DE2246611C3 - Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störungen auf der Gleichstromversorgung dienenden Bandleitern - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störungen auf der Gleichstromversorgung dienenden BandleiternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Baugruppe, insbesondere eine Flachbaugruppe für
ein Fernsprechvermittlungssystem zur Unterdrückung von Störungen entsprechend dem Oberbegriff des
Patentanspruchs I.
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 auf der
Baugruppe angebrachte stromverbrauchende Bauteile, z. B. bestimmte Gatter, mit der nötigen Gleichspannung
versorgt werden.
Eine solche Baugruppe ist z. B. in der Zeitschrift Computer Design, FeD. 65, Seite 28 bis 39 beschrieben.
Die Bandleiter der Gleichstromversorgung bilden hier
jwei einander benachbarte Ebenen D und C. Durch die
Flächenförmige Ausbildung der Gleichstromversorgung ist hier zusätzlich eine Abschirmung zwischen der in der
Ebene D mit untergebrachten Taktimpulsleitung und den auf der anderen Leitungsebene C angebrachten
Signalleitungsebenen angestrebt
Ähnliche Anordnungen sind vielfach bekanntgeworden (vgL zum Beispiel die Zeitschrift »Electronics«, v. 13.
Mai 1960, Seite 77 bis 78; ferner DE-AS 11 32 202, Fig. 2a und 4b; ferner US-PS 33 00 686, Fig. 10 und 11). Die
zuletzt genannte Druckschrift beschreibt eine elektronische Baugruppe (Large card 19), die in gleich großen
Abständen voneinander angebrachte, benachbarte parallele Leitungsebenen 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. 5 Nanosekunden Dauer.
Die Störspannungen, welche durch solche raschen Schaltvorgänge in den Signalleitungsebenen der Baugruppe
erzeugt werden, wurden auch in einem Aufsatz in der »Nachrichtentechnischen Zeitschrift«, Heft 10,
1971, Seiten 541 bis 544 untersucht, und zwar insbesondere daraufhin, wie stark das Nebensprechen
zwischen den Signalleitungen einer solchen Baugruppe
In der Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen«, Heft 4, 1968, Seiten 177 bis 179, ist mit Hilfe von in der
HF-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 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 Abhilfemaßnahme wurde
empfohlen, etwa im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe einen Querkondensator zwischen die Bandleiter
einzufügen, sowie 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 werden kann. Es wurde dabei ho offenbar insbesondere an Querschnitte dieser Gleichstromversorgungs-Leitungen
gedacht, welche dort in Bild 3 dargestellt sind und welche 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 Abhilfemaßnahme der Absorption im Bereich
der Gleichstromversorgungsanschlüsse der Baugruppe kann also nicht verhindern, daß die Störspannung bei
ihrem einmaligen Lauf vom Bauteil bis zum Längswiderstand unerwünschte Störungen in weiteren, an die
gleiche Gleichstromversorgungs-Leitung angeschlossenen Bauteilen 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 Fig. 10 und 11 der US-PS 3 00 686 dargestellten Gleichstromversorgungs-Bandleiter
anscheinend bereits einen noch kleineren Wellenwiderstand aufweisen als die in Bild 3
der oben angeführten Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen« 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 »Elektronische Rechenanlagen« empfohlenen Gleichstromversorgungs-Leitungen
vorgesehen werden muß. In der Zeitschrift »Archiv der elektrischen Übertragung«,
Heft 6, 1970, Seiten 263 bis 268, wird über Messungen berichtet, welche bestätigen, daß im
Zeitpunkt des Schaltens eines an die Gleichstromversorgung angeschlossenen Bauteils besonders hohe,
kurzzeitige Störspannungen auf den Gleichstromversorgungs-Leitungen auftreten. Diese Störspannungen
werden dort zwar auf die mit der Flankensteilheit der Gleichstromänderung in der Gleichstromversorgung
zusammenhängende Sättigung der im Gatter vorgesehenen elektronischen Bauelemente, insbesondere der
Transistoren, zurückgeführt — im Gegensatz zu den Betrachtungen in der genannten Zeitschrift »Elektronische
Rechenanlagen«, wo solche Störspannungen auf die Änderungen des Widerstandes der Gleichstromversorgungseingänge
des Bauteils beim Schalten dieses Bauteils zurückgeführt werden. Der Unterschied zwischen
beiden Begründungen für das Entstehen solcher Störspannungen 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 Zeitschrift »Archiv der elektrischen Übertragung« angegebenen Untersuchungen
ergaben, daß die Störspannungen vor allen Dingen auch von der Induktivität der Gleichstromversorgungs-Leitungen
abhängen würden - besonders störend sei es, wenn diese Induktivität groß ist, also die Länge der
Gleichstromversorgungs-Leitungen relativ groß ist Als
Abhilfemaßnahme wurde dort empfohlen, direkt an die Gleichstromversorgungseingänge des Bauteils Querkondensatoren
sehr hoher Kapazität Cl, C2, C3 anzuschließen (vgl. Fig. 15), die zusammen mit im
Bauteil angebrachten Widerstände R eine rasche Dämpfung der Störspannungen 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 werden 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 ilächenförmige Hinleitung und Rückleitung der Gleichstromversorgung
darstellen. Die Bandleiter sind hier an bestimmten, nicht direkt bei den Gleichstromversorgungseingängen der
Bauteile und auch nicht nur im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe liegenden Stellen durch Querkondensatoren
sehr hoher Kapazität, z. B. mit mehreren Mikrofarad, überbrückt. Hier dient nämlich nicht nur
der eine der beiden Bandleiter, sondern jeweils auch der andere zur Weiterleitung von Bezugspotentialen, auf die
die Signale der Signalleitungen bezogen sind. Durch die Querkondensaioreri besonders hoher Kapazität kann
auf den Bandleitern praktisch keine der hochfrequenten Störspannungen ungehindert weitergeleitet werden,
weil diese überbrückten Bandleiter sozusagen einei. Tiefpaß mit zu niedriger Grenzfrequenz darstellen —
der Tiefpaß besteht hier im wesentlichen jeweils aus Längsinduktivitäten, gebildet durch die Eigeninduktivität
der Bandleiterabschnitte 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 obengenannten Abhilfemaßnahmen — nämlich gedämpfte Querkondensatoren
sehr hoher Kapazität direkt an den Gieichstromversorgungseingängen der schaltenden Bauteile und/oder
einen oder mehrere Querkondensatoren sehr hoher Kapazität 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 vorzusehenden Querkondensatoren jeweils nur
kleinere Kapazitäten aufzuweisen brauchen, als bei diesen bekannten Abhilfemaßnahmen sonst notwendig
wären. Außerdem sollen die Gleichstromversorgungs-Bandleiter gleichzeitig zumindest teilweise zur Abschirmung
zwischen verschiedenen Signalleitungsebenen dienen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dargestellte
Maßnahme gelöst
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-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 Wellenwiderstand der Bandleiter erniedrigen.
Eine weitere Erniedrigung des Bandleiter-Wellenwiderstandes
ist dadurch möglich, daß der Abstand der Bandleiter voneinander möglichst klein gemacht wird,
z.B. 0,2 mm bei 100 mm 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 F i g. 1 und 2
gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die
F i g. 1 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe sowie
Fig. 2 eine schräge Ansicht dieses Ausführungsbeispieles
zeigen.
ίο 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 Gieichäiromversorgungs-Bandleiier darstellen.
Der Leiter 4 dieser Bandleiter hat (vergleiche F i g. 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 beispielsweise genommen aus zwei verschiedenen
parallelen, am Anfang und am Ende miteinander verbundenen Gleichstromversorgungs-Bandleitern bestehen
kann. Es kann jedoch die Form dieser Bandleiter auch völlig anders gewählt werden, z. B. kann der
Bandleiter 3 gleich breit wie der Bandleiter 4 sein. Aul die letzte Form bezieht sich die Darstellung der
Anordnung der Zusatzkondensatoren in Fig.2. Statl dieser 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 vorgeseher
werden.
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 der
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 der
Bandleitern 3,4 an sich normalerweise Störspannungen
deren zeitlicher Verlauf mit Hilfe der Fourieranalyse in
♦5 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 Störunger vernachlässigbar ist. Die mit störend hoher Energie
erzeugten Komponenten weisen eine oberste Frequenz auf, oberhalb der keine solchen Komponenten beim
Schalten erzeugt werden.
Zwei einander benachbarte Zusatzkondensatoren 7 bilden zusammen mit dem zwischen ihnen liegender
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
μ 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. ErfindungsgemäQ
ist vorgesehen, daß die Abstände 12 einander benachbarter Zusatzkondensatoren 7 und daß ferner der
jeweilige Abstand 13 der äußeren Umrandung der Bandleiter 3, 4 bis zum in der Nähe angebrachter
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 Störspannungen, die beim Schalten der schaltenden Bauteile
16 erzeugt werden.
Die Grenzfrequenz dieser Tiefpässe liegt bei diesem Ausführungsbeispie! 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, 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 darstellenden
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 Fig. 1). Der Wellenwiderstand dieser mit Zusatzkondensatoreri 7 überbrückten Bandleiter 3,
4 bewirkt nämlich überraschenderweise, daß die oben angegebenen besonderen Störspannungen, die 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, entstehen, aus folgenden Gründen zumindest weitgehend vermieden werden, selbst wenn keine
besonderen Querkondensatoren hoher Kapazität vorgesehen werden:
Wie die sonst in der HF-Technik üblichen Betrachtungsmethoden
ergeben, entstehen zwischen den in F i g. 1 gezeigten Bandleitern 3, 4 an sich Störspannungen,
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 in 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, welche 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 Bauteil 16 durch dessen Schaltvorgang erzeugt wird und welche längs der
Bandleiter 3, 4 zu den Anschlüssen 6 läuft, wo diese Störspannungen oft nochmals reflektiert werden. Diese
Störspannungen kann man, wie es ähnlich der eingangs erwähnten Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen«
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 Schaltzustände einen unendlich großen Widerstand hätte. Eigene
Betrachtungen allgemeinerer Art, nämlich mit beliebig großen Widerständen an den Gleichstromversorgungseingängen
in beiden Schaltzuständen, zeigten, daß im ersten Schaltzustand entsprechend dem dann vom
Bauteil hervorgerufenen Reflexionsfaktor r\ 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 R 2 und damit eine bestimmte andere Amplitude Ur 2 der reflektierten
Welle erzeugt, und zwar noch bevor sich die Amplitude der Hinwärtswelle ändern konnte. Die Differenz der
Amplituden der reflektierten Wellen Ur 1- Ur 2 stellt die vom Bauteil erzeugte Störspannung dar. Diese Amplitude
der Störspannung ist — abgesehen von einem vom Reflexionsfaktor r 2 unabhängigen Faktor — proportional
der Differenz der Reflexionsfaktoren Ar=\ri—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)I (R+Z)
wobei R der Wiederstand zwischen den Gleichstromversorgungseingängen
des schaltenden Bauteils 16 unc Z der Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs·
Bandleiter 3,4 ist.
Die vom Wellenwiderstand abhängige Änderung Δι
des Reflexionsfaktors beim Schalten des Bauteils 16 ruf also die unerwünschte Störspannung hervor. Diese·
Ergebnis ist grundsätzlich auch gültig, wenn statt de! sprungartigen ein mehr kontinuierlicher, aber doch se
rascher Übergang vom ersten in den zweiten Schaltzu stand vorausgesetzt wird, daß während des Schaltvor
gangs die Hinwärtswelle noch nicht ihre sich in eingeschwungenen Zustand einstellende Amplitud«
erreichen konnte. Man hat jeweils den maximalen Werl den Ar während des Schaltvorganges betragen kann
einzusetzen, um angenähert die maximale Störspan nungsamplitude zu ermitteln.
Die Erfindung geht u. a. davon aus, daß durch da Verkleinern des Wellenwiderstandes Z zwischen dei
Gleichstromversorgungs-Bandleitern 3, 4 erreicht wer den kann, daß der Widerstand R zwischen dei
Gleichstromversorgungseingängen des schaltendei Bauteils weitgehend unabhängig vom Schaltzustani
dieses Bauteils — nämlich stets sehr groß gegen de; Wellenwiderstand Z der Bandleiter 3, 4 — gemach
wird:
Z<R
Angenähert beträgt also der Reflexionsfaktor unabhängig vom Schaltzustand des schaltenden Bauteil
dann stets etwa gleich 1 entsprechend
1 -2Z/K« 1
so daß sich der Reflexionsfaktor r 1 im ersten Schaltzustand des schaltenden Bauteils dann nur noch
ganz geringfügig vom Reflexionsfaktor r"i im zweiten Schaltzustand des schaltenden Bauteils unterscheidet,
wodurch dann auch 4r«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 Gleichstromversorgungs-Bandleiter mit Hilfe der Zusatzkondensatoren
möglichst klein gemacht wird, weil dann beim Schalten praktisch keine Störspannungen mehr entstehen,
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 solche Tiefpässe 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.
Falls 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 darüber hinaus vorteilhafterweise,
zusätzlich bestimmte Querkondensatoren 10 sehr hoher Kapazität im Bereich der Anschlüsse 6 der
Baugruppen 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 erfindungsgemäßen Baugruppe viel kleineren Störspannungsamplitude kann dann aber auch
die Kapazität dieser Querkondensatoren relativ klein gemacht werden.
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 selbst 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
Gleichstromversorgungs-Eingangswiderstand in dessen
ίο niederohmigen Zustand zum Wellenwiderstand der
Gleichstromversorgungs-Bandleiter kann dann ohne Schwierigkeit den Faktor 100 sehr weit überschreiten,
so daß die Amplitude der vom schaltenden Bauteil erzeugten Störspannungen höchstens mehrere Promille
der an den Anschlüssen eingespeisten Gleichstromversorgungsspannung beträgt. Die Störspannungsamplitude
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 Störspannungen überlagern. Selbst dann würde es nur in Sonderfällen notwendig sein, die
bekannten Abhilfemaßnahmen, nämlich die bestimmten Querkondensatoren, vorzusehen, um die Auswirkungen
der Störspannungen zu unterdrücken.
Wie schon erwähnt, ist es bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Baugruppe im allgemeinen nicht
notwendig, zwischen den Anschlüssen für die Zuführung der Gleichstromversorgung einerseits und den Bandleitern
andererseits einen ohmschen Längswiderstand einzufügen, um entsprechend der Empfehlungen in der
eingangs erwähnten Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen« 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
ίο mehrere Querkondensatoren sehr hoher Kapazität
vorgesehen werden.
Außerdem kann dort auch der bei den bekannten Abhilfemaßnahmen vorgesehene Längswiderstand in
die Bandleiter 3,4 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 Störspannungen 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 angeschlosse-
W) ne Baugruppen wirken. Ein 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, aufweisenden Ausführungsbeispiels ist vorgesehen,
daß statt des genannten Längswiderstands der Innenwiderstand 11 dieses Querkondensators 10 so
gewählt bzw. durch zusätzliche Maßnahmen so justiert
wird, daß dieser 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 Längswiderstände *>
eingefügt sind, die 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 Störspannungen absorbiert werden, aber nicht die Gleichströme '■>
der Gleichstromversorgung fließen. Da der Innenwiderstand Ii der Querkondensatoren 10 sehr hoher
Kapazität häufig stärker frequenzabhängig isi, ist es günstig, darauf zu achten, daß die Anpassung dieses
Innenwiderstands 11 an den im allgemeinen frequenzunabhängigen
Wellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 zumindest im Bereich der — im Sinne der Fourier-Analyse
— energiereich erzeugten Frequenzkomponenten der Störspannungen möglichst gut ist.
Bei einer anderen Weiterbildung ist bzw. sind an dem den Anschlüssen 6 der Baugruppe gegenüberliegenden
Ende der Bandleiter 3, 4 ein oder mehrere solcher Querkondensator(en) 8 sehr hoher Kapazität, evtl. auch
mit an den dort jeweils gegebenen Wellenwiderstand 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. )5
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind in der Baugruppe mehrere durch Zusatzkondensatoren überbrückte
Bandleiter zur Gleichstromversorgung vorgesehen. Ein solches Ausführungsbeispiel dieser Weiterbildung
ist in F i g. 2 gestrichelt angedeutet — dort sind sozusagen zwei verschiedene, zueinander parallel
angeordnete Bandleiter 3 vorgesehen, welche jeweils von den Anschlüssen 6 bis dem diesen Anschlüssen
gegenüberliegenden Ende der Baugruppe reichen. Die beiden Bandleiter 3 sind bei dem in F i g. 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel zusätzlich innerhalb der Baugruppe sowohl im Bereich der Anschlüsse 6 als auch im
Bereich des gegenüberliegenden Endes der Baugruppe metallisch leitend miteinander verbunden. Dadurch, daß
in der Baugruppe mehrere, jeweils durch Zusatzkondensatoren 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
Verbindung der Bandleiter wird erreicht, daß Spannungsunterschiede zwischen den verschiedenen
miteinander verbundenen 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 diese Verbindung oft der Fall ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstände, z. B. 12, benachbarter Zusatzkondensatoren
voneinander sowie die Abstände, z. B. 13, des Randes der Bandleiter 3, 4 zum jeweils benachbarten
Zusatzkondensator erheblich kleiner als jene theoretische Länge, z. B. nur 20% jener theoretischen Länge
sind, welche die Slörspannung entlang der durch Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleiter während
des Schaltvorgangs 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 Schaltvorgangs 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 Schaltvorgangs des schaltenden
Bauteils ausbreiten würde, soll also erheblich größer sein als der Abstand zweier benachbarter
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 Störspannungen
noch kleiner werden, als wenn diese besondere Dimensionierung 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 3, 4 innerhalb der Baugruppe erheblich kleiner als jene theoretische Länge gemacht wird.
Bei dem in F i g. 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, deren Abstand voneinander relativ leicht sehr klein gemacht werden und z. B.
0,2 mm und weniger betragen kann, 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Schaltungsanordnung für eine Baugruppe zur Unterdrückung von Störungen, welche durch Schaltvorgänge elektronischer Bauteile, die zu der
Baugruppe zusammengefaßt sind, hervorgerufen werden, wobei die Gleichstromversorgung der
Bauteile in der Baugruppe über parallele, in verschiedenen Ebenen liegende, als flächenförmige
Hin- und Rückleiter dienende Bandleiter erfolgt, deren Abstand voneinander viel geringer ist als ihre
Breite, und wobei die Bandleiter durch einen oder mehrere, über die Bandleiterlänge verteilte Zusatzkondensatoren überbrückt sind, wodurch Tiefpässe
erster Art, gebildet durch den einem beliebigen Bandleiterrandpunkt am nächsten liegenden Zusatzkondensator und dem zwischen diesem Zusatzkondensator und dem Bandleiterrandpunkt liegenden
Abschnitt der Bandleiter, und, falls mehrere Zusatzkondensatoren vorhanden sind, Tiefpässe zweiter
Art, gebildet durch jeweils zwei benachbarte Zusatzkondensatoren und dem zwischen diesen
beiden Zusatzkondensatoren liegenden Abschnitt der Bandleiter, gebildet werden, insbesondere für
eine Flachbaugruppe eines Fernsprech-Vermittlungssystems, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kapazität der Zusatzkondensatoren sowie der jeweilige Abstand (13) der Randpunkte der
Bandleiter bis zum nächstliegenden Zusatzkondensator (7) sowie, falls mehrere Zusatzkondensatoren
(7) vorhanden sind, die Abstände (12) von benachbarten Zusatzkondensatoren (7) voneinander jeweils
so klein sind, daß die Tiefpässe erster Art und, soweit vorhanden, die Tiefpässe zweiter Art 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. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu schaltende elektronische
Bauteile (16) solche verwendet sind, deren Widerstand zwischen den Gleichstromversorgungseingän-
gen unabhängig von deren jeweiligem Schaltzustand sehr viel größer als der Wellenwiderstand der durch
die Zusatzkondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3,4) ist.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
ihre Anschlüsse (6) der Gleichstromversorgung metallisch leitend mit dem Bandleitern (3, 4)
verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung 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) mit im Vergleich zu Zusatzkondensatoren (7) sehr hoher Kapazität t,o
(1 μΡ) überbrückt sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwiderstände (11) der
Querkondensatoren (10) an den dort jeweils gegebenen Wellenwiderstand der durch die Zusatz- ^
kondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3, 4) angepaßt ist.
6. Schaltungsanordnung 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 mehrere Querkondensatoren (8) mit im Vergleich zu Zusatzkonderisatoren (7) sehr
hoher Kapazität überbrückt sind.
7. Schaltungsanordnung 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. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in
ihr mehrere, jeweils durch Zusatzkondensatoren (7) überbrückte Bandleiter zur Gleichstromversorgung
vorgesehen sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen, an die
gleiche Spannung angeschlossenen Bandleiter (3, 4) entlang ihrer Bandleiterlänge an mehreren Stellen
metallisch leitend miteinander verbunden sind (F ig-2).
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehender· 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 (20%) als jene theoretische
Länge sind, die die Störspannung entlang 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. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
sie eine Multilayer-Flachbaugruppe darstellt.
12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand der Bandleiter (3,4) voneinander klein (0,2 mm) gegen den Abstand (1 mm) dieser Bandleiter von den Signalleitungen (2) gemacht ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehdenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wellenwiderstand der Bandleiter (3,4) kleiner ist als 0,1 Ohm.
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