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Elektronisches Gerät in Modulbauweise unter Verwendung gedruckter Leiterplatten
Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Geräte in Modulbauweise unter Verwendung gedruckter
Leiterplatten, insbesondere auf die Ausführung und Anordnung der Leitungsführung auf mit Modulbaustei- nen bestückten gedruckten Leiterplatten, auf die Zuordnung der Kerben der Modulplatten zu bestimmten
Gruppen von Schaltungspunkten sowie auf die Ausführung und Anordnung der Modulbausteine selbst.
Für die Herstellung elektronischer Geräte ermöglicht die Verwendung standardisierter Bauteile in Verbindung mit dem Einsatz der Technik der gedruckten Schaltung einen automatisierungsfähigen Zusammenbau sowie eventuell auch eine Verkleinerung, Gewichtsminderung und Kostensenkung der Geräte.
Bekannt ist bereits, für diese Zielstellung sogenannte Module einzusetzen. Derzeitige Modulelemente bestehen im wesentlichen aus einer keramischen Grundplatte, auf der die elektrischen Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten usw.) angeordnet sind und bei der entlang ihren Kanten im Rastermass Kerben mit aufgebrannten Metallüberzügen vorgesehen sind.
Mehrere derartige Platten ergeben übereinandergeschichtet den sogenannten Modulbaustein bzw. Modulblock, bei dem die jeweiligen übereinanderliegenden K erben der Plattenkanten durch Leiter mechanisch und elektrisch verbunden werden. Mit den Verlängerungen der Verbindungsdrähte zwischen den einzelnen Platten, künftig als Steigleitungen bezeichnet, können die Modulblocks z. B. auf gedruckte Leiterplatten aufgesteckt und zu grösseren Einheiten vereinigt werden.
Bei den bekannten in Modulbauweise ausgeführten elektronischen Geräten oder Baugruppen handelt es sich um in sich geschlossene Stufen (z. B. Verstärker, Oszillatoren usw.), die vorzugsweise manuell mit Hilfe von gedruckten Leiterplatten zu kompletten Geräten vereinigt werden. Es wird hiebei als nachteilig empfunden, dass die maschinelle Bestückung der Leiterplatten mit den vorgefertigten Modulblocks schwierig ist und dass die einzelnen Baustufen nur in einer bestimmten vorher festgelegten Weise in die Gesamtschaltung eingefügt werden können. Dies ist bei Geräten mit geradliniger Signalfortpflanzung (mehrstufige Verstärker od. dgl.) ohne Nachteil, zwingt aber zu komplizierter Leitungsführung, wenn es sich um Geräte mit starker Vernetzung der Baustufen handelt, wie es z. B. bei logischen und Rechenschal- tungen der Fall ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Ausführung der Modulblocks und der zugehörigen Leiterplatten zu schaffen, die eine weitere Verringerung an Volumen, Gewicht und Kosten erblingt und den maschinellen Zusammenbau der Modulblocks zu kompletten Geräten ermöglicht, wobei eine vielfältige kreuzungsfreie Verbindung der einzelnen Modulblocks untereinander erreicht werden soll.
Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe besteht darin, dass die Leiterplatten in an sich bekannter Weise auf beiden Seiten mit Leitungszügen versehen sind und zur Herstellung von Leitungskrauzungen zusätzliche Leitungsverbindungen zwischen beiden Seiten an im Raster unterhalb der Module liegenden Stellen vorhanden sind, dass an den durch Speisepotentialleitungen blockierten Kerben Leitungen für die Verbindung der Modulplatten innerhalb eines Modulblockes angebracht sind, dass auf den einzelnen Modulplatten Universalschaltstrukturen aufgebracht sind, deren Schaltungspunkte zur Festlegung der elektrischen oder logischen Funktion mit dem Leitersystem der Trägerplatte verbunden sind,
dass Steigleitungen vom Modulblock zur Trägerplatte nur an zwei parallelen Kanten der Modulblocks angebracht sind und dass an den Kerben der rechtwinklig dazu verlaufenden Kanten die elektrischen Bauelemente auf den
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Modulplatten kontaktiert sind.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung in ihren einzelnen Merkmalen erläutert.
In der Zeichnung stellen dar : Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes aus einer dop- pelseitig mit Leitern versehenen Trägerplatte, Fig. 2 die Zuführung von Speisepotentialen zu den Modul- blocks, Fig. 3 die Führung der Speisepotentialleitungen auf der Trägerplatte, Fig. 4 eine auf den Platten des Modulblocks aufgebrachte Universalschaltstruktur, Fig. 5 die Verteilung und Zuordnung der Kerben der Modulplatten zu den Schaltungspunkten, Fig. 6 den Ausschnitt aus einer Trägerplatte mit wahlweise eingesetzten Modulblocks und Fig. 7 die Anordnung. der Steigleitungen an den Modulblocks.
Die Fig. 1 stellt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus der Leiterführung einer für die
Bestückung mit Modulblocks vorgesehenen, doppelseitig mit Leiterzügen versehenen Trägerplatte dar. Die schraffierten Flächen, z. B. 1, stellen die projizierten Flächen der Modulblocks auf der Trägerplatte dar.
In dieser Platte sind die nur auf der Unterseite verlöteten Steigleitungen 2 zum Modulblock eingezeichnet.
Als Verbindungsmittel sind im Ausführungsbeispiel Nieten 3 vorgesehen. Die gestrichelten Linien, z. B. 4, bedeuten Leiterzüge im Rastermass auf der Unterseite der Trägerplatte, während die ausgezogenen Linien, z. B. 5, Leiterzüge auf der Oberseite der Trägerplatte bedeuten. AusdemAusführungsbeispietFig. l wird klar ersichtlich, dass die Vorteile der erfindungsgemässen Teillösung darin bestehen, dass Brücken für er- forderliche Leitungskreuzungen vorzugsweise ohne zusätzlichen Flächen- und damit Volumenbedarf rea- lisiert werden können. Dabei soll die gezeigte Variante im Ausführungsbeispiel keine Einschränkung des
Erfindungsgedankens an sich bedeuten.
Als weitere Verbindungsmittel sind beispielsweise die im galvanischen Prinzip durchmetallisierten Löcher geeignet.
An Hand der Fig. 2 wird die Zuführung der Speisepotentiale zu den Modulblocks näher erläutert. Die Stammleitungen 1, 2 und 3 werden innerhalb der parallel projizierten Flächen der Modulblocks auf der
Trägerplatte geführt und sind mit jedem Modulblock nur in je einer Kerbe, z. B. 4,5 und 6, verbunden.
Die andern hinsichtlich Steigleitungen zur Trägerplatte blockierten Kerben, z. B. 7,8 und 9, werden insgesamt dadurch nutzbar, dass sie ausschliesslich für Verbindungen innerhalb des Modulblocks vorgesehen werden. Damit wird der Vorteil ersichtlich, dass für die Verbindung von n Stammleitungen mit dem Modulblock effektiv auch nur n Kerben je Modulblock benötigt werden.
Die Fig. 3 stellt einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus einer Trägerplatte dar, auf der p = 6 Speisepotentialstammleitungen 1-6 erforderlich sind und auf welcher die Modulblocks 7-18 zeilenweise so zusammengefasst sind, dass jeder Zeile nur an sich beliebigen = 2 bzw. n = 3 Speisepotentialstammleitungen in gleichartiger Kerbenzuordnung zugeführt werden müssen. Hiedurch wird der Vorteil dieser Teillösung ersichtlich, welcher darin besteht, dass die Anzahl der n aus m jeder Modulblockzeile zuzuführenden Speisepotentiale ümso kleiner ist, je weiter. die Schaltung der Funktionseinheit in Modulbausteine mit möglichst einheitlicher Anzahl von an sich beliebigen Speisepotentialen zerlegt wurde.
Ferner besteht ein Vorteil darin, dass je Trägerplatte durch die zeilenweise Zusammenfassung solcher Gruppen von Modulbausteinen mit jeweils gleichem Wert von n und gleichartiger Kerbenzuordnung bei Modulbausteinen mit n < nmax zusätzlich 2 (nmax - n) Kerben für andere Zwecke nutzbar werden.
Fig. 4 stellt ein Beispiel für eine auf einem Modulblock angeordnete Universalschaltstruktur dar, aus welcher durch die Herausführung geeigneter Schaltungspunkte auf die Trägerplatte sowie durch wahlweise vorzusehende Kurzschlussbrücken bzw. Verbindungen zu Signal- oder Speisepotentialquellen beispielsweise vier prinzipiell verschiedene Schaltstrukturen I-IV entwickelt werden. Bei der Schaltstruktur I werden die Klemmen 1 und 2 sowie 5 und 6 über die Trägerplatte kurzgeschlossen, während an den Klemmen 3 und 7 geeignete Spannungsquellen angeschlossen sind sowie an der Klemme 4 Null zugeführt wird.
Diese Schaltstruktur I beinhaltet beispielsweise drei spezielle logische Bausteine, nämlich Negator oder Impulsverstärker oder Halb-Flip-Flop. Bei der Schaltstruktur II werden die Klemmen 5 und 6 über die Trägerplatte kurzgeschlossen, während an den Klemmen 1 und 4 geeignete Signalquellen und an den Klemmen 3 und 7 geeignete Spannungsquellen angeschlossen werden und an der Klemme 2 Null zugeführt wird. Damit wäre z. B. eine Torschaltung mit vorgeschaltetem Verzögerungsglied realisiert. Die Schaltstruktur III geht z. B. aus II dadurch hervor, dass Klemme 7 an keine Spannungsquelle angeschlossen ; sondern offen gelassen wird. Damit wäre z. B. eine koinzidente Ansteuerstufe mit einem verzögerten Eingang für einen Halb-Flip-Flop verwirklicht.
Bei der ScIialtstrukturIV werden die Klemmen 1 und 2 über die Trägerplatte kurzgeschlossen, und an die Klemme 3 wird eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen. Damit entsteht z. B. die allgemeine Form eines Eingangs für logisches Und bzw. eines Einganges für logisches Oder. Beim logischen Und werden z. B. eine entsprechende Anzahl Schaltstrukturen mit ihren Klemmen 4 und 5 so in Reihe geschaltet, dass lediglich Klemme 4 der einen äusseren Schaltstruktur auf Null bzw. Klemme 5 der andern äusseren Schaltstruktur über den gemeinsamen Arbeitswiderstand
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me 7 an einer geeigneten Spannungsquelle liegt Beim logischen Oder werden z.
B. eine entsprechende Anzahl Schaltstrukturen mit ihren Klemmen 4 und 5 parallelgeschaltet, wobei alle Klemmen 4 auf Null und alle Klemmen 5 mit nur einer Klemme 6 über den gemeinsamen Arbeitswiderstand mit der Klemme 7 an einer geeigneten Spannungsquelle liegen.
Obwohl sich aus der Universalschaltstruktur der Fig. 4 noch weitere prinzipiell verschiedene Schalt- strukturen entwickeln lassen, soll jetzt abgebrochen werden, da die erfindungsgemässe Teillösung hinrei- chend demonstriert ist. Stets anzustreben ist der Fall, in welchem die absoluten Beträge und Toleranzen möglichst vieler nach Art und Schaltzweck gleicher Bauelemente der Universalschaltstrukturen für mög- lichst viele der prinzipiell verschiedenen Schaltstrukturen, z. B. I-lV, sowie für möglichst viele spe- zielle Bausteine der prinzipiell verschiedenen Schaltstrukturen, z. B. Negator, Impulsverstärker, Halb-
Flip-Flop, Torschaltung usw., gleiche Werte haben.
Es ist klar ersichtlich, dass diese Teillösung sehr be- deutende Vorteile hinsichtlich Standardisierung und damit hinsichtlich der spezifischen Kosten bietet.
An Hand der Fig. 5a wird die Verteilung und Zuordnung der Kerben der Modulplatten zu den Schaltungspunkten näher erläutert. Die auf der Modulplatte gedachten vier Quadranten I-IV sollen hinsichtlich einer beliebigen Achse x oder y in mindestens zwei Quadranten oder hinsichtlich beider Achsen x und y in mindestens drei Quadranten in ihrer Kerbenzuordnung hinsichtlich der genannten drei Kategorien von Schaltungspunkten axialsymmetrisch sein. Einen besonders günstigen Fall stellt die doppelte Axialsymmetrie aller vier Quadranten dar, wobei die jeweils gleich bezifferten Kerben aller vier Quadranten einer der drei bereits definierten Kategorien von Schaltungspunkten zugeordnet werden. Der Vorteil dieser Lösung besteht nun darin, dass von einem vorgegebenen Leitungsbild auf der Modulplatte, z.
B. demjenigen der Fig. 5b, durch Drehung um 1800 um die x-Achse (Fig. 5c) oder um die y-Achse (Fig. 5d) oder um die z-Achse (Fig. 5e) insgesamt vier vollkommen verschiedeneLeitungsbilder erzeugt werden kön- nen. Vorzugsweise im Falle der doppelten Axialsymmetrie derKerbenzuordnungkönnen diedurch die Plat- tendrehung gewonnenen zusätzlichen Leitungsbilder auf der Modulplatte auch genutzt werden. Eine in dieser Hinsicht vorteilhafte Ausführung mit ungeraden Kerbenanzahlen je Kante (Fig. 5f) erhöht die Nutzbarmachung aller durch Plattendrehung erzeugbaren Leitungsbilder, da die auf der jeweiligen gedachten Achse liegenden Kerben 1 und 2 bzw. 3 und 4 bei Drehung um dieselbe Achse keine Ortsveränderung erfahren.
Aus den erläuterten Ausführungsbeispielen wird klar ersichtlich, dass diese Teillösung bei der Montage der Platten je nach Bedarf in der Normallage oder um eine Achse um 1800 gedreht den Vorteil bietet, dass an sich erforderliche z prinzipiell verschiedene Leitungsbilder einer Funktionseinheit, z. B. einer kompletten Baureihe von elektrischen bzw. logischen Bausteinen oder eines kompletten elektronischen Gerätes, auf nur noch z/2-z/4 herabgesetzt werden können.
Fig. 6 zeigt einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus einer mit Modulblocks bestückten Trägerplatte, wobei der Modulblock 2 vor Bestückung der Trägerplatte gegenüber dem Modulblock 1 um 1800 um die Achse gedreht wurde, welche rechtwinklig zu den auf der Trägerplatte verlaufenden Stammleitungen 4,5 und 6 zu denken ist. Der Vorteil dieser Teillösung besteht darin, dass sich insbesondere für symmetrische, aus mehreren Modulbausteinen zusammengesetzte elektrische oder logische Schaltungen, wie z. B. Flip-Flops usw., sehr einfache Leitungsführungen zwischen den zu verbindenden Steigleitungen der jeweiligen Modulblocks ohne oder mit minimaler Notwendigkeit von Leitungskreuzungen ergeben, oh- ne dass durch die Drehung eine Vertauschung der zu den jeweiligen Stammleitungen, z. B. 4 und 6, füh- renden Steigleitungen, z.
B. 7 und 7', 8 und 8', auftritt.
Fig. 7a stellt einen Modulblock dar, entlang dessen an zwei parallelen Kanten im verschiedenen Kerben, z. B. 1-7, Steigleitungen vorgesehen wurden. Fig. 7b zeigt einen Ausschnitt aus der in Betracht stehenden Leitungsführung auf der Trägerplatte, welche mit Modulblocks nach der Fig. 7a bestückt werden soll.
Wie aus dem Ausführungsbeispiel Fig. 7b klar hervorgeht, besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass auf der Trägerplatte unterhalb derjenigen Kanten des Modulblocks, welche für die Kontaktierung von Bauelementen vorgesehen wurden, welche also niemals Steigleitungen besitzen, je Modulblockzeile zwei von den jeweiligen Modulblocks unabhängige Verbindungswege l und 2 parallel zu den erwähnten Kanten ohne zusätzlichen Flächenbedarf verfügbar werden sowie darin, dass in der dazu rechtwinkligen Richtung im Prinzip je Modulblockspalte so viele von den jeweiligen Modulblocks unabhängige Verbindungswege ohne zusätzlichen Flächenbedarf frei werden, z.
B. 3 bzw. 4 und 5, wie Kerbenpaare für die Kontaktierung von Bauelementen vorgesehen wurden, abzüglich solcher Verbindungswege, die bereits entsprechend einer früher behandelten Teillösung durch zusätzliche Brücken in gleicher Achse belegt sind, z. B. 6 und 7 bzw. 8.
Darüber hinaus bietet diese Teillösung den sehr wichtigen Vorteil, dass die für eine automatische Be- ; tückung der Trägerplatten mit Modulblocks infolge der notwendigen parallelen Einführung aller Steig-
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leitungen des Modulblocks in die Trägerplatte erforderliche Justierung der Steigleitungen unproblematisch wird und mit einfachen, hier nicht gezeigten Mitteln, gelöst werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektronisches Gerät in Modulbauweise unter Verwendung gedruckter Leiterplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten in an sich bekannter Weise auf beiden Seiten mit Leitungszügen versehen sind und zur Herstellung von Leitungskreuzungen zusätzlicheLeitungsverbindungen zwischen beiden Seiten an im Raster unterhalb der Module liegenden Stellen vorhanden sind, dass an den durch Speisepotentialleitungen blockierten Kerben Leitungen für die Verbindung der Modulplatten innerhalb eines Modulblocks angebracht sind, dass auf den einzelnen Modulplatten Universalschaltstrukturen aufgebracht sind, deren Schaltungspunkte zur Festlegung der elektrischen oder logischen Funktion mit dem Leitersystem der Trägerplatte verbunden sind,
dass Steigleitungen vom Modulblock zur Trägerplatte nur an zwei parallelen Kanten der Modulblocks angebracht sind und dass an den Kerben der rechtwinklig dazu verlaufenden Kanten die elektrischen Bauelemente auf den Modulplatten kontaktiert sind.