DE2714426C3

DE2714426C3 - Als Tiefpaß- oder als Laufzeitglied ausgebildetes passives Schaltungsglied

Info

Publication number: DE2714426C3
Application number: DE2714426A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.-Ing. 8190 Weidach Braeckelmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1981-02-26
Also published as: FR2386189A1; US4203081A; DE2714426A1; DE2714426B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltungsglied nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Insbesondere in komplexen Netzwerken der Datenverarbeitungstechnik ist es gelegentlich notwendig. Impulse durch elektrische Laufzeitglieder zu verzögern. Solche Läufzeitgliedef sind bekanntlich durch Vierpole aus Spulen und Kondensatoren realisierbar. Die F ί g. 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild eines Laufzeitgliedes. In dem sogennannten Längszweig des Vierpols, d. h. zwischen dem Eingangsanschluß e 1 und dem Ausgangsanschluß a 1 liegt die Serienschaltung der beiden Induktivitäten L1 und L 2. Der Querzweig des Vierpols wird durch einen Kondensator Cl gebildet. Er ist einerseits an den Verbindungspunkt der beiden Induktivitäten ti und L2, andererseits an die direkte Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß e2 und dem Ausgangsanschluß a 2 angeschlossen. Die beiden zuletzt genannten Anschlüsse sind nicht nur elektrisch identisch, sie fallen in der Praxis häufig in einem einzigen Anschlußpunkt zusammen. Zur Versteilerung der Flanken der zu verzögernden Impulse werden die Induktivitäten L1 und L 2 häufig miteinander gekoppelt

ίο ausgeführt Zusätzlich können sie noch durch einen Kondensator C2 überbrückt werden. Es ist auch bekannt, zur Verbesserung des Impulsverhaltens mehrere Laufzeitglieder mit entsprechend geringerer Laufzeit in Serie zu schalten, stau die gewünschte Laufzeit durch entsprechende Dimensionierung eines einzelnen Laufzeitgliedes zu realisieren.

In anderen Fällen ist dagegen eine Abflachung der Impulsflanken notwendig. Impulse mit sehr steilen Flanken können nämlich Anlaß zu unangenehmen

Störungen geben. Das gilt beispielsweise dann, wenn solche Impulse von einer Sendestelle über eine wellenwiderstandsrichtig abgeschlossene Hauptleitung zu mehreren Empfangsstellen gleichzeitig übertragen werden, die über nicht abgeschlossene Stichleitungen an

die Hauptleitung angeschlossen sind. Eine Abflachung von Impulsflanken vermögen bekanntlich Tiefpässe zu bewirken. Eine gewisse, hier in den meisten Fällen zwar unerwünschte Signalverzögerung muß hingenommen werden. Ein Tiefpaß unterscheidet sich von dem in

Fig. 1 dargestellten Laufzeitglied durch den Wegfall

des Kondensators € 2 und durch das Fehlen bzw. die weitgehende Verringerung der Kopplung der beiden

Induktivitäten L 1 und L 2. Laufzeitglieder für Signalverzögerungen in der

Größenordnung von einigen Nanosekunden sind auf dem Markt erhältlich. Dabei sind mehrere unabhängige Laufzeitglieder mit verschiedenen Laufzeiten, z. B. 2,4,6 und 8 ns in einem Baustein untergebracht, um je nach Bedarf Laufzeiten zwischen 2 und 20 ns in Stufen von 2 ns einstellen zu können. Bei diesen bekannten Laufzeitgliedern werden die Längsirduktivitäten durch gewickelte Spulen mit Mittelanzapfung gebildet Eine derartige Ausbildung ist nicht nur teuer, sondern beansprucht auch relativ viel Platz.

♦s Durch die GB PS 8 55 292 ist ein Laufzeitglied bekannt mit zwei in Serie geschalteten Induktivitäten, die durch gegensinnig verlaufende, durch eine Isolierschicht getrennte und konzentrisch übereinander angeordnete Leitbahnsp ralen gebildet sind. Für die zu dem Laufzeitglied gehörenden Kondensatoren sind diskrete Bauelemente vorgesehen.

Eine Verzögerungsleitung aus einer Serienschaltung von mehreren, in ähnlicher Weise ausgebildeten Laufzeitgliedern ist durch die US-PS 34 36 687 bekannt.

'⁵ Durch die GB-PS 10 40071 ist eine weitere Verzögerungsleitung bzw. Filteranordnung bekannt, deren Induktivitäten aus Leitbahnspiralen bestehen. Die Kondensatoren der einzelnen Laufzeitglieder der Verzögerungsleitung werden jeweils durch paarweise züge-

ordnete Metallbeläge in benachbarten, durch eine Isolierschicht getrennten Leitbahnlagen gebildet, wovon mindestens ein Kondensatorbelag der gleichen Leitbahnlage wie die eine Leitbahnspirale angehört. Der zweite Kondensatorbelag kann in der Leitbahnlage der zweiten Leitbahnspirale oder in einer zwischen den beiden Leitbahnspiralen liegenden Leitbahnlage angeordnet sein.
Bei der bekannten Verzögerungsleitung liegen die

Leitbahnspiralen zur Bildung der Induktivitäten auch bei einer insgesamt mehrlagigen Ausführung in den beiden äußeren Leitbahnlagen. Sie sind daher besonders empfänglich für eine insbesondere induktive Störbeeinflussung und wirken selbst als Störquelle. Eine enge Packung bzw. Stapelung solcher Anordnungen verbietet sich daher.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein als Tiefpaß- oder Laufzeitglied ausgebildetes passives Schaltungsgliea der eingangs genannten Art anzu- ι ο geben, das gegen eine Störbeeinflussung weitgehend unempfindlich und damit auch stapelfähig ist Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das elektrische Ersatzschaltbild eines Laufzeitgliedes,

F i g. 2a, 2b die Leitbahnlagen eines Schaltungsgliedes zur Impulsbeeinflussung,

F i g. 3a, 3b eine aus zwei Schaltungsgliedern bestehende Kette,

F i g. 4a, 4b die Bezugs- und Kondensatorlage eines Bausteines mit mehreren Schaltungsgliedem,

Fig.5 einen Schnitt durch einen Baustein mit mehreren Schaltungsgliedern,

Fig.6 eine Spulenlage für einen Baustein mit mehreren Schaltungsgliedem,

F i g. 7 die der Spulenlage nach F i g. 6 zugeordnete Spulenlage.

Die F i g. 2a und 2b zeigen zwei Substratplättchen 1 und 2, auf denen Leitbahnlagen angeordnet sind. Eine erste Leitbahnspirale mit geradlinigen Teilsttücken verläuft zwischen dem Kontaktfleck 4 und dem Kontaktfleck S, der dem Eingangsanschluß e 1 nach Fig. I entspricht Auf dem Substratplättchen 2 nach Fi g. 2b befindet sich eine zweite Leitbahnspirale 6, die den inneren Kontaktfleck 7 mit dem Kontaktfleck 8 verbindet, der den Ausgangsanschluß a I bildet. Die beiden Leitbahnspiralen 3 und 6 weisen, wie ersichtlich, einen entgegengesetzten Drehsinn auf. Der Kontaktfleck 9 dient als gemeinsamer Masseanschluß und entspricht somit den Anschlüssen e2 und al nach Fig. 1. Zwischen dem Kontaktfleck 9 und dem Kontaktfleck 3 wird später der Kondensator Cl eingelötet.

Zur Fertigstellung des Schaltungsgliedes werden die so beiden Substratplättchen 1 und 2 «ibereinandergelegt und verklebt Die kleinen Kreise innerhalb der Kontaktflecken sollen Bohrungen mit metallbeschichteten Innenwänden andeuten. Mit Hilfe dieser Durchkontaktierungen werden die jeweils übereinanderliegenden Kontaktflecken miteinander verbunden. Insbesondere entsteht dadurch eine fortlaufende Wicklung mit gleichem Windungssinn, die sich von dem Kontaktfleck 5 über die Kontaktflecken 4 und 7 zu dem Kontaktfleck β fortsetzt

An den Kontaktflecken 5, 8 und 9 bzw. an den mit diesen verbundenen Kontaktflecken werden Anschlußfahnen befestigt, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Die Leitbahnlagen können durch Dick- oder Dünnfilmtechnik auf Keramiksubstraten oder durch Ätzen von kupferkaschierten Epoxid- oder Teflonplatten hereestellt werden. Selbstverständlich kann die zweite Leitbahnlage auch auf dem gleichen Substrat angeordnet sein, auf dem sich auch die erste Leitbahnlage befindet Würde man die Fig.2b in diesem Fall als Rückansicht des Substratplättchens 1 betrachten, dann müßte die Darstellung spiegelbildlich sein, wie leicht einzusehen ist

Es hängt von dem Abstand der beiden Spulen, d. h. von der Dicke des Substrats (ca. 0,2— 1 mm) ab, ob ein so aufgebautes Schaltungsglied mehr einem Laufzettglied, das einen Impuls vergleichsweise stark verzögert aber nur wenig verformt, oder mehr einem Tiefpaß, bei dem die Abflachung der Impulsflanken im Vordergrund steht zuzuordnen ist Eine Rolle spielt hierbei auch die zwischen den beiden Spulen wirksame Streukapazität für deren Größe neben dem Spulenabstand auch die Dielektrizitätskonstante des Substrats maßgebend ist Gleichzeitig mit der Verringerung der Spulenkopplung wird auch diese verteilte Kapazität kleiner.

In den F i g. 3a und 3b ist eine Anordnung dargestellt, die aus zwei hintereinandergeschalteten Einzelgliedern besteht Die Figuren zeigen ν .der die beiden Leitbahniagen, deren Ausbildung einschließlich dem Verlauf der spiralförmigen Einzelspulen der Zeichnung in Verbindung mit den Ausführungen zu den F i g. 2a und 2b deutlich zu entnehmen ist Ein näheres Eingeh' id darauf erübrigt sich daher. Entsprechend der zweigliedrigen Ausführung werden nunmehr auch zwei Kondensatoren CX benötigt von denen einer in der Fig.3a eingezeichnet ist. Hier ist ein sogenannter Chip-Kondensator zugrundegelegt bei dem die Beläge zu beiden Seiten eines dünnen, ebenen Substrats angeordnet sind.

Ein gleicher Kondensator ist an dem Kontaktfleck im Inneren der rechten Leitbahnspirale anzuschließen. In einem Muster einer zweigliedrigen Ausführung mit einer Gesamtlaufzeit von 3 ns betrugen die Abmessungen der Leitbahnlagen über alles 6x6 mm. Analog zu den anhand der F i g. 2a, 2b, 3a und 3b beschriebenen Ausführungsbeispielen können auch Anordnungen geschaffen werden, in denen mehrere Laufzeitglieder mit verschiedener Laufzeit z. B, 2 und 4 ns oder 2.4 und 6 na zusammengefaßt sind.

Im folgenden wird als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Baustein behandelt der noch Art der viellagigen Leiterplatten (Multilayer) mit geätzten Leitbahnen aufgebaut ist und intern IO Einzelglieder enthält. Die Kondensatoren Cl werden hier in an sich bekannter Weise durch die Kapazität zwischen zwei benachbarten großflächigen Leitbahnlagen gebildet.

Eine solche Kondensatoranordnung ist in den F i g. 4a und 4b dargestellt. Die Fig.4a zeigt eine dünne Isolierschicht 20, die auf der (dem Betrachter zugewandten) Oberseite neben einer Anzahl von Kontaktflecken e^;ne .^gedehnte Leitbahn 21 trägt Diese geht in die beiden Kontaktflecken 22 und 23 über, die später mit Anschlußstiften vtrbunden werden, welcne die Rolle der Anschlüsse a2Je2 nach Fig. 1 für alle in dem Baustein zusammengefaßten Schaltungsglieder übernehmen. Auf e'er Rückseite der Isolierschicht 20 befinden sich, durch gestrichelte Umrandungslinien angedeutet, fünf voneinander getrennte Leitbahnen 24, die in Verbindung mit der im folgenden als Reiugslage bezeichneten Leitbahnen 21 gleiche Kondensatoren bilden. Die Leitbahnen 24 stehen über Durchkontaktierungen mit den Kontaktflecken 25 in Verbindung. Die Fig. 4b zeigt einen Schnitt entlang der Linie AA in F i g. 4a.

Die drei aus der Fig.4b ersichtlichen Schichten

bilden nur einen Teil des Gesamtaufbaus des Bausteins. Dieser ist in Fig.5 als Schnittzeichnung dargestellt, wobei die Schnittlinie ebenso verläuft wie die Schnittlinie A-A in Fig.4a. Der Baustein besteht aus zwölf Leitbahnlagen, die in der Zeichnung durch verstärkte schwarze Linien dargestellt sind. Die Leitbahnlagen sind durch Isolierschichten getrennt, die im Gegensatz zur Darstellung in F i g. 5 in Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse auch verschieden dick sein können. Die beiden äußeren und die beiden mittleren Leitbahnlagen 21 bilden die Bezugslagen. Sie sind Über Durchkontaktierungen miteinander verbunden. In die beiden äußeren Bohrungen, deren Innenwandmetallisierungen als Durchkontaktierungen dienen, sind Anschlußstifte 33 eingesetzt. Aus der F i g. 5 ist erkennbar, daß der Baustein aus zwei, im Hinblick auf den Schichtaufbau gleichen Einheiten besteht, die durch die Isolierschicht 26 getrennt sind. Beide Einheiten schlie-Uen nach auüen durch eine Leitbahniage Zi ab (vergleiche Fig.4b). Die Leitbahnlagen der beiden Einheiten sind symmetrisch zu den Isolierschichten 27 bzw. 28 angeordnet. Zu beiden Seiten dieser Isolierschichten 27 und 28 befinden sich die Leitbahnlagen 29 und 30 bzw. 31 und 32, in denen die die Spulen bildenden Leitbahnspiralen verlaufen. Die Struktur einer solchen Leitbahnlage, beispielsweise der Leitbahnlage 29, ist in Fig.6 dargestellt. Entsprechend der Einteilung der Kondensatorlage nach Fig.4a in fünf Einzelkondensatoren sind auch hier für einzelne Leitbahnspiralen 34 bis 38, d. h. Spulen, vorgesehen. Die den ersten Spulen 34 bis 38 jeweils zugeordneten Spulen 34a bis 38a in der benachbarten Leitbahnlage 30 (F i g. 5) sind in der Fig.7 gezeigt. Abhangig von dem gewünschten Kopphingsgrad zwischen den übereinanderliegenden Spulen wird der Abstand der betreffenden Leitbahnlagen durch geeignete Wahl der Dicke der Isolierschicht 27(Fig.5)Testgelegt^

Beachtet man nun, daß wieder die inneren Endungen der Windungen der einander zugeordneten Spulen 34 und 34a, 35 und 33a usw. über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind und verfolgt man anhand

to der Fig.6 und 7 den Verlauf der Windungen bzw. Leitbahnspiralen, dann zeigt sich, daß zwischen den Anschlußpunkten 39 und 39a ein Einzelglied zugänglich ist, während zwischen den Anschlußpunkten 40 und 40a eine Kette aus vier Einzelgliedern liegt. In der zweiten Schaltungseinheit, die nach der Darstellung in F i g. 5 die untere Hälfte des Bausteins umfaßt, könnten beispielsweise Ketten aus zwei und drei Einzelgliedern gebildet werden. Im übrigen ist jedoch festzustellen, daß die Einteilung in Einzeigiieder und in Ketten von Einzeigiiedem nahezu beliebig vorgenommen werden kann, wobei lediglich die Zahl der verfügbaren Anschlußpunkte eine Beschränkung der Freizügigkeit erzwingen kann. So enthält der in den Fig.4a bis 7 als Ausführungsbeispiel dargestellten Baustein zehn Einzelglieder, aber nur sieben Paare von Anschlußpunkten, nachdem mindestens ein Anschlußpunkt für den Anschluß der Bezugslagen verbraucht ist.

Es Ü. noch darauf hinzuweisen, daß Schaltungsglieder der beschriebenen Art auch in Verdrahtungsplatten für allgemeine Verdrahtung, wie Leiterplatten von Flachbaugruppen oder sogenannte Riickwandverdrahtungsplatten integriert werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Als Tiefpaß- oder Laufzeitglied ausgebildetes passives Schaltungsglied mit zwei in Serie geschalteten Induktivitäten, die einen ersten Eingangsanschluß mit einem ersten Ausgangsanschluß verbinden und durch gegensinnig verlaufende Leitbahnspiralen gebildet sind, die durch eine erste Isolierschicht getrennt und konzentrisch übereinander in einer ersten bzw. zweiten Lettbahnlage angeordnet sind, wobei die inneren Enden der Leitbahnspiralen mittels einer Durchkontaktierung verbunden sind, mit einer Kapazität zwischen dem Verbindungspunkt der Induktivitäten und den miteinander verbundenen oder in sich zusammenfallenden zweiten Anschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität durch zwei parallelgeschaltete, gleich große Kondensatoren gebildet wird, d«»ren Beläge aus »iner dritten und vierten bzw. fünften und sechsten Leitbahnlage (21, 24) bestehen, die durch eine zweite bzw. dritte Isolierschicht voneinander getrennt und jeweils paarweise zu beiden Seiten der aus der ersten und zweiten Leitbahnlage (29,30, 31, 32) und der ersten Isolierschicht (27, 28) bestehenden Anordnung angeordnet sind, daß die einen Beläge der Kondensatoren, entsprechend der dritten bzw. fünften Leitbahnlage (24), durch eine vierte bzw. fünfte Isolierschicht von der ersten bzw. zweiten Leitbahniage (29, 30, 31, 32) getrennt sind und über die genannte Durchkontaktierung (25) an den Verbindungspunkt der Leitbahnspiralen angeschlossen sind und daß iie and /en Beläge der Kondensatoren, entsprechend der vierten bzw. sechsten Leitbahnlage (21) durch mindi »ens eine weitere Durchkontaktierung (22,23) miteinander verbunden sind.

2. Baustein mit mehreren passiven Schaltungsgliedern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einander entsprechenden Leitbahnlagen und Isolierschichten mehrerer (z. B. fünf) Schaltungsglieder einreihig nebeneinander in einer Ebene liegen.

3. Baustein nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltungsglieder bzw. Reihen von Schaltungsgliedern übereinander angeordnet sind.

4. Baustein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine innere Bezugslage für zwei übereinander angeordnete Schaltungsglieder bzw. Reihen von Schaltungsgliedern gemeinsam vorgesehen ist.