗低、抗震、不受磁场干扰等优点，目前应用领域很宽，生产技术也很成熟，是一种较优越的新型存储器，保护关键数据在电磁脉冲侵袭时不受损坏。
5.根据权利要求1所述的电磁脉冲对抗技术中，保护电源传输线路的特征是只要用均匀绞合的电缆作电源线，因为几根导线以完全相同的状态暴露在电磁脉冲中，那么他们产生的感应电压也应该相同，产生的浮动电势能相同，可以解决电源传输中的抗电磁脉冲侵袭能力。
6.根据权利要求1所述的电磁脉冲对抗技术中，变压器保护的特征是使用对称的环形变压器，而且变压器的每一组绕组均是分布在环形铁心上、缠绕在环形铁心上的绕组匝数和相对于铁心环上分布都是对称的，电磁脉冲不管来自哪一方位，产生的瞬间高压电均会相互抵消，不会对电流回路产生足以致命的威胁。
7.根据权利要求1所述的电磁脉冲对抗技术中，平波电抗器的特征是使用对称的环形平波电抗器，而且平波电抗器的每一组绕组均是分布在环形铁心上、缠绕在环形铁心上的绕组匝数和相对于铁心环上分布都是对称的，电磁脉冲不管来自哪一方位，产生的瞬间高压电均会相互抵消，不会对电流回路产生足以致命的威胁。
8.根据权利要求1所述的电磁脉冲对抗技术中，传感器等易损元件的解决方法的特征是设计成通过光/电信号传输的标准件，采取及时更换受损件、快速修复，可以使整个电子设备快速修复，而不会为电磁脉动破坏而造成长时间瘫痪。
全文摘要
本发明是一套电子设备和电脑系统的针对微波炸弹的对抗防御技术，综合光电技术、电磁转换技术、数字集成电路等技术于一身；美国军方研制出微波炸弹，对电子设备和电脑系统有毁灭性的打击，可以兵不血刃的让一个国家的金融和军事领域瞬间瘫痪；本套发明的是从多角度出发的全方位解决方案，主要是大量使用功能齐全的专用可编程集成电路模块，减少系统间的信号传输通道；用光纤传输代替直接的电平传输方案，解决信号传输线的抗电磁脉冲侵袭能力；用非易失性的ETOX存储器取代磁盘，解决数据存储载体的抗电磁脉冲侵袭能力；等量代换的方案解决电源传输线的抗电磁脉冲侵袭能力；在金融和军事领域运用该套技术，可有效防御微波炸弹带来的威胁。
文档编号G12B17/00GK1512834SQ0212814
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者黄松柏 申请人:黄松柏