DE10104269A1

DE10104269A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abgleichen eines an einer Leiterplatte anzubringenden Oszillators

Info

Publication number: DE10104269A1
Application number: DE10104269A
Authority: DE
Inventors: Helmut Fuenfgelder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-01
Also published as: WO2002061945A3; WO2002061945A2

Abstract

Zur Realisierung eines möglichst einfachen Abgleichs von diskret aufgebauten spannungsgesteuerten Oszillatoren (1), mit denen eine vorzugsweise in mobilen Kommunikationsendgeräten verwendbare Leiterplatte (7) bestückt werden soll, wird vorgeschlagen, die Leiterplatte (7) zunächst komplett, jedoch mit Ausnahme eines die Frequenz der spannungsgesteuerten Oszillatoren (1) bestimmenden Bauteils (6), zu bestücken. Anschließend wird die soweit fertige Leiterplatte (7) mit den spannungsgesteuerten Oszillatoren (1) einzeln oder gemeinsam in Betrieb genommen und die Frequenz der spannungsgesteuerten Oszillatoren erfasst und ausgewertet, um einen geeigneten Wert für das frequenzbestimmende Bauteil (6), beispielsweise ein Kondensator, zu bestimmen, so dass nach anschließender Bestückung der Leiterplatte (7) mit dem ausgewählten frequenzbestimmenden Bauteil (6) ein Abgleich der spannungsgesteuerten Oszillatoren (1) realisiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Abgleichen eines Oszillators, insbesondere eines spannungsgesteuerten Oszillators ("Voltage Controlled Oscillator", VCO), mit dem eine Leiterplatte bzw. Platine bestückt werden soll.

In mobilen Kommunikationsendgeräten werden zur Frequenzerzeu gung spannungsgesteuerte bzw. spannungsabgestimmte Oszillato ren ("Voltage Controlled Oscillator", VCO) eingesetzt. Derar tige spannungsgesteuerte Oszillatoren müssen bei kleiner Bau form einen eng tolerierten Zieh- bzw. Abstimmbereich aufwei sen. Daher ist ein Abgleich dieser Oszillatoren während der Fertigung unumgänglich, wobei herkömmliche Trimmkondensatoren aus Platzgründen im allgemeinen nicht eingesetzt werden kön nen.

Wird ein derartiger spannungsgesteuerter Oszillator aus dis kreten Einzelteilen realisiert, verbleibt oft als einzige Ab gleichmöglichkeit die Durchführung eines Laserabgleichs, ins besondere unter Verwendung eines laserabgleichbaren Kondensa tors, oder eines mechanischen Abgleichs durch Fräsen. Beide Vorgehensweisen sind sowohl aufwändig als auch zeitintensiv, so dass der Abgleichprozess und das daraus resultierende Bau teil teuer sind.

Die führenden Hersteller von mobilen Kommunikationsendgerä ten, wie beispielsweise Mobiltelefonen, versuchen das zuvor beschriebene Problem dadurch zu umgehen, dass fertige VCO- Module von Zulieferern bezogen werden, von denen bereits ab geglichene VCO-Module bereitgestellt werden. Der Bezug von fertigen VCO-Modulen verlagert jedoch einen beachtlichen Teil der Fertigungs-Wertschöpfung zu den VCO-Zulieferern, was aus Sicht des Herstellers nachteilig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abgleichen eines Oszillators, insbesondere eines spannungsgesteuerten Oszillators, sowie eine entspre chend ausgestaltete Vorrichtung bereitzustellen, womit auf möglichst einfache Art und Weise bei Bestückung einer Leiter platte mit dem Oszillator ein Abgleich des Oszillators wäh rend des Bestückungsprozesses möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Die Unteransprüche defi nieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst die Leiterplat te mit einem oder mehreren Oszillatoren, insbesondere diskret aufgebauten spannungsgesteuerten Oszillatoren, bestückt wird. Während dieses Bestückungsschritts kann die Leiterplatte kom plett bestückt werden, jedoch mit Ausnahme eines die Aus gangssequenz des Oszillators bzw. der Oszillatoren letztlich frequenzbestimmenden Bauteils. Nach anschließender Inbetrieb nahme des Oszillators bzw. der Oszillatoren auf der soweit fertig gestellten Leiterplatte kann die Ausgangsfrequenz des Oszillators bzw. der Oszillatoren vorzugsweise berührungslos erfasst werden, um davon abhängig den Wert des frequenzbe stimmenden Bauteils zu bestimmen. Anschließend wird die Lei terplatte mit dem entsprechend ausgewählten frequenzbestim menden Bauteil versehen bzw. bestückt.

Bei dem zuvor erwähnten frequenzbestimmenden Bauteil kann es sich insbesondere um einen Festkondensator relativ geringer Kapazität oder auch um eine Spule handeln. Bei Verwendung ei ner Spule als frequenzbestimmendes Bauteil kann die Anzahl der Windungen der Spulen beispielsweise durch Entfernen/Hinzufügen von Leiterbahnen auf der Leiterplatte beein flusst werden, wozu hierzu insbesondere 0-Ohm-Widerstände verwendet werden können, die abhängig von ihrer Platzierung auf der Platte einen Teil der Windungen kurzschließen, so dass die Verwendung eines Kondensators hoher Toleranz vermie den werden kann.

Bei Bestückung der Leiterplatte mit dem mindestens einen Os zillator sowie den weiteren Bauteilen können diese bereits fertig mit der Leiterplatte verlötet werden, wobei nach an schließender Bestückung der Leiterplatte mit dem frequenzbe stimmenden Bauteil ein weiterer Lötvorgang zum Verlöten die ses frequenzbestimmenden Bauteils durchgeführt wird. Beson ders vorteilhaft ist es, wenn der mindestens eine Oszillator auf einer Seite einer doppelseitig bestückbaren Leiterplatte bestückt und verlötet wird, während das frequenzbestimmende Bauteil anschließend auf der anderen Seite der Leiterplatte bestückt wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das frequenzbestimmende Bauteil nicht auf die Leiterplatte aufgelötet, sondern lediglich aufgedrückt, mit einer Feder aufgeklemmt oder anderweitig "provisorisch" an der Leiterplatte befestigt wird, um einen zweiten Lötvor gang zu vermeiden. Ebenso ist jedoch auch denkbar, während der Teilbestückung der Leiterplatte mit dem mindestens einen Oszillator sowie den weiteren Bauteilen gleichzeitig die Löt paste bzw. das Lötmittel aufzutragen, wobei jedoch der ei gentliche Lötvorgang erst nach Versehen der Leiterplatte mit dem frequenzbestimmenden Bauteil durchgeführt wird, so dass lediglich ein Lötvorgang erforderlich ist. Diese Vorgehens weise setzt jedoch voraus, dass die Lötpaste schon vor der abschließend durchgeführten Lötung hinreichend leitfähig ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass nach der proviso rischen Inbetriebnahme des mindestens einen Oszillators un mittelbar das richtige, nicht mehr abzugleichende Bauteil auf der Leiterplatte angebracht werden kann, so dass der Ferti gungsprozess durch die Möglichkeit eines einfachen Abgleichs optimiert wird, wobei zugleich eine hohe Fertigungstie fe/Wertschöpfung erzielt werden kann. Insbesondere ist mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ein einfacher Abgleich von diskret aufgebauten spannungsgesteuerten Oszillatoren bereits während des Bestückungsprozesses der Leiterplatte möglich.

Die vorliegende Erfindung wird bevorzugt auf Leiterplatten für mobile Kommunikationsendgeräte, insbesondere Mobiltelefo ne, angewendet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfin dung jedoch nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann allgemein auf beliebige elektroni sche Geräte bzw. Leiterplatten, welche mit Oszillatoren, ins besondere spannungsgesteuerten Oszillatoren, bestückt werden sollen, angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezug nahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele erläutert.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Abgleichs ei nes auf einer Leiterplatte anzubringenden spannungsgesteuer ten Oszillators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt die Verwendung einer Spule als frequenzbestim mendes Bauteil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrich tung, und

Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des grund sätzlichen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines Abgleichs eines auf einer Leiterplatte an zubringenden Oszillators.

In Fig. 1 ist eine mit mehreren Bauteilen 1, 6 und 8 zu be stückende Leiterplatte 7 dargestellt, wobei es sich bei der Leiterplatte 7 beispielsweise um eine in einem mobilen Kommu nikationsendgerät, insbesondere einem Mobiltelefon, zu ver wendende Platine handelt. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich darüber hinaus um einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO).

Zur möglichst effektiven Bestückung der Leiterplatte 7 mit gleichzeitiger Durchführung eines Abgleichs des in der Regel diskret aufgebauten spannungsgesteuerten Oszillators 1 kommt das in Fig. 3 schematisch dargestellte Verfahren zur Anwen dung.

Zunächst wird das Gerät bzw. die Leiterplatte komplett mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 1 sowie sämtlichen weite ren Bauteilen 8 bestückt, jedoch mit Ausnahme eines letztlich die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 1 bestimmenden Bauteils 6, bei dem es sich insbesondere um ei nen Festkondensator geringer Kapazität handeln kann (Schritt 100). Selbstverständlich kann in diesem Schritt die Leiter platte 7 nicht nur mit einem einzigen spannungsgesteuerten Oszillator 1, sondern ebenso mit mehreren spannungsgesteuer ten Oszillatoren 1 bestückt werden.

Anschließend wird die soweit fertige Leiterplatte 7 mit den darauf befindlichen spannungsgesteuerten Oszillatoren 1 in Betrieb genommen, wobei bei Verwendung mehrerer spannungsge steuerter Oszillatoren 1 diese auch einzeln in Betrieb genom men werden können (Schritt 101).

Mit Hilfe eines in Fig. 1 gezeigten Frequenzdetektors 2 wird - vorzugsweise berührungslos - die von dem spannungsgesteuer ten Oszillators gelieferte Ausgangsfrequenz erfasst bzw. ge zählt und einer vorzugsweise in einem Rechner implementierten Steuerung 3 zugeführt (Schritt 102).

Die Steuerung 3 bestimmt nunmehr in Abhängigkeit von der er fassten Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 1 den für den gewünschten Abgleich des spannungsgesteuerten Oszillators 1 erforderlichen Wert des frequenzbestimmenden Bauteils 6, d. h. es wird über ein vorzugsweise online arbei tendes Rechnerprogramm ein geeigneter Kondensatorwert be stimmt (Schritt 103).

Anschließend wird durch die Steuerung 3 ein zum Bestücken der Leiterplatte 7 vorgesehener Bestückungsautomat 4 derart ange steuert, dass der Kondensator mit dem gewünschten Kondensa torwert aus einem bereitgestellten Reservoir 5 ausgewählt und an der vorgesehenen Stelle auf der Leiterplatte 7 platziert wird (Schritt 104).

Während des zuvor erwähnten und in Fig. 3 dargestellten Schritts 100 können alle bereits auf der Leiterplatte 7 plat zierten Bauteile 8 sowie die spannungsgesteuerten Oszillato ren 1 verlötet werden, wobei mit Hilfe eines zweiten Lötvor gangs während des Schritts 104 lediglich der Kondensator 6 verlötet wird. Ebenso ist jedoch auch möglich, dass während des Schritts 100, d. h. während der Teilbestückung der Leiter platte 7, die Lötpaste aufgetragen wird, so dass bereits ein ausreichender elektrischer Kontakt zwischen den einzelnen Bauteilen 8 bzw. den spannungsgesteuerten Oszillatoren 1 und den Leiterbahnen der Leiterplatte 7 gegeben ist, wobei jedoch der eigentliche Lötvorgang erst während des Schritts 104 nach Bestücken der Leiterplatte 7 mit dem frequenzbestimmenden Bauteil bzw. Kondensator 6 durchgeführt wird, so dass ledig lich ein einmaliger Lötvorgang erforderlich ist.

Um einen zweiten Lötvorgang zu vermeiden, kann bei der Bestü ckung der Leiterplatte 7 mit dem frequenzbestimmenden Bauteil 6 auch vorgesehen sein, dass während des Schritts 104 das frequenzbestimmende Bauteil 6 nicht auf die Leiterplatte 7 aufgelötet, sondern lediglich auf die Leiterplatte 7 aufge drückt, mit einer Feder aufgeklemmt oder anderweitig "provi sorisch" befestigt wird, wobei das frequenzbestimmende Bau teil 6 gegenüber den Bauteilen 8 bzw. spannungsgesteuerten Oszillatoren 1 insbesondere auf einer anderen Seite der Lei terplatte 7 befestigt werden kann.

Selbstverständlich können anstelle eines Kondensators auch andere Bauelemente als frequenzbestimmendes Bauteil 6 verwen det werden, mit deren Hilfe die Ausgangsfrequenz des span nungsgesteuerten Oszillators bzw. der spannungsgesteuerten Oszillatoren 1 zum Abgleich beeinflusst werden können. So kann es sich beispielsweise bei dem frequenzbestimmenden Bau teil 6 insbesondere auch um eine Spule handeln. Diesbezüglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn in diesem Fall die An zahl der Windungen der als frequenzbestimmendes Bauteil 6 vorgesehenen Spule durch Entfernen/Hinzufügen von Leiterbah nen auf der Leiterplatte 7 beeinflusst wird. Ein entsprechen des Beispiel ist in Fig. 2 dargestellt, wobei in Fig. 2 ein zwischen einzelnen auf der Leiterplatte 7 vorgesehenen An schlusspunkten 10 angeordneter spulenförmiger Leiter 9 vorge sehen ist. Durch entsprechende Platzierung von 0-Ohm- Widerständen an zwei Anschlusspunkten 10 kann die aktive Län ge dieses spiralförmigen Leiters 9 variiert und demzufolge die Impedanz der Spule 6 beliebig eingestellt werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, dass der spiralförmige Leiter 9 mit Hilfe entsprechender 0-Ohm- Widerstände an den Anschlusspunkten 10a bzw. 10b abgegriffen wird.

Claims

1. Verfahren zum Abgleichen eines auf einer Leiterplatte an zubringenden Oszillators, umfassend die Schritte:

a) Bestücken einer Leiterplatte (7) mit einem abzugleichenden Oszillator (1),
b) Inbetriebnehmen des Oszillators (1),
c) Erfassen der von dem Oszillator (1) gelieferten Frequenz,
d) Auswählen des Werts eines die Frequenz des Oszillators (1) bestimmenden Bauteils (6) in Abhängigkeit von der im Schritt
e) erfassten Frequenz, und
f) Versehen der Leiterplatte (7) mit dem im Schritt d) ausge wählten frequenzbestimmenden Bauteil (6), um einen Abgleich des Oszillators (1) herbeizuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (7) im Schritt a) komplett mit dem Os zillator (1) und weiteren Bauteilen (8), jedoch mit Ausnahme des frequenzbestimmenden Bauteils (6) bestückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) der Oszillator (1) mit der Leiterplatte (7) und im Schritt e) das frequenzbestimmende Bauteil (6) mit der Leiterplatte (7) verlötet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) die weiteren Bauteile (8) mit der Leiter platte (7) verlötet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) ein Lötmittel zur elektrischen Kontaktie rung des Oszillators (1) mit der Leiterplatte (7) aufgetragen wird, wobei im Schritt e) der Oszillator (1) sowie das fre quenzbestimmende Bauteil (6) mit der Leiterplatte (7) mit Hilfe des Lötmittels verlötet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Lötmittel zudem zur elektrischen Kon taktierung der weiteren Bauteile (8) mit der Leiterplatte (7) aufgetragen wird, wobei im Schritt e) der Oszillator (1) ge meinsam mit den weiteren Bauteilen (8) sowie dem frequenzbe stimmenden Bauteil (6) mit der Leiterplatte (7) mit Hilfe des Lötmittels verlötet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (1) und das frequenzbestimmende Bauteil (6) auf zwei unterschiedlichen Seiten der Leiterplatte (7) bestückt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) der Oszillator (1) mit der Leiterplatte (7) verlötet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) das frequenzbestimmende Bauteil nicht mit der Leiterplatte (7) verlötet, sondern anderweitig an der Leiterplatte (7) befestigt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) die von dem Oszillator (1) gelieferte Fre quenz berührungslos erfasst wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (1) ein diskret aufgebauter spannungsge steuerter Oszillator ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) rechnergestützt durch eine Online- Auswertung durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das frequenzbestimmende Bauteil (6) ein Kondensator ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass das frequenzbestimmende Bauteil (6) eine Spule ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten d) und e) in Abhängigkeit von der im Schritt c) erfassten Frequenz des Oszillators (1) die Win dungsanzahl der Spule (6) ausgewählt wird, wobei die ge wünschte Windungsanzahl der Spule (6) durch entsprechendes Entfernen bzw. Hinzufügen von für die Spule (6) aktiven Lei terabschnitten derart beeinflusst wird, dass ein Abgleich des Oszillators (1) herbeigeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen bzw. Hinzufügen der Leiterabschnitte durch entsprechende Platzierung von 0-Ohm-Widerständen auf der Lei terplatte (7) realisiert wird.

17. Vorrichtung zum Abgleichen eines auf einer Leiterplatte anzubringenden Oszillators,
mit Bestückungsmitteln (4) zum Bestücken einer Leiterplatte (7) mit einem abzugleichenden Oszillator (1),
mit Frequenzerfassungsmitteln (2) zum Erfassen der von dem auf der Leiterplatte (7) befindlichen Oszillator (1) nach In betriebnahme des Oszillators (1) gelieferten Frequenz, und
mit Steuermitteln (3) zum Ermitteln des Werts eines die Fre quenz des Oszillators (1) bestimmenden Bauteils in Abhängig keit von der von den Frequenzerfassungsmitteln (2) erfassten Frequenz des Oszillators (1) und zum Ansteuern der Bestü ckungsmittel (4) derart, dass die Leiterplatte (7) mit dem den entsprechenden Wert aufweisenden frequenzbestimmenden Bauteil (6) versehen wird, um einen Abgleich des Oszillators (1) herbeizuführen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei nem der Ansprüche 1-16 ausgestaltet ist.