DE3137388C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Signalverarbeitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Anordnung dieser Art ist bekannt aus der US-PS 37 55 630.

Eine elektrische Anordnung, beispielsweise eine zur Verarbeitung digitaler Signale, wird häufig aus Leiterplatten aufgebaut, die in einem Rahmen einschiebbar sind. Die Rückwand des Rahmens besteht dabei aus einer Trägerleiterplatte, die auch Rückplan oder Mutterplatte genannt wird. Hierbei handelt es sich um eine Platte, die Aufnahmekontakte für jede Leiterplatte hat und ein Muster aus mehreren, normalerweise parallelen Leiterbahnen hat, welche die Kontakte miteinander verbinden. Die Leiter bestehen aus sogenannten "bus"-Leitern zur Übertragung von Speisespannungen zu den Leiterplatten und zur Übertragung von Signalen zwischen den Leiterplatten. Die Leiterplatten tragen an dem auf die Trägerleiterplatte gerichteten Rand Randkontakte, so daß ein Kontakt zwischen einer Leiterplatte und den Leiterbahnen der Trägerleiterplatte hergestellt wird, wenn die Leiterplatte an ihren Platz im Rahmen eingeschoben worden ist. Am vorderen, von der Trägerleiterplatte abgewandten Rand der Leiterplatte können Kontakte zum Anschluß an äußere Objekte, wie zum Beispiel an ein von der Anordnung gesteuertes Objekt, oder zum Anschluß von Anzeige- und Bedienungsgliedern angeordnet sein.

Eine solche Anordnung ist oft in Funktionseinheiten aufgeteilt, von denen jede eine oder mehrere Leiterplatten enthält. Ein Beispiel für eine Funktionseinheit ist ein Analog-Digital-Wandler. Die Funktionseinheiten und die Kommunikation zwischen denselben können/kann von einer programmierten Einheit, beispielsweise einem auf Leiterplatten im Rahmen angeordneten Mikrocomputer, gesteuert werden.

Der Bedarf an Signalübertragungen innerhalb einer Funktionseinheit ist meistens erheblich größer als der Bedarf an Signalübertragungen zwischen verschiedenen Funktionseinheiten. Es besteht daher der Bedarf, einige der Leiterbahnen der Trägerleiterplatte ("localbusses") zur Übertragung von Signalen zwischen Leiterplatten zu verwenden, die zu derselben Funktionseinheit gehören. Die zu diesem Zweck benutzten Leiterbahnen dürfen dann nicht über die zu der Funktionseinheit gehörenden Leiterbahnen hinausgehen. Dabei ist es notwendig, für jede spezifische Anordnung eine besondere Trägerleiterplatte herzustellen, wo die "localbusses" eine Unterbrechung zwischen jeder Funktionseinheit aufweisen. Dies ist kompliziert und kostspielig, und es ist auch schwierig, eine solche Anordnung zu ändern oder auszubauen, da jede Funktionseinheit von Anfang an einen von der Trägerleiterplatte bestimmten Platz und eine von der Trägerleiterplatte bestimmte räumliche Ausdehnung hat.

Die aus der eingangs genannten US-PS 37 55 630 bekannte Anordnung ist insbesondere bestimmt für Fernsprechsysteme zur Aufnahme der Leiterplatten für eine Anzahl getrennter Fernsprechleitungen. Die zu einer Fernsprechleitung gehörende Funktionseinheit besteht dabei aus mindestens zwei Arten von Einschubeinheiten. Die eine Art von Einschubeinheiten, von denen eine Funktionseinheit mehrere enthalten kann, enthält eine gewöhnliche Leiterplatte. Die andere Art von Einschubeinheiten, von denen pro Funktionseinheit nur eine vorhanden ist, enthält zwei unterschiedliche Leiterplatten und zusätzliche Prüfstecker. Dementsprechend sind die Anschlußstellen der für die Signalverbindungen bestimmten Leiterbahnen auf der Trägerleiterplatte hinsichtlich ihrer Anordnung und ihrer Verbindung mit den Leiterbahnen nicht untereinander identisch. Diese Leiterbahnen sind nicht an allen Stellen, an denen sich Kontaktvorrichtungen befinden, unterbrochen. Der Aufbau der Trägerleiterplatte ist somit relativ kompliziert. Für jede Funktionseinheit muß ein bestimmtes maximales Raumvolumen vorgesehen sein, so daß, wenn die tatsächliche Funktionseinheit aus weniger Leiterplatten besteht, als maximal Plätze vorgesehen sind, die Anordnung schlecht ausgenutzt ist. Außerdem müssen für die freien Einschubplätze zusätzliche Hilfseinschübe vorgesehen werden, welche die Unterbrechungen der Leiterbahnen an den Kontaktvorrichtungen für diese Einschubplätze überbrücken.

Aus der DD-PS 1 11 141 ist unter anderem ein Gehäuse zur Aufnahme einer Anzahl von nebeneinander anzuordnenden Gestelleinschübe bekannt, bei der elektrische Verbindungen zwischen den Gestelleinschüben über die Rückwand des Gehäuses hergestellt werden, wobei die Gehäuserückwand und die Rückseiten der Gestelleinschübe mit aneinander angepaßten Kontaktvorrichtungen versehen sind und die Gehäuserückwand verbindende Leiterbahnen aufweist. Die Gestelleinschübe sind dabei zu einer Funktionseinheit zusammengefaßt. Um zu ermöglichen, daß die Gestelleinschübe an beliebigen Stellen in das Gehäuse eingeschoben werden können, werden über die Leiterbahnen der Gehäuserückwand nur die Speisespannungen zugeführt. Alle anderen Verbindungen werden nach erfolgtem Einschub beziehungsweise nach Festlegung der Einschubpositionen durch äußere Kabel hergestellt. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß zur Herstellung der Verbindungen viel Material und viel Zeit erforderlich sind.

Bei einer anderen aus der DD-PS 1 11 141 bekannten Anordnung können die Gestelleinschübe an beliebiger Stelle in das Gehäuse eingeschoben werden, ohne daß eine äußere (nachträgliche) Verkabelung erforderlich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß für jede vorkommende funktionale Verbindung zwischen mindestens zwei Gestelleinschüben eine sich über die gesamte horizontale Breite der Gehäuserückwand erstreckende Leiterbahn reserviert wird. Das hat zur Folge, daß die Gehäuserückwand und jeder Gestelleinschub in vertikaler Richtung mit sehr vielen Kontaktvorrichtungen versehen sind und die Gehäuserückwand eine entsprechende hohe Anzahl von horizontalen Leiterbahnen erfordert. Dies stellt einen hohen Materialaufwand dar und zwingt unter Umständen zu einer räumlichen Vergrößerung der Gesamtanordnung. Auch müssen an sich gleiche Gestelleinschübe hinsichtlich der Anschlüsse an ihre Kontaktvorrichtungen unterschiedlich ausgebildet werden, was bei komplizierten Anlagen zur Bereithaltung vieler verschiedener Gestelleinschübe zwingt. Die horizontalen Leiterbahnen weisen bei dieser Anordnung keine Unterbrechungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der eine standardisierte Trägerleiterplatte einfachen Aufbaus verwendet werden kann, die unabhängig von der Leiterplattenanzahl der einzelnen Funktionseinheiten ist und die es erlaubt, jede Funktionseinheit an einer beliebigen Stelle der Trägerleiterplatte unterzubringen. Dabei soll, unabhängig vom Umfang der einzelnen Funktionseinheiten, der auf der Trägerleiterplatte verfügbare Raum stets lückenlos ausnutzbar sein.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung kann die Trägerleiterplatte vollständig ausgenutzt werden, unabhängig davon, wie viele Leiterplatten zu jeder einzelnen Funktionseinheit gehören. Es können die zu einer Funktionseinheit gehörenden nebeneinander anzuordnenden Leiterplatten, unabhängig von ihrer Anzahl, an jeder beliebigen Stelle der Trägerleiterplatte eingesteckt werden. Die Nebenplatten der Funktionseinheit können dabei in untereinander beliebiger Reihenfolge angeordnet werden. Die Trägerleiterplatte hat einen einfachen Aufbau, da für die verbindenden Leiterbahnen nur eine Art von Kontaktvorrichtungen benötigt wird, die alle in gleicher Weise mit den Leiterbahnen verbunden sind.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Trägerleiterplatte mit zugehörigen Leiterplatten,

Fig. 2 die Trägerleiterplatte gemäß Fig. 1 von vorne gesehen,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Trägerleiterplatte gemäß Fig. 2 längs der Linie A-A,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Trägerleiterplatte gemäß Fig. 2 längs der Linie B-B.

Fig. 1 zeigt die vertikal ganz hinten in einem Rahmen angeordnete Trägerleiterplatte 1. Der Rahmen selbst ist der Deutlichkeit halber nicht dargestellt. Bei der Trägerleiterplatte handelt es sich um eine Leiterplatte, d. h. eine Platte aus Isoliermaterial (zum Beispiel glasfaserarmierter Kunststoff) mit einem Muster aus Leiterbahnen auf der Rückseite. Das Leiterbahnenmuster besteht aus mehreren parallel und horizontal verlaufenden Leiterbahnen. Auf der Vorderseite der Trägerleiterplatte sind mehrere Kontaktvorrichtungen A 11 bis H 11 und A 21 bis H 21 angebracht. Davon sind die Kontaktvorrichtungen B 11 bis G 11 und B 21 bis G 21 zum Anschluß von Leiterplatten B bis G vorgesehen. Diese Platten haben Randkontakte B 12 bis G 12 und B 22 bis G 22, welche, wenn die Leiterplatten an ihren Platz im Rahmen geschoben werden (siehe die gestrichelten Pfeile bei der Platte B), Kontakt mit den Kontaktvorrichtungen der Trägerleiterplatte haben. Die auf jeder Leiterplatte angebrachten Bauteile (die in der Figur nicht gezeigt sind) und die Schaltkreise werden dann über die Leiterbahnen der Leiterplatte, deren Randkontakte und die Kontaktvorrichtungen der Trägerleiterplatte mit den Leiterbahnen auf der Rückseite der Trägerleiterplatte verbunden.

Die Kontaktvorrichtungen A 11 bis H 11, A 21 und H 21 sind einreihig und dienen zum Anschluß an andere Trägerleiterplatten, die über und unter der Trägerleiterplatte 1 angeordnet sein können.

Fig. 2 zeigt die Trägerleiterplatte 1 von vorne, also die Seite der Trägerleiterplatte 1, die auf die Leiterplatten gerichtet ist. Fig. 3 zeigt einen Schnitt A-A, der in Längsrichtung durch die Leiterbahn a auf der Rückseite der Trägerleiterplatte verläuft. Fig. 4 zeigt einen entsprechenden Schnitt B-B durch die Leiterbahnen e auf der Rückseite der Trägerleiterplatte.

Die Leiterbahnen a bis l auf der Rückseite der Trägerleiterplatte sind durch gestrichelte Linien in Fig. 2 angedeutet. Der Deutlichkeit halber ist als Beispiel nur eine kleine Anzahl Leiterbahnen gezeigt; in Wirklichkeit kann die Zahl der Leiterbahnen erheblich größer sein.

Die Leiterbahnen a bis d dienen zur Speisung der Leiterplatten B bis G und zur Übertragung von Daten, Steuersignalen und anderen Signalen zwischen den Funktionseinheiten. An jedem Leiterplattenplatz sind die Leiterbahnen mit den dort angeordneten einpoligen Kontaktvorrichtungen verbunden, deren Kontakte mit Aa, Ab usw. bis Hd bezeichnet sind.

Die Leiterbahnen e bis l dienen zur Kommunikation zwischen den Leiterplatten innerhalb jeder Funktionseinheit und bilden eine oder mehrere lokale Vielfachleitungen (local bus). Beispielsweise können einige der Leiterbahnen zur Übertragung von digitalen Adressensignalen in Parallelform angeordnet sein und eine sogenannte Adressenvielfachleitung (Adressenbus) bilden. Einige der Leiterbahnen können zur Übertragung von digitalen Daten in Parallelform vorgesehen und eine sogenannte Datenvielfachleitung (Datenbus) sein. Schließlich können einige der Leiter zur Übertragung von anderen Signalen in den Funktionseinheiten vorgesehen sein. Jede Leiterbahn e bis l hat an jeder Leiterplatte eine Unterbrechung. Jede Leiterbahn wird dadurch in mehrere gegeneinander isolierte Teile e 1 bis e 7, f 1 bis f 7 usw. aufgeteilt. Das linke Ende jedes Leiterbahnenteils (z. B. e 2) ist mit dem rechten Kontakt (Be 2) der links von dem betrachteten Leiterbahnteil liegenden zweireihigen Kontaktvorrichtung (B 21) verbunden, während das rechte Ende jedes Leiterbahnteils mit dem linken Kontakt (Ce 1) der rechts von diesem Leiterbahnteil liegenden zweireihigen Kontaktvorrichtung (C 21) verbunden ist. Die äußersten Leiterbahnteile (z. B. e 1, e 7) sind mit ihren äußeren Enden mit entsprechenden Kontakten (Ae 1, He 7) an den einreihigen Kontaktvorrichtungen (A 21, H 21) verbunden.

Fig. 3 zeigt einen durch die Leiterbahn a verlaufenden Schnitt durch die Trägerleiterplatte 1 und eine Leiterplatte B (Schnitt A-A in Fig. 2). Die Leiterbahn a steht mit den Kontakten Aa bis Ha in Verbindung. Der Kontakt Ba′ der Leiterplatte B hat Kontakt mit Ba, wenn die Leiterplatte an ihren Platz geschoben worden ist, wobei die Leiterbahn a mit dem Leiterbahnmuster Bm der Leiterplatte B verbunden wird. Die übrigen Kontakte Bb bis Bd der Kontaktvorrichtung B 11 sowie die Kontakte der übrigen oberen Kontaktvorrichtungen A 11 bis H 11 der Trägerleiterplatten und die Kontaktvorrichtungen B 12 bis G 12 der Leiterplatten B bis G sind in entsprechender Weise ausgeführt.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt B-B aus Fig. 2 durch die Leiterbahn e und die Leiterplatten B bis G. Die Leiterbahnteile e 1 bis e 7 sind in der oben beschriebenen Weise mit den Kontakten Ae 1, Be 1, Be 2 usw. verbunden. Bei den Leiterplatten handelt es sich um zwei verschiedene Arten, nämlich die Hauptplatten B, E, F und die Nebenplatten C, D, G. Die Kontaktvorrichtungen der Platten (z. B. B) haben zwei Kontakte (Be 1′ und Be 2′) für jede Leiterbahn (z. B. e) in der lokalen Vielfachleitung e bis l. Bei der Hauptplatte ist der rechte Kontakt (Be 2′) mit dem Leiterbahnmuster auf dieser Platte und damit mit den auf der Platte angeordneten Bauteilen und Schaltkreisen verbunden. Der linke Kontakt (Be 1′) ist dagegen nicht angeschlossen und hat keine Funktion; er kann eventuell fortgelassen werden. Eine Hauptplatte (z. B. B) wird dadurch nur an den rechts von der Platte liegenden Teil (e 2) der lokalen Vielfachleitung angeschlossen. Bei einer Nebenplatte (z. B. C) sind dagegen die beiden Kontakte (Ce 2′ und Ce 3′) elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise durch einen durch eine Öffnung in der Platte hindurchgehenden Teil des Leiterbahnmusters (Cm) der Leiterplatte. Hierdurch wird eine Überbrückung gebildet, durch welche die Leiterbahnteile (e 2, e 3) rechts und links der Leiterplatte (C) miteinander verbunden werden. Ferner wird das Leiterbahnmuster Cm der Platte mit den Leiterbahnteilen (e 2, e 3) verbunden.

Für die übrigen Leiterbahnen f bis l der lokalen Vielfachleitung sind die Trägerleiterplatte und die Leiterplatten auf entsprechende Weise ausgebildet.

Jede Funktionseinheit ist so ausgebildet, daß sie nur eine einzige Hauptplatte B, E oder F enthält. Diese kann an einem beliebigen Platz im Rahmenwerk liegen. Dabei wird sie einerseits mit den gemeinsamen Vielfachleitungen (den Leiterbahnen a bis d) und andererseits mit dem Abschnitt der lokalen Vielfachleitungen (e bis l) verbunden, der unmittelbar rechts von der genannten Hauptplatte liegt.

Wenn die Funktionseinheit mehr als eine Platte enthalten soll, so werden die übrigen Platten in der Funktionseinheit als Nebenplatten ausgebildet und in beliebiger Reihenfolge unmittelbar rechts von der Hauptplatte der Funktionseinheit eingesetzt. Jede Nebenplatte koppelt die lokale Vielfachleitung in der oben beschriebenen Weise einen Schritt weiter, und sämtliche Platten der Funktionseinheit werden an die lokale Vielfachleitung angeschlossen.

Die lokale Vielfachleitung einer Funktionseinheit wird links von der Hauptplatte der Einheit und recht von einer anderen Hauptplatte oder von einem leeren Plattenplatz unterbrochen.

In dem beschriebenen Beispiel bilden somit die Platten B, C und D eine Funktionseinheit, bei der die lokale Vielfachleitung aus den Leiterbahnabschnitten e 2 bis e 4, f 2 bis f 4 usw. besteht. Die Platte E bildet allein eine Funktionseinheit. Die Platten F und G bilden schließlich eine dritte Funktionseinheit, bei der die lokale Vielfachleitung aus den Leiterbahnabschnitten e 6 bis l 6 besteht.

Die lokalen Vielfachleitungen können mit Hilfe der Kontaktvorrichtungen A 21 und H 21 mit anderen Rahmen und Trägerleiterplatten verbunden werden, und eine Funktionseinheit kann daher auf verschiedenen Trägerleiterplatten liegende Teile umfassen.

Die Hauptleiterplatten können an alle gemeinsamen Leiterbahnen a bis d angeschlossen sein, während die Nebenleiterplatten nur an diejenigen (eine oder mehrere) dieser Leiterbahnen angeschlossen sind, welche die Platten mit Speisespannungen versorgen. Die Hauptplatte jeder Funktionseinheit steuert dabei die Nebenplatten der Funktionseinheit (über die lokale Vielfachleitung) sowie die Kommunikation in der Funktionseinheit an der lokalen Vielfachleitung.

Bei einer Anordnung nach der Erfindung können Funktionseinheiten, bestehend aus einer oder mehreren Leiterplatten beliebig auf der Trägerleiterplatte gemischt und diese an beliebigen Plätzen in dem/den Rahmen placiert werden. Die Anordnung kann durch das Versetzen von Leiterplatten und durch das Einsetzen neuer Leiterplatten einfach modifiziert oder erweitert werden, wobei lediglich verlangt wird, daß die Nebenplatten einer Funktionseinheit auf einer bestimmten Seite unmittelbar neben der Hauptplatte der Funktionseinheit placiert werden. Dies beruht darauf, daß die Aufteilung von lokalen Vielfachleitungen zwischen den Einheiten nicht von der Ausführung des Schaltschemas abhängt, sondern automatisch beim Einsetzen der Platten geschieht.

Ferner erzielt man erhebliche wirtschaftliche und produktionstechnische Vorteile dadurch, daß ein und derselbe Schaltplan-Typ verwendet werden kann, unabhängig von der gerade vorliegenden Aufteilung der Leiterplatten auf Funktionseinheiten.

Vorstehend wurde eine Anordnung beschrieben, bei der die Nebenplatten einer Funktionseinheit unmittelbar rechts von der Hauptplatte placiert werden. Alternativ kann die Anordnung so ausgebildet sein, daß die Nebenplatten unmittelbar links von der Hauptplatte placiert werden.

Das vorstehend beschriebene Prinzip nach der Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung in digitalen Anordnungen, in denen die Leiterbahnen zwischen den Platten und den Funktionseinheiten Datenvielfachleitungen sind. Das Prinzip kann auch bei Anordnungen mit beliebigem Signalinhalt auf den Leiterbahnen angewendet werden.

Claims (3)

1. Anordnung zur Signalverarbeitung mit mehreren Leiterplatten (B bis G) mit darauf angebrachten elektrischen Bauteilen und mit einer für die Leiterplatten gemeinsamen Trägerleiterplatte (1), die eine Gruppe von Leiterbahnen (e bis l) enthält, über welche elektrische Verbindungen zwischen benachbarten Leiterplatten herstellbar sind und die Unterbrechungen an Anschlußstellen von Leiterplatten haben, wobei jede Leiterplatte eine Kontaktvorrichtung (zum Beispiel B 22) enthält, die so angeordnet ist, daß sie mit einer entsprechenden, mit den genannten Leiterbahnen der Trägerleiterplatte verbundenen Kontaktvorrichtung (B 21) auf der Trägerleiterplatte Kontakt hat, und wobei die Leiterplatten Funktionseinheiten bilden und bestimmte Leiterplatten zur Überbrückung der Unterbrechungen in den Leiterbahnen (e bis l) der Trägerleiterplatte mit Überbrückungsgliedern versehen sind, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die zum Anschluß an die genannte Gruppe von Leiterbahnen (e bis l) vorgesehenen Anschlußstellen der Leiterplatten hinsichtlich ihrer Anordnung und ihrer Verbindungen mit den Leiterbahnen untereinander identisch sind,
• 2. daß die Leiterplatten entweder Hauptplatten (B, E, F) bilden, die keine Überbrückungsglieder für die genannte Leiterbahngruppe (e bis l) haben, oder Nebenplatten (C, D, G) bilden, die Überbrückungsglieder (Ce 2′, Cm, Ce 3′) zur Überbrückung der Unterbrechungen in sämtlichen Leiterbahnen der Leiterbahngruppe (e bis l) haben,
• 3. daß jede Funktionseinheit (z. B. B, C, D) zumindest eine Leiterplatte enthält und von den Leiterplatten jeder Funktionseinheit nur eine Leiterplatte (B) eine Hauptplatte ist, während die übrigen Platten (C, D) Nebenplatten sind, und
• 4. daß die Hauptplatten und die Nebenplatten in jeder beliebigen Kontaktvorrichtung (B 21 bis G 21) der Trägerleiterplatte derart einsetzbar sind, daß sich die Nebenplatten jeder Funktionseinheit entweder alle rechts oder alle links der Hauptplatte befinden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungsglied jeder Nebenplatte (z. B. C) für jede der mit Unterbrechung versehenen Leiterbahn (z. B. e) aus einer Verbindung (Cm) zwischen den beiden der Leiterbahn entsprechenden Polen (Ce 2′, Ce 3′) des Kontaktgliedes der Nebenplatte besteht.

3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerleiterplatte (1) zusätzlich durchgehende, nicht unterbrochene Leiterbahnen (a bis d) vorhanden sind.