DE2246611A1

DE2246611A1 - Elektronische baugruppe

Info

Publication number: DE2246611A1
Application number: DE19722246611
Authority: DE
Inventors: Willi Menzel; Gundolf Dipl-Ing Milde
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-22
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1974-04-04
Also published as: IT993285B; DK143828C; FR2200704B1; NL153413B; DK143828B; BE805164A; US3939441A; DE2246611B2; ATA659673A; AT327992B; GB1430282A; DE2246611C3; NL7312290A; FR2200704A1; LU68457A1; SE399622B; CH566093A5

Description

SIEKEIiSAKTIENSESELLSCHAPT München 2, den 2 2. SER 197 2 *'

Yfittelsbacherplatz 2

Elektronische Baugruppe

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe, insbesondere eine Flachbaugruppe für ein Fernsprechvermittlungssystem. Es enthält parallele Bandleiter, also flache elektrische Leiter, deren Abstand voneinander viel geringer ist als deren Breite. Die Bandleiter dienen als flächenförmige Hinleitung und flächenförmige Rückleitung der Gleichstromversorgung,

Die Kenntnisse über die Herstellung und Anwendung solcher Baugruppen, insbesondere von Flachbaugruppe^ ,sind heute an sich schon sehr ausgereift. Die vorliegende Erfindung zeigt aber erneut, daß gelegentlich noch weitere wichtige Verbesserungen möglich sind.

Es ist bekannt, daß Multilayer-Flachbaugruppen mehrere Leitungsebenen enthalten können, wobei eine bestimmte dieser Ebenen eine flächenförmige Hinleitung und eine andere dieser Ebenen eine flächenförmige Rückleitung der Gleichstromversorgung darstellen. Die Leitungen bilden also Bandleiter, über welche dri-e auf der Baugruppe angebrachte, Strom verbrauchende Bauteile, z.B. bestimmte Gatter, mit der nötigen Gleichspannung versorgt werden.

Eine solche Baugruppe ist z.B. in Computer Design, Feb. 65» Seite 28 bis 39 beschrieben. Die Bandleiter der Gleichstromversorgung bilden hier zwei einander benachbarte Ebenen D und C. Durch die flächenförmige Ausbildung der Gleichstromversorgung ist hier zusätzlich eine Abschirmung zwischen VPA 9/610/1281 Be/Fes -2

AO9814/0675

der in der Ebene D mit untergebrachten Taktimpulsleitung und den auf der anderen Leitungsebene C angebrachten Signalleitungsebenen angestrebt.

Ähnliche Anordnungen sind vielfach bekannt geworden, vgl. z.B. Electronics, 13. Mai I960, Seite 77 bis.78; ferner DT-AS 1 132 202, Pig. 2a und 4b; ferner US-PS 3 300 686, Fig. 10 und 11. Die zuletzt genannte Druckschrift beschreibt eine elektronische Baugruppe (Large card 19), die in gleich großen Abständen voneinander angebrachte, benachbarte parallele Leitungseberen enthält, von denen die beiden äußeren die Signalleitungsebenen und die beiden inneren die Bandleiter der Gleichstromversorgung darstellen. Auch hier ist die Abschirmungsfunktion der Bandleiter mitausgenutzt und zwar in Zusammenhang mit rasch schaltenden, auf der Baugruppe angebrachten Bauteilen, von denen Störspannungen in den Signalleitungsebenen wegen des außerordentlich raschen Schaltens der Bauteile erzeugt werden, z.B. durch Schaltvorgänge von ca. 5Nan(sekunden Dauer.

Die Störspannungen,'welche durch solche raschen Schaltvorgänge in den Signalleitungsebenen der Baugruppe erzeugt werden, wurden auch im Aufsatz NTZ 1971, Seite bis 544 untersucht, und zwar insbesondere daraufhin, wie stark das Nebensprechen zwischen den Signalleitungen einer solchen Baugruppe ist.

In "Elektronische Rechenanlagen", 10, 1968, Heft 4, Seite 177 bis 179, ist mit Hilfe von in der HP-Technik üblichen Betrachtungsmethoden der Einfluß von andersartigen Störspannungen untersucht, welche nämlich in der Gleichstromversorgung von Flachbaugruppen erzeugt werden, falls die rasch zu schaltenden Bauteile in der bzw. auf

VPA 9/610/1281' - 3 -

4098 U/0675

der Flachbaugruppe in großem Abstand von jenen Anschlüssen der Flachbaugruppe angebracht sind, über welche die 'Gleichstromversorgung der Flachbaugruppe vorgesehen ist. Dabei wurde davon ausgegangen, daß die Störspannungen von Änderungen der Widerstände der Gleichstromversorgungseingänge des schaltenden Bauteiles abhängen würden. Als Abhilf emaßnahme wurde empfohlen, etwa im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe einen Querkondensator zwischen die Bandleiter einzufügen, sov/ie einen Längswiderstand in einen der leiter dieser Bandleiter einzufügen, und zwar im Bereich der Querkapazität. Hierbei soll dieser Längswiderstand an den Wellenwiderstand der Bandleiter angepaßt sein. Dieser Längswiderstand absorbiert wegen seiner Anpassung die vom Bauteil erzeugten Störspannungswellen, welche entlang der Bandleiter zum Längswiderstand laufen. Um nicht allzuviel Gleichstromleistung an diesem Längswiderstand zu verlieren, wird außerdem empfohlen, den Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-. leitungen klein zu machen, so daß der Widerstandswert des Längswiderstandes klein gemacht vierden kann· Es wurde dabei offenbar insbesondere an Querschnitte dieser Gleichstromversorgungs-Leitungen gedacht, welche dort in Bild 3 dargestellt sind und v/elche bereits einen relativ ■kleinen Wellenwiderstand, bezogen auf normalerweise in der HF-Technik übliche Leitungen, besitzen. Die Störspannungen auf der Gleichstromversorgungs-Leitung werden also hier nicht schon im Bereiche des schaltenden Bauteils unterdrückt, sondern nur am Reflektiertwerden gehindert, und damit am mehrfachen Hin- und Herlaufen zwischen Bauteil und Anschlüssen bzw. zwischen Bauteil und Batterie. Dort läuft also die Störspannung nur einmal vom Bauteil, wo sie erzeugt wird, bis zum die Störspannung absorbierenden Längswiderstand. Die hier empfohlene Abhilfemaßnahme der Absorption im Bereich der Gleichstromversorgungsanschlüsse der Baugruppe kann also nicht verhindern, Vl-A Q/610/1231 - 4 -

A 0 9 8 U / 0.6 7 5

BAD ORIGINAL

daß die Störspannung bei ihrem einmaligen Lauf vom Bauteil bis zum Längswiderstand unerwünschte Störungen in

weiteren, an die gleiche Gleichstromversorgungö^-Leitung

v-en

angeschlossenen Bauteil) hervorruft. Es wird nur verhindert, daß die Störspannung mangels Absorption längere
Zeit auf der Gleichstromversorgungs-Leitung wirksam
bleibt.

Nebenbei sei hier erwähnt, daß die in Pig. 10 und 11 der US-PS 300 686 dargestellten Gleichstromversorgungs-Bandleiter anscheinend bereits einen noch kleineren Wellenwiderstand aufweisen als die in Bild 3 der Druckschrift "Elektronische Rechenanlagen" 10 empfohlenen Leitungen. Bei der in der genannten US-PS gezeigten Baugruppe könnte also im Bereich der Anschlüsse gegebenenfalls ein-Querkondensator und ein solcher Längswiderstand angebracht werden, dessen Widerstandswert noch kleiner als
derjenige gemacht werden könnte, welcher bei den in der Druckschrift "Elektronische Rechenanlagen*¹ 10 empfohlenen Gleichstromversorgungs-Leitungen vorgesehen werden muß.

In AEÜ 24, 1970, Seite 263 bis 268» wird über Messungen berichtet, welche bestätigen, daß im Zeitpunkt des Schaltens eines an die GIeI chstromversorgung angeschlossenen Bauteils besonders hohe, kurzzeitige Storspannungen auf den Gleichstromversorgungs-Leitungen auftreten. Diese

S(türspannungen werden dort zwar auf die mit der flankender

steilheit van Gleichstromänderung in der Gleichstromversorgung zusammenhängende Sättigung der im Gatter vorgesehenen elektronischen Bauelemente, insbesondere der
Transistoren, zurückgeführt - im Gegensatz zu den Betrachtungen in der genannten Druckschrift "Elektroniahe Rechenanlagen" 10, wo solche Storspannungen auf die Änderung des Widerstandes der Gleichstromversorgungseingänge des Bauteils beim Schalten dieses Bauteils zurück-V?A 9/610/1231 , - 5 '-

4098U/0675

geführt werden. Der Unterschied zwischen, beiden Begründungen für das Entstehen solcher Storspannungen ist relativ gering, weil auch die betreffende, durch die Sättigung bewirkte Flankensteilheit der Gleichstromänderung als zeitabhängige, wenn auch kontinuierliche Änderung der Widerstände an den Gleichstromversorgungseingängen des Bauteils, aufgefaßt werden kann.

Die in der genannten -Druckschrift AEU angegebenen Untersuchungen ergaben, daß die Storspannungen vor allen Dingen auch'von der Induktivität der Gleichstromversorgungs-Leitungen abhängen wurden - besonders störend sei es, wenn diese Induktivität groß ist, also die Länge der Gleichstromversorgungs-Leitungei relativ groß sis.£. Als Abhilfeinaßnahme wurde dort empfohlen, direkt an die Gleichstromversorgungseingänge des Bauteils Querkondensatoren sehr hoher Kapazität C1, C2, C3 anzuschließen, vgl. Pig.15, die zusammen mit im Bauteil angebrachten Widerständen R eine rasche Dämpfung der Storspannungen bewirken, vgl. insbesondere Seite 268, linke Spalte, letzter Absatz, bis Ende der rechten Spalte. Die Störspannungen breiten sich dann kaum auf den Gleichstromversorgungs-Leitungen aus, sondern werdai bereits am Ort ihres Entstehens weitgehend unterdrückt. . _;

Es gibt auch elektronische Flachbaugruppen mit parallelen Bandleitern, deren Abstand viel geringer als deren Breite ist, wobei die Bandleiter die flächenförmige Hinleitung und Rückleitung der Gleichstromversorgung darstellen. Die Bandleiter sind hier an bestimmten, nicht direkt bei den Gleichstromversorgungseingängen der Bauteile lund auch nicht nur im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe liegenden Stellen durch Querkondensatoren sehr hoher Kapazität z.B. mehrere ^F, überbrückt. Hier dient nämlich nicht nur der eine der beiden Bandleiter, sondern jeweils auch der VPA 9/610/'281 - 6 -

A098U/0675

andere zur Weiterleitung von Bezugspotentialen, auf die die Signale der Signalleitungen bezogen sind.Durch die Querkondensatoren besonders hoher Kapazität kann auf den Bandleitern praktisch keine der hochfrequenten Störspannurig^ ungehindert weitergeleitet werden, weil diese überbrückten Bandleiter sozusagen einen Tiefpaß mit zu niedriger Grenzfrequenz darstellen - der Tiefpaß besteht hier im wesentliehen jeweils aus Längsinduktivitäten, gebildet durch die Eigeninduktivität der Bandleiteirabschnitte zwischen den Querkondensatoren oder zwischen Bandleiterrand und jeweils benachbartem Querkondensator, und aus Querkapazitäten, gebildet im wesentlichen durch die Querkondensatoren.

Die Erfindung löst die Aufgabe, bei Schaltvorgängen in Bauteilen, z.B. in Gattern, auftretende Störspannungen, die sich auf den Gleichstromversorgungs-Bandleitern ausbreiten könnten, auf einem neuen Weg zu unterdrücken, ohne daß die oben genannten Abhilfemaßnahmen - nämlich gedämpfte Querkondensatoren sehr hoher Kapazität direkt an den Gleichstromversorgungseingängen der schaltenden Bauteile und/oder einen oder mehrere Querkondensatoren sehr hoherKapazität zusammen mit einem an den Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter angepaßten Längswiderstand im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe - zusätzlich vorgesehen sein müssen. Es müssen auch nicht längs der Bandleiter solche Querkondensatoren sehr hoher Kapazität vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Lösung soll jedoch gestatten, daß für besondere Fälle zusätzlich zumindest die beiden zuerst genannten, bekannten Abhilfemaßnahmen vorgesehen werden können, wobei aber die dann vorzusehenöden Querkondensatoren jeweils nur kleinere Kapazitäten aufzuweisen brauchen, als bei diesen bekannten Abhilfemaßnahmen sonst notwendig wären. Außerdem sollen VPA 9/610/1281 - 7 -

4 0 98 U/0675

die Gleichstromversorgungs-Bandleiter gleichzeitig zumindest teilweise zur Abschirmung zwischen verschiedenen Signalleitungsebenen dienen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektronische Baugruppe gelöst, die mit parallelen Bandleitern, deren Abstand viel geringer als deren Breite ist, als fläehehförmige Hinleitung und flächenförmlge Rückleitung der Gleichstromversorgung ausgestattet .ist. Die erfindungsgemäßj Baugruppe ist dadurch gekennzeichnet, daß auf den durch einen oder mehrere Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleitern die Abstände von benachbarten Zusatzkondensatoren voneinander sowie der jeweilige Abstand des Randes der Bandleiter bis zum nächstliegenden Zusatzkondensator jeweils so klein sind, daß - durch jeweils zv/ei benachbarte Zusatzkondensatoren und dem· zwischen diesen beiden Zusatzkondensatoren liegenden Abschnitt der Bandleiter gebildete Tiefpässe - durch den dem Bandleiterrand am nähesten liegenden Zusatzkondensator und dem zwischen diesen Zusatzkondensator und dem Bandleiterrand liegenden Abschnitt der Bandleiter gebildete Tiefpässe jeweils eine größere Grenzfrequenz aufweisen als die höchste Frequenz jener störend energiereich erzeugten ITreguenzkomponenten der Störspannungen auf den Bandleitern,'die beim Schalten von an die Gleichstromversorgung angeschlossenen elektronischen Bauteilen, in den Bandleitern erzeugt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Baugruppe ist wegen der erfindungsgemäßen Maßnahme zusätzlich der Wellenwiderstand der Glei-chstromversorgungs-Leitungen ganz -besonders klein er kann sehr weit unter 1 Ohm, z.B. 0,1 Ohm und auch noch viel weniger betragen - , weil die vorgesehenen Zusatzkondensatoren den V/ellenwideostand der Bandleiter erniedrigen, VPA 9/610/1281 - 8 -

40981-4/0675 BAD ORIGINAL

Eine weitere Erniedrigung des Bandleiter-Wellenwiderstandes ist dadurch möglich, daß der Abstand der Bandleiter voneinander möglichst klein gemacht wird, z.B. 0,2mm bei 100mm Breite. Auf die besondere Bedeutung des extrem niedrigen Wellenwiderstandes der Gleichstromversorgungs-Bandleiter der erfindungsgemäßen Baugruppe wird später noch ausführlich eingegangen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe, sowie

Fig. 2 eine schräge Ansicht dieses Ausführungsbeispieles zeigen.

Der in Fig. 1 gezeigte Querschnitt durch die erfindungsgemäße Baugruppe, welche hier eine Flachbaugruppe ist, enthält vier einander benachbarte, parallele Leitungsebenen 2, 3, 4 und 5, von denen die beiden äußeren Leitungsebenen 2 und 5 die Signalleitungsebenen und die beiden inneren Leitungsebenen 3 und 4 die Gleichstromversorgungs-Bandleiter darstellen. Der Leiter 4 dieser Bandleiter hat, vgl. Fig. 2, bei diesem Ausführungsbeispiel die gleiche Breite 16 wie die gesamte Flachbaugruppe, wohingegen der andere Leiter 3 dieser Flachbaugruppe, wie gestrichelt eingezeichnet ist, erheblich schmäler ist, und streng genommen aus zwei verschiedenen, parallelen, am Anfang und am Ende miteinander verbundenen Gleichstromversorgungs-Bandleitern besteht. Es kann jedoch die Form dieser Bandleiter auch völlig anders gewählt v/erden, z.B. kann der Bandleiter 3 gleich breit wie der Bandleiter 4 sein. Statt diesen vier Leitungsebenen können z.B. auch nur drei Leitungsebenen, etwa 2, 3 und 4, oder auch mehr als vier Leitungsebenen, etwa noch 14 und 15 vorgesehen werden. VPA 9/610/1281 _4O98U/O67S "9-

Die Bandleiter 3, 4 sind mit bestimmten der Anschlüsse 6 der Baugruppe verbunden» über welche die Gleichstromversorgung der Baugruppe vorgesehen ist. Über weitere solche Anschlüsse 6 sind die in den Figuren der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigten Strombahnen der Signalleitungsebenen 2 und 5 verbunden.

Beim Schalten der auf der Baugruppe bzw.. in der Baugruppe angebrachten Bauteile entstehen in den Bandleitern 3, 4 an sich normalerweise Störspannungen, deren zeitlicher Verlauf mit Hilfe der Fourieranalyse in Frequenzkomponenten zerlegt werden kann. Manche dieser Komponenten werden beim Schalten .mit so hoher Energie erzeugt, daß die Summe dieser Komponenten die Störungen bewirken. Andere Komponenten werden nur mit so geringer Energie erzeugt, daß deren Summe hinsichtlich Störungen vernachlässigbar sia£. Die mit störend, hoher Energie.erzeugten Komponenten weisen eine oberste Frequenz auf, oberhalb der keine solchen Komponenten beim Schalten erzeugt v/erden.

Zwdi einander benachbarte.Zusatzkondensatoren 7 bilden zusammen mit dem zwischen ihnen liegenden Abschnitt 12, vgl. Fig. 2, der Bandleiter 3» 4 jeweils einen Tiefpaß mit einer bestimmten Grenzfrequenz. Ebenfalls bildet ein dem Rande der Bandleiter 3» 4 benachbarter Zusatzkondensator 7 zusammen mit dem Abschnitt 13 zwischen diesem Zusatzkondensator 7 und dem Rand der Bandleiter 3» 4 ebenfalls einen Tiefpaß mit einer bestimmten Grenzfrequenz. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Abstände 12 einander benachbarter¹ Zusatzkondensatoren 7 und daß ferner der jeweilige Abstand der äußeren Umrandung der Bandleiter 3, 4 bis zum. in der Nähe angebrachten Zusatzkondensator 7 jeweils so klein sind, daß jene Tiefpässe eine deutlich größere Grenzfrequenz aufweisen als die oberste Frequenz jener mit störend hoher Energie erzeugten Frequenzkomponenten der Storspannungen, die beim Schalten der schaltenden Bauteile 16 erzeugt werden. YPA 9/610/1231 4098 U/06 7 5 --¹⁰ -

BAD ORIGINAL

Die Grenzfrequenz dieser Tiefpässe liegt bei diesem Ausfuhr ungsbei spiel also so hoch, daß die vom schaltenden Bauteil 16 erzeugten, an sich winzig kleinen Störspannungen nicht an diesen, Resonanzkreise darstellenden Tiefpässen reflektiert werden, sondern sich ungestört über die Gleichstromversorgungs-Bandleiter 3, 4 ausbreiten können, als ob ein homogener Bandleiter 3_f 4, also als ob keine solchen Resonanzkreise im Bandleiter vorhanden wären. Resonanzkreise, deren Grenzfrequenz zu niedrig ist, so daß sich die restlichen Störspannungen nicht ungestört über die Gleichstromversorgungs-Bandleiter 3* 4 ausbreiten können, können nämlich bewirken, daß die Energie dieser Störspannungen in den solche Resonanzkreise'darstellen-* den Tiefpässen zumindest teilweise gespeichert wird und relativ langsam abklingt, so daß in besonders ungünstigen Fällen die Gefahr, daß Störspannungen störend auf die an der Baugruppe angebrachten, weiteren elektronischen Bauteile wirken,erhöht wäre. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird also die lokale, praktisch auf einen kleinen Resonanzkreis-Bandleiter-Abschnitt konzentrierte Speicherung von Störspannungsenergien vermieden· Dadurch wird die Gefahr der Störung benachbart angebrachter Bauteile vermindert.

Der oben angegebene, besonders niedrige Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter der erfindungsgemäßen Baugruppe hat einen zusätzlichen, störungsvermindernden Einfluß; der besonders niedrige Wellenwiderstand ist einerseits durch die Ausgestaltung dieser Leitungen als Bandleiter und andererseits durch die erfindungsgemäß vorgesehenen, diese Bandleiter jeweils überbrückenden Zusatzkondensatoren 7 hervorgerufen, vgl. auch Pig. 1. Der Wellenwiderstand dieser mit Zusatzkondensatoren 7 überbrückten Bandleiter 3, 4 bewirkt nämlich überraschenderweise, daß die oben angegebenen besonderen Störspannungen, die VPA 9/610/1281 -

4098U/0675

BADORlGiNAL

sonst in -der Gleichstromversorgung bei Schaltvorgängen von auf der Baugruppe angebrachten, mit Gleichstrom versorgten schaltenden Bauteilen, z.B. von dem in den Figuren nur symbolisch angedeuteten Inversionsgatter 16, ent^ stehen, aus folgenden Gründen zumindest weitgehend vermieden werden, selbst wenn keine besonderen Querkondensatoren hoher Kapazität vorgesehen werden:

Wie die sonst in der HF-Technik üblichen Betraehtungsmethoden ergeben, entstehen zwischen-den in Fig. 1 gezeigten Bandleitern 3, 4 an sich Storspannungen, falls die in oder auf der Baugruppe angebrachten schaltenden Bauteile, z.B. das Inversionsgatter 16, vom ersten in den zweiten Schaltzustand schalten. Man kann_die Gleichspannung der Gleichstromversorgung gemäß den der HF-Technik üblichen Betrachtungsmethoden als eine elektromagnetische "Welle" mit der Frequenz Null'betrachten, wobei eine solche Welle vom Gleichstromgenerator zum Bauteil hinläuft und dort eine reflektierte Welle erzeugt, wel-· ehe zum Gleichstromgenerator zurückläuft. Auf den Bandleitern überlagern sich also eine Hinwärtswelle und eine reflektierte Rückwärtswelle. Die Störspannungen kann man bei idealisierter Betrachtung zunächst als eine sprungartig einsetzende Gleichstrom-"Welle" auffassen, welche vom schaltenden Bauteile 16 durch dessen Schaltvorgang erzeugt wird und welche längs der Bandleiter 3, 4 zu den Anschlüssen 6 läuft, wo diese Storspannungen oft nochmals reflektiert werden. Diese Storspannungen kann man, wie en ähnlich in "Elektronische Rechenanlagen" 10 für einen Sonderfall gezeigt ist, mit Hilfe des Reflexionsfaktors der Gleichstromversorgungseingänge des schaltenden Bauteils näherungsweise berechnen. Im genannten Sonderfall wurde vorausgesetzt, daß das Bauteil dort in einem seiner beiden Sehaltzustände einen unendlich grossen Widerstand hätte. Eigene Betrachtungen allgemeinerer Art, nämlich mit beliebig großen Widerständen 'an den VPA -9/610/1281 . - 12 -

. . .-409814/0675

Gleichstromversorgungseingängen in beiden Schaltzuständen,zeigten, daß im ersten Schaltzustand entsprechend dem dann vom Bauteil hervorgerufenen Reflexionsfaktor r1 eine bestimmte Amplitude Ur1 der reflektierten Welle erzeugt wird. Sofort nach dem Schalten des Bauteils, also im zweiten Schaltzustand, während der Widerstand an den Gleichstromversorgungseingängen des Bauteils den anderen Extremwert beträgt, wird vom Bauteil jedoch ein anderer Reflexionsfaktor r2 und damit eine bestimmte andere Amplitude Ur2 der reflektierten Welle erzeugt, und zwar noch be vorsieh die Amplitude der Hinwärtswelle ändern konnte. Die Differenz der Amplituden der reflektierten Wellen.Ur1-Ur.2 stellt die vom Bauteil erzeugte Störspannung dar. Diese Amplitude der Störspannung ist - abgesehen von einem vom Reflexionsfaktor r2 unabhängigen Paktor - proportional der Differenz der Reflexionsfaktoren Ar=Ir1-r2| beider Schaltzustände. Die Amplitude der erzeugten Gleichspannungs-Welle bzw. Störspannungen hängt also streng genommen von.jener Änderung des Reflexionsfaktors r ab, die durch das Schalten des Bauteils 16 hervorgerufen wird; - der Reflexionsfaktor r dieses schaltenden Bauteils ist dabei wie allgemein üblich definiert durch die Gleichung

r = (R-Z)/(R+Z),

wobei R der Widerstand zwischen den Gleichstromversorgungseingängen des schaltenden Bauteils 16 und Z der Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter 3» 4 ist.

Die vom Wellenwiderstand abhängige Änderung, At des Reflexionsfaktors beim Schalten des Bauteils 16 ruft also die unerwünschte Störspannung hervor. Dieses Ergebnis ist grundsätzlich auch gültig, wenn statt des sprungartigen ein mehr kontinuierlicher, aber doch so rascher Übergang vom ersten in den zweiten Schaltzustand vorausgesetzt wird, daß während des Schaltvorgangs die Hinwärtswelle noch nicht ihre sich im eingeschwungenen Zus tand einstellende Amplitude erreichen konnte. Man hat jeweils den maximalen Wert, den 4r während des Schaltvorganges betragen kann, einzusetzen, um angenähert die maximale Störspannungsanplitude zu ermitteln.

VPA 9/610/1231 4098U/0675 - 13 -

BAD ORIGINAL

Die Erfindung geht u.a. davon aus, daß durch das Verkleinern des Wellenwiderstandes Z zwischen den Gleichstromversorgungs-Bandleitern 3» 4 erreicht werden kann, daß der Widerstand R- zwischen den Gleichstromversorgungseingängen des schaltenden Bauteils weitgehend unabhängig vom Schaltzustand dieses Bauteils - nämlich stets sehr groß gegen·den Wellenwiderstand Z der Bandleiter 3, 4 -

gemacht wird:

Z«R ■

Angenähert "beträgt also ζ ft der Reflexionsfaktor r unabhängig vom Schaltzustand des schaltenden Bauteils dann stets etwa gleich 1 entsprechend

r = (R-Z)/(R+Z)*1 - 2Z/R^1·

so daß sich der Reflexionsfaktor r1 im ersten Schaltzustand des schaltenden Bauteils dann nur noch ganz geringfügig vom Reflexionsfaktor r2 im zweiten Schaltzustand des schaltenden Bauteils unterscheidet, wodurch dann auch ./\r^0 ist. Dann werden also durch das Schalten des Bauteils praktisch keine Störspannungen mehr erzeugt bzw. die vom schaltenden Bauteil erzeugten Störspannungen sind so klein, daß sie andere elektronische Bauteile, welche ebenfalls über die Gleichstromversorgungs-Bandleiter 3, 4 an die Gleichstromversorgung angeschlossen sind, im allgemeinen auch dann nicht mehr stören, wenn die bekannten Abhilfemaßnahmen, nämlich bestimmte Querkondensatoren sehr hoher Kapazität zur Beseitigung solcher Störspannungen anzubringen, nicht vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Maßnahme besteht also darin, die Reflexionsfaktoren der auf der Flachbaugruppe angebrachten schaltenden Bauteile praktisch unabhängig vom Schaltzustand dieser schaltenden Bauteile zu machen, indem der Wellenwiderstand der

leiter

Gleichstromversorgungs-Bandb-pe-i-t-e· mit Hilfe der Zusatzkondensatoren möglichst klein gemacht wird, weil dann beim. Schalten praktisch keine Störspannungen mehr entstehen, YPA 9/610/1281 - H

A098U/0675

also solche auch gar nicht erst nachträglich - entweder am Ort ihres Entstehens oder in der Nähe der Anschlüsse 6 der Baugruppe - unterdrückt werden müssen. Zusätzlich wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme aber gleichzeitig die Grenzfrequenz der die Bandleiter bildenden Tiefpässe so groß gemacht, daß restliche, entstandene StörSpannungsenergien nicht lokal in solchen Tiefpässen gespeichert werden und so benachbart angebrachte Bauteile stören können - und zwar grundsätzlich ohne teuere, einen Kurzschluß bildende Querkondensatoren sehr hoher Kapazität anbringen zu müssen; die Zusatzkondensatoren, die erfindungsgemäß anzubringen sind, können nämlich sehr viel geringere Kapazitäten aufweisen.

Palls nur ein einziger, den Wellenwiderstand verringernder Zusatzkondensator angebracht wird, so kann dieser« in der Mitte der Baugruppe vorgesehen werden, wodurch seine Kapazität besonders klein sein kann.

Der bzw. die Zusatzkondensatoren können vorteilhafterweise -. auch noch nachträglich bei Baugruppen angebracht werden, die Bandleiter für die Gleichstromversorgung enthalten.

Die erfindungsgemäße Art der Wellenwiderstandsverkleinerung gestattet darüberhinaus vorteilhafterweise, zusätzlich die an sich bekannten Abhilfemaßnahmen vorzusehen, nämlich bestimmte Querkondensatoren 10 sehr hoher Kapazität im Bereich der Anschlüsse 6 der Baugruppe und/oder direkt bei den Gleichstromversorgungseingängen der Bauteile anzubringen, falls sich dies in besonderen Fällen noch als notwendig erweisen sollte. Wegen der im Vergleich zu bekannten Baugruppen bei der erfindungegemäßen Baugruppe viel kleineren Störspannungsamplitude kann dann aber auch die Kapazität dieser Querkondensatoren relativ klein gemacht werden. VPA 9/610/1281 - 15 -

A098U/0675

22A6611

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Baugruppe ist vorgesehen, daß der Widerstand zwischen den Gleichstromversorgungseingängen von zu schaltenden elektronischen Bauteilen, z.B. 16, unabhängig von deren jeweiligem Schaltzustand sehr viel größer als der Wellenwiderstand der durch die Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleiter gemacht ist. Man kann hierzu das schaltende Bauteil z.B. in MOS-Technik herstellen, wodurch es wenigstens im allgemeinen selbsb im leitenden Zustand einen noch sehr hohen Widerstand aufweist, so daß vorteilhafterweise der Gleichstromversorgungs-Eingangswiderstand dieses Bauteils selbst im niederohmigen Zustand dieses Bauteileingangs besonders groß gegenüber dem Wellenwiderstand der Bandleiter ist. Das Verhältnis von Gle.ichstromversorgungs-Eingangswiderstand in' dessen niederohmigen Zustand einerseits zum WeIlenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter andererseits kann dann ohne Schwierigkeit den Paktor 100 sehr weit überschreiten, so daß die Amplitude der vom schaltenden Bauteil erzeugten Störspannungen höchstens mehrere 0/00 der an den Anschlüssen eingespeisten Gleichstromversorgungsspannung beträgt. Die Störspannungso-amplitude ist wegen der dann besonders kleinen Reflexionsfaktoränderung Δγ besonders klein. Eine solche Störspannungsamplitude ist meistens selbst dann unschädlich, falls eine hohe Anzahl von auf der gleichen Baugruppe angebrachten schaltenden "Bauteilen gleichzeitig so geschaltet werden, daß sich die einzelnen von ihnen jeweils erzeugten Storspannungen gleichsinnig überlagern, Selbst 'dann würde es nur in Sonderfällen notwendig sein, die bekannten Abhilfemaßnahmen, nämlich die bestimmten Querkondensatoren, vorzusehen, um die Auswirkungen der Storspannungen zu unterdrücken.

Wie schon erwähnt, ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Baugruppe im allgemeinen nicht notwendig, YPA 9/610/1281 .- 16 -

BAD ORIGINAL

409814/0675

zwischen den Anschlüssen für die Zuführung der Gleichstromversorgung einerseits und den Bandleitern andererseits einen ohm'sehen Längswiderstand einzufügen, um entsprechend den in den "Elektronischen Rechenanlagen" 10 angegebenen Empfehlungen eine nachträgliche Absorption der entstandenen Störspannungen zu erreichen.

Zur weiteren Verbesserung der Konstanz der Gleichstromversorgung kann auf der Baugruppe etwa im Bereich der Anschlüsse 6 ein einzelner oder mehrere Querkondensatoren sehr hoher Kapazität vorgesehen werden, die Schwankungen der Gleichspannung weitgehend vermindern.

Außerdem kann dort auch der bei den bekannten Abhilfemaßnahmen vorgesehene Längswiderstand in die Bandleiter 3_f 4 zur Absorption von Störspannungen eingefügt werden.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel bewirkt der Querkondensator 10 hoher Kapazität, daß Spannungsschwankungen der Batterie bzw. an den Anschlüssen 6, über die die Gleichstromversorgung der Baugruppe zugeführt wird, weitgehend ausgeglichen werden können, selbst wenn an sich durch andere, an die gleiche Batterie angeschlossene Baugruppen gewisse Schwankungen dieser Gleichstromversorgungsspannungen hervorgerufen werden würden. Gleichzeitig kann durch den für Storspannungen einen Kurzschluß darstellenden Querkondensator 10 angestrebt werden, daß in der erfindungsgemäßen Baugruppe erzeugte Störspannungen über die Anschlüsse 6 nicht mehr störend auf andere an die gleiche Batterie angeschlossene Baugruppen wirken. Sin dort zusätzlich vorgesehener, in den Figuren nicht gezeigter Längswiderstand würde dort also zur Absorption der Störspannungen dienen.

Bei einer Weiterbildung des den Querkondensator, z.B. 10,

YPA 9/610/1281 - 17 -

A098U/0675

aufweisenden Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, daß statt des genannten Längswiderstandes der Innenwiderstand 11 dieses Querkondensators 10 so gewählt "bzw. durch zusätzliche Maßnahmen so justiert wird, daß dieser Innenwiderstand 11 an den Wellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 zur nachträglichen Absorption von entstandenen Störspannungen angepaßt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also vermieden, daß in die Bandleiter 3, 4 die genannten Längswiderstaände eingefügt sind, die nämlich bei solchen Baugruppen oft nicht nur gewisse herstellungstechnische Schwierigkeiten mit sich bringen, sondern darüber hinaus häufig zu hohe Gleichstrom-Leistungsverluste, insbesondere wegen der Erwärmung^durch die Gleichströme der Gleichstromversorgung verursachen. An ■ dem Innenwiderstand 11 des Querkondensators treten jedoch keine Gleichstromversorgungs-Leistungsverluste auf, weil in dem betreffenden Innenwiderstand nur die Storspannungen absorbiert werden, aber nicht die Gleichströme der Gleichstromversorgung fließen. Da der Innenwid'erstand 11 der Querkondensatoren 10 sehr hoher Kapazität häufig stärker frequenzabhängig ist, ist es günstig darauf zu achten, daß die Anpasssung dieses Innenwiderstandes 11 an den im allgemeinen frequenzunabhängigen V/ellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 zumindest im Bereich der - im Sinne der Fourrier-Analyse - energiereich erzeugten Frequenzkomponenten der Störspannungen möglichst gut ist.

Bei einer anderen Weiterbildung ist an dem den Anschlüssen der Baugruppe gegenüberliegenden Ende der Bandleiter 3, 4 einer oder mehrere solcher Querkondensatoren 8 sehr hoher Kapazität, evtl. auch mit an den dort jeweils gegebenen V/ellenwiderstand der Bandleiter 3,4 angepaßten Innenwiderständen 9 vorgesehen, um auch dort Schwankungen der, Gleichspannung zu vermindern, bzw. um - bei Anpassung der Innenwiderstände 9 - dort solche Störspannungswellen zu absorbieren, die zunächst zu diesem Ende der Bandleiter 3,4 laufen.

YPA 9/610/1281 · .-. . -

4 09814/0675 BAD ORIGINAL

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind in der Baugruppe mehrere, durch Zusatzkondensatoren überbrückte Bandleiter zur Gleichstromversorgung vorgesehen, statt nur eines einzigen Bandleiters 3, 4. Ein solches Ausführungsbeispiel dieser Weiterbildung ist in Fig. 2 gestrichelt angedeutet - dort\ sind sozusagen zwei verschiedene, zueinander parallel angeordnete Bandleiter 3 vorgesehen, welche jeweils von den Anschlüssen β bis dem diesen Anschlüssen gegenüberliegenden Ende der Baugruppe reichen. Die beiden Bandleiter 3 sind bei flem in Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich miteinander vermocht, indem sie nämlich innerhalb der Baugruppe sowohl im Bereich der Anschlüsse 6 als auch im Bereich des gegenüberliegenden Endes der Baugruppe leitend miteinander verbunden sind.

Dadurch, daß in der Baugruppe mehrere, jeweils durch Zusstzkondensatoren überbrückte Bandleiter zur Gleichstromversorgung vorgesehen sind, können die Zwischenräume zwischen den Bandleitern in der Ebene dieser Bandleiter für andere Zwecke mitausgenutzt werden, z.B. zur Zuführung einer weiteren Gleichstromversorgung mit abweichenden Potentialen. Durch die genannte Vermaschung der Bandleiter wird erreicht, daß Spannungsunterschiede zwischen den verschiedenen,miteinander vermaschten Bandleitern längs ihrer gesamten Länge weitgehend vermieden werden können, bzw. daß die Erwärmung der verschiedenen vorgesehenen Bandleiter über die gesamte Baugruppe gleichmäßiger verteilt ist, als dies ohne Vermaschung oft der Fall ist.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstände, vgl. 12, benachbarter Zusatzkondensatoren voneinander sowie die Abstände, vgl. 13_f des Randes der Bandleiter 3, 4 zum jeweils benachbarten Zusatzkondensator erheblichkleiner, z.3. 20;', als jene theoretische Länge gemacht sind, welche die Störspannung entlang der durch Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleiter während des VPA 9/610/1281 - :o _

4098H/0675 B^ ORIGINAL

Schaltvorganges der schaltenden Bauteile laufen würde, wenn diese überbrückten Bandleiter hierzu ausreichend lang wären. Dauert also der Schaltvorgang 5 Nanosekunden, dann würde während dieser Dauer des Schaltvorganges die Störspannung auf den durch die Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleitern eine bestimmte theoretische Länge durchlaufen, falls diese Bandleiter hierzu ausreichend lang- wären. Diese theoretische Länge, über welche sich die Störspannung während des Schaltvorganges des schaltenden Bauteils ausbreiten würde, soll also erheblich größer sein als der Abstand zweier benachbar-, ter Zusatzkondensatoren 7 und auch erheblich größer als der Abstand jedes Punktes des Randes der Bandleiter zum benachbarten Zusatzkondensator. Untersuchungen zeigten, daß dann die Amplituden der Storspannungen noch kleiner werden, als wenn diese besondere Dimensionierung noch nicht vorgesehen ist. Die Untersuchungen ergaben darüber hinaus, daß die Störspannungen sogar noch kleiner gemacht werden können, falls nicht nur der Abstand 12 zwischen benachbarten Zusatzkondensatoren 7, sondern die gesamte Länge der Bandleiter 3e 4- innerhalb der Baugruppe erheblich kleiner als jene theoretische Länge gemacht wird.

Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich zwar um eine sehr wenig Raum beanspruchende Multilayer-Flachbaugruppe, in welcher in .zwei benachbarten Leiterebenen die flächenförmigen Bandleiter vorgesehen sind. Eine solche Ausgestaltung ist zwar überdies sehr einfach' herzustellen. Insbesondere kann der Abstand der Bandleiter 3, 4 voneinander relativ.leicht sehr klein gemacht werden, z.B. 0,2mm und weniger betragen, so daß auch hierdurch vorteilhafterweise der Wellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 verringert wird. Die erfindungsgemäße,Baugruppe und deren Weiterbildungen sind jedoch auch anders gestaltbar: z.B. kann sie eine Einschubeinheit beliebiger äußerer Form sein.

BAD ORIGINAL

"3 Patentansprüche

VPA 9/610/1281 - 20 -

- "4 0 9814/0675

Claims

Patentansprüche

1 .y Elektronische Baugruppe - insbesondere Flachbaugruppe für ein Pernsprechvermittlungssystem - mit parallelen Bandleitern, deren Abstand viel geringer als deren Breite ist, als flächenförmige Hinleitung und flächenförmige Rückleitung der Gleichstromversorgung, dadurch gekennzeichne t,

daß auf den durch einen oder mehrere Zusatzkondensatoren (7) überbrückten Bandleitern (3> 4) die Abstände (12) von benachbarten Zusatzkondensatoren (7) voneinander sowie der jeweilige Abstand (13) des Randes der Bandleiter (3, 4) bis zum nächstliegenden Zusatzkondensator (7) jeweils so klein sind, daß - durch jeweils zwei benachbarte Zusatzkondensatoren (7) und dem zwischen diesen beiden Zusatzkondensatoren (7) liegenden Abschnitt (12) der Bandleiter gebildete - Tiefpässe und - durch den dem Bandleiterrand am nähesten liegenden Zussfczkondensator (7) und dem zwischen diesem Zusatzkondensator (7) und dem Bandleiterrand liegenden Abschnitt (13) der Bandleiter (3, 4) gebildete Tiefpässe jeweils eine größere Grenzfrequenz aufweisen als die höchste Frequenz jener störend energiereich erzeugten Frequenzkomponenten der Störspannungen auf den Bandleitern (3, 4), die beim Schalten von an die Gleichstromversorgung angeschlossenen elektronischen Bauteilen (16) in den Bandleitern (3» 4) erzeugt werden.
2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand zwischen den Gleichstromversorgungseingängen von zu schaltenden elektronischen Bauteilen (16) unabhängig von deren jeweiligem Schaltzustand sehr viel VPA 9/610/1281 - 21 ·

BAD ORIGINAL

40981 4/0675

größer als der Wellenwiderstand der durch die Zusatzkondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3, 4) gemacht istt
3. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ihren Anschlüssen (6) der Gleichstromversorgung und den Bandleitern (3, 4)" kein ohmscher Widerstand in Längsrichtung .der Bandleiterleitungen eingefügt ist.
4. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Anschlüsse (6) der Baugruppe die Bandleiter (3» 4) durch einen oder mehrere Querkondensatoren (10) sehr hoher Kapazität (iuP) überbrückt sind.
5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwiderstände (11) der Querkondensatoren (10) an den dort jeweils gegebenen■Wellenwiderstand der durch die Zusatzkondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3, 4) angepaßt ist. . -
6. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den Anschlüssen (6) der Baugruppe gegenüberliegenden Ende der Bandleiter (3, 4) diese Bandleiter durch einen oder m'ehrere Querkondensatoren (8) sehr hoher Kapazität überbrückt sind.
7. Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwiderstände (9) dieser Querkondensatoren (8) an · den dort jeweils gegebenen Wellenwiderstand der durch die Zusatzkondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3, 4) angepaßt sind.
8. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

VPA 9/610/". 231 - 22 -

4Q98 U/0.6 7 5 ·■■·■■=, ·

dadurch gekennzeichnet, daß in ihr mehrere, jeweils durch Zusatzkondensatoren überbrückte Bandleiter zur Gleichstromversorgung vorgesehen sind.
9. Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehenen Bandleiter (3» 4) miteinander vermascht sind (Pig. 2).
10. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (12) benachbarter Zusatzkondensatoren (7) und die Abstände des Randes der Bandleiter (3> 4) zum jeweils benachbarten Zusatzkondensator (7) erheblich kleiner (20fo) als jene theoretische Länge sind, die die Störspannung entl3.ng der durch Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleiter (3> 4) während des Schaltvorganges (5 Nanosekunden) der schaltenden Bauteile (16) laufen würde, wenn diese überbrückten Bandleiter (3» 4) hierzu ausreichend lang wären.
11. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Multilayer-Flachbaugruppe darstellt.
12. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Bandleiter (3, 4) voneinander klein (0,2mm) gegen den Abstand (imm) dieser Bandleiter von den Signalleitungen (2) gemacht ist.

13· Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand der Bandleiter (3, 4) kleiner als 0,10hm ist.

409814/0675