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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungs-Matrixplatte, die
dazu dient, an einer Eingangsseite auf bestimmte Weise angelegte
Signale frei konfigurierbar so einer Ausgangsseite zuzuleiten, dass
dort eine andere Konfiguration gebildet wird. Dies wurde bisher
häufig
mittels einer verdrahteten Signalführung realisiert, jedoch besteht
dann das Problem, dass es aufgrund von unterschiedlichem Materialeinsatz,
Länge des
Materials und nicht konstanter Länge
der Drähte
dazu kommt, dass kapazitive und induktive Kopplung sowie der elektrische
Widerstand bei mehrfachem Aufbau nicht konstant sind. Zudem ist
ein manuelles Verdrahten der Signalführung sehr zeitintensiv und
bei späterer
Fehlersuche oder Modifikation der Konfiguration sehr unübersichtlich.
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Eine
aus der DE-GM 8424847 bekannte Anordnung basiert auf dem Grundgedanken
eines Lochrasters mit Lötaugen.
Bei dem Aufbau einer Versuchsschaltung wird die Stromversorgung,
also positiver und negativer Pol, mittels auf der Karte aufgebrachten
Potentialschienen bewerkstelligt. Auch ein Teil der Verdrahtung
der aufgebauten Schaltung kann über
zusätzlich
aufge brachte Leiterbahnen, durch Lötbrücken verbunden, realisiert
werden. Bei einer Überführung einer
großen
Anzahl von Signalen und deren Verschaltung in freier Konfiguration
von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite können zwar zum Einen die bereits
aufgebrachten Leiterbahnen benutzt werden, jedoch müssen zusätzliche
Verdrahtungen angebracht werden.
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Bei
einer aus der
DE 3626325
A1 bekannten Lochrasterkarte wird die Stromversorgung,
also der positive und der negative Pol, über zwei Maschennetze an den
beiden Außenseiten
realisiert. Zum Bestücken
von Bauteilen sind spezielle Lötaugen
vorgesehen. Die Verbindung zu einem oder zu beiden Maschennetzen
wird über
Lötbrücken hergestellt.
Bei der Überführung einer
Signalkonfiguration und deren Verschaltung von einer Eingangsseite
zu einer Ausgangsseite können
lediglich die beiden Maschennetze genutzt werden, also nur zwei
Kanäle.
Alle weiteren Signale müssen
dann mittels Drähten
von Lötauge
zu Lötauge
geführt
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Signale an einer
Eingangsseite einer Matrixanordnung frei konfigurierbar und ohne
jede Verdrahtung einer Ausgangsseite der Matrix zuzuordnen, wobei
die elektrischen Eigenschaften der Signale mit möglichst hoher Güte sowie
zeitlich konstant und reproduzierbar erhalten werden sollen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
elektrische Verbindungs-Matrixplatte mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Matrix
zur Konfiguration keine Leitungsverlegung erfordert und die gewünschten Verbindungen
in einfacher Weise durch auftrennbare Stege oder Löt- bzw.
Bondverbindungen herstellbar sind. Neben der kompakten Anordnung
besteht keine Gefahr einer Veränderung
der kapazitiven oder induktiven Kopplung oder des elektrischen Widerstands
und die Signale können
bei hoher Güte
konstant und reproduzierbar übertragen
werden. Die Zahl der elektrischen Verbindungen von der Eingangsseite
zur Ausgangsseite kann extrem hoch gewählt werden, ohne dass sich
der geometrische Aufbau wesentlich vergrößert. Die gebildete Konfiguration
ist weitgehend resistent gegen mechanische Einflüsse und führt zu einer guten Wartungsfreudigkeit und
Dokumentationsfähigkeit.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Verbindungs-Matrixplatte möglich.
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In
vorteilhafter Weise bilden beide Flachseiten der Verbindungs-Matrixplatte
Leiterbahnebenen, deren Leiterbahnen parallel verlaufen, wobei zwischen
diesen Leiterbahnebenen wenigstens eine weitere innere, vorzugsweise
zwei weitere inne re Leiterbahnebenen angeordnet sind, deren Leiterbahnen
untereinander parallel, jedoch senkrecht zu den Leiterbahnen der
beiden äußeren Leiterbahnebenen verlaufen,
wobei die Leiterbahnen der wenigstens einen inneren Leiterbahnebene
mit den Kontakten verbunden sind. Hierdurch wird bei gleichen geometrischen
Dimensionen eine noch wesentlich größere Zahl von Verbindungen
zwischen Eingang und Ausgang ermöglicht,
zumal sich die geometrische Dicke der Verbindungs-Matrixplatte bei
mehreren Ebenen kaum merklich vergrößert. Bei mehreren inneren
Leiterbahnebenen sind deren Leiterbahnen zueinander versetzt übereinander
angeordnet, um die elektrischen Verbindungen zu den Kontakten zu
wenigstens einer Flachseite der Verbindungs-Matrixplatte zu ermöglichen.
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Die
Kontakte der Kontaktreihen an einer oder an beiden äußeren Leiterbahnebenen
sind zwischen deren Leiterbahnen angeordnet, damit die erforderlichen
Stege bzw. Löt-
oder Bondverbindungen möglichst
kurz werden. Dabei sind die mit einer Leiterbahn verbundenen Kontakte
zweckmäßigerweise
jeweils in jedem zweiten Zwischenraum zwischen nicht mit Kontakten
verbundenen Leiterbahnen angeordnet.
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Die
Kontakte der Kontaktreihen sind durch senkrecht zu den Leiterbahnebenen
verlaufende Leitungen mit den zugeordneten Leiterbahnen verbunden.
Diese Leitungen sind in vorteilhafter Weise als durchkontaktierte
Durchgangsöffnungen
ausgebildet, die in einfacher Weise herstellbar sind.
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Um
unerwünschte Überlötungen zu
verhindern, werden die Leiterbahnen und Kontakte an einer oder an
beiden Flachseiten mit Lötstoplack
umgeben. Hierdurch wird die Herstellung gewünschter elektrischer Verbindungen
in vorteilhafter Weise unterstützt.
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An
wenigstens zwei benachbarten Schmalseiten der Verbindungs-Matrixplatte sind
Multikontakt-Steckverbinder angeordnet, deren Kontakte jeweils mit
den an der jeweiligen Schmalseite mündenden Leiterbahnen verbunden
sind. Hierdurch kann die Verbindungs-Matrixplatte als Zwischenglied
in eine Kabelverbindung eingesteckt werden, wodurch beliebige Änderungen
der Signalführung
erzeugbar sind. Zusätzlich
können
an gegenüberliegenden Schmalseiten
derartige Multikontakt-Steckverbinder angeordnet sein, deren Kontakte über die
daran mündenden
Leiterbahnen jeweils miteinander verbunden sind. Hierdurch kann
auch ein Kabel eingesteckt werden, bei dem dieselbe Signalanordnung weitergeführt wird.
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Die
Verbindungs-Matrixplatte ist in vorteilhafter Weise als mehrlagige
gedruckte Schaltung ausgebildet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die Leiterbahnen und Kontakte
einer vierlagigen Verbindungs-Matrixplatte, die zur Verdeutlichung
ohne das diese Leiterbahnen und Kontakte zusammenhaltende Kunststoffmaterial
dargestellt sind, als Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine perspektivische Außenansicht der
Verbindungs-Matrixplatte
mit diesem Kunststoffmaterial und
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3 die in 2 dargestellte Verbindungs-Matrixplatte in der
Draufsicht mit Multikontakt-Steckverbindern
an drei Schmalseiten.
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Die
als Ausführungsbeispiel
in den Figuren dargestellte Verbindungs-Matrixplatte ist vier-schichtig
aufgebaut, d.h., sie besitzt vier übereinander angeordnete Leiterbahnebenen,
die zunächst
elektrisch voneinander isoliert sind, indem sie zum einen jeweils
voneinander beabstandet sind und zum anderen in elektrisch isolierendes
Kunststoffmaterial 10 eingebettet sind, aus dem die Platte
im Wesentlichen besteht. Sie ist im Ausführungsbeispiel als mehrlagige
gedruckte Schaltung ausgebildet, jedoch sind selbstverständlich auch
andere Ausführungen
denkbar.
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Die
beiden äußeren Leiterbahnebenen,
also die oberste und die unterste Leiterbahnebene bilden die obere
Flachseite 11 und die untere Flachseite 12 der
Verbindungs-Matrixplatte bzw. liegen in den Ebenen dieser Flachseiten 11, 12.
Die obere Leiterbahnebene besitzt fünf voneinander beabstandete parallele
Leiterbahnen 13 bis 17, die sich in einer ersten
Richtung X erstrecken. Entsprechend besitzt die untere Leiterbahnebene
an der unteren Flachseite 12 fünf Leiterbahnen 18 bis 22,
die entsprechend angeordnet sind und sich in dieselbe Richtung X
erstrecken.
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Von
den beiden sich zwischen den Flachseiten 11 und 12 im
Inneren der Verbindungs-Matrixplatte erstreckenden Leiterbahnebenen
besitzt die obere sechs parallele und jeweils voneinander beabstandete
Leiterbahnen 23 bis 28 und die untere entsprechend
angeordnete sechs Leiterbahnen 29 bis 34. Dabei
erstrecken sich die Leiterbahnen 23 bis 34 der beiden
inneren Leiterbahnebenen in einer zur Richtung X senkrecht verlaufenden
Richtung Y. Die Leiterbahnen 23 bis 28 sind dabei
gegenüber
den Leiterbahnen 29 bis 34 so seitlich versetzt,
dass jeweils eine der Leiterbahnen 29 bis 34 oberhalb
einer Lücke zwischen
den Leiterbahnen 23 bis 28 zu liegen kommt.
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Von
jeder der Leiterbahnen 23 bis 34 der inneren Leiterbahnebenen
verlaufen als durchkontaktierte Durchgangsöffnungen ausgebildete Leitungen 35 senkrecht
zu den Ebenen der beiden Flachseiten 11, 12 zu
diesen hin und münden
an der oberen Flachseite 11 an sechs Kontaktreihen 36 bis 41 und an
der unteren Flachseite 12 an sechs Kontaktreihen 42 bis 47 von
Kontakten 48. Die Kontakte der beiden äußeren Kontaktreihen 41 und 47 sowie
die diese Kontaktreihen verbindenden Leitungen 35 sind
geschnitten dargestellt.
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Die
mit dem Leiterbahnen 29 bis 34 verbundenen Kontaktreihen 36, 38, 40, 42, 44, 46 befinden sich
jeweils in jedem zweiten Zwischenraum zwischen den Leiterbahnen 13 bis 22 an
den Flachseiten 11, 12. Entsprechend sind die
mit den inneren Leiterbahnen 23 bis 28 verbundenen
Kontaktreihen 37, 39, 41, 43, 45, 47 in
den übrigen
freien Zwischenräumen zwischen
den Leiterbahnen 13 bis 22 an den Flachseiten 11 bis 12 angeordnet.
Infolge der Versetzung der inneren Leiterbahnen 23 bis 28 gegenüber den inneren
Leiterbahnen 29 bis 34 sind auch die Kontakte 48 der
mit geradzahligen Bezugszeichen versehenen Kontaktreihen gegenüber den
Kontakten 48 der mit ungeradzahligen Bezugszeichen versehenen Kontaktreihen
mittig versetzt.
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Die
Zahl der Leiterbahnen pro Leiterbahnebene und die entsprechende
Zahl von Kontakten und Kontaktreihen ist selbstverständlich nicht
auf die Zahlen des Ausführungsbeispiels
beschränkt,
sondern können
weitgehend beliebig sein. Insgesamt müssen wenigstens zwei Leiterbahnebenen
vorhanden sein, von denen wenigstens eine außen zugänglich ist, d.h. an einer der
Flachseiten angeordnet sein muss. Selbstverständlich kann die andere auch
an der gegenüberliegenden
Flachseite angeordnet sein.
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Gemäß 3 sind die an den beiden
Flachseiten 11, 12 angeordneten Leiterbahnen 13 bis 22 (infolge
der Draufsicht ist nur die obere Flachseite 11 mit den
Leiterbahnen 13 bis 17 erkennbar) mit Multikontakt-Steckverbindern 49, 50 kontaktiert,
die an den beiden gegenüberliegenden
Schmalseiten der Verbindungs-Matrixplatte angeordnet sind, an denen die
Leiterbahnen 13 bis 22 münden. Die nicht dargestellten
Kontakte bzw. Kontaktanordnungen der beiden Multikontakt-Steckverbinder 49, 50 sind
im einfachsten Falle durch die Leiterbahnen 13 bis 22 eins zu
eins miteinander verbunden, wobei prinzipiell auch andere gewünschte Verbindungskonfigurationen
denkbar sind. Im einfachsten Falle können die Leiterahnen 13 bis 22 auch
nur mit einem Multikontakt-Steckverbinder 49 oder 50 verbunden
sein. An einer der Mündungsschmalseiten
der inneren Leiterbahnen 23 bis 34 ist ein weiterer
Multikontakt-Steckverbinder 51 angebracht, dessen nicht
dargestellte Kontakte mit den Leiterbahnen 23 bis 34 verbunden sind.
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Der
wesentliche Zweck der Verbindungs-Matrixplatte besteht darin, die
Kontakte der Multikontakt-Steckverbinder 49, 50 in
einer bestimmten gewünschten
Konfiguration mit den Kontakten des Multikontakt-Steckverbinders 51 zu
verbinden. Zunächst liegen
keinerlei Verbindungen vor. Die Verbindungen werden dadurch geschaffen,
dass die Kontakte 48 der Kontaktreihen 36 bis 47 in
der gewünschten
Weise mit den äußeren Leiterbahnen 13 bis 22 an
den beiden Flachseiten 11 bis 12 durch Lötbrü cken oder Bond-Brücken verbunden
werden. Im Falle von Lötbrücken sind
die äußeren Leiterbahnen 13 bis 22 und die
Kontakte 48 mit Lötstoplack
bzw. einer Lötstopmaske
umgeben, damit unerwünschte Überlötungen und
Verbindungen zu benachbarten Kontakten jeweils vermieden werden.
Im Falle von Bondverbindungen ist dies selbstverständlich nicht
erforderlich. Durch diese beliebig vorzunehmenden Verbindungen zwischen
Kontakten 48 und Leiterbahnen 13 bis 22 lassen
sich beliebige Verbindungskonfigurationen herstellen.
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Eine
alternative Möglichkeit
zur Herstellung der gewünschten
Verbindungskonfiguration besteht darin, dass jeder Kontakt 48 zunächst über einen
auftrennbaren leitenden Steg mit der oder den benachbarten Leiterbahnen 13 bis 22 verbunden
ist. Solche Stege lassen sich bei der Herstellung der Leiterbahnen
der gedruckten Schaltung mit herstellen. Zur Herstellung der gewünschten
Verbindungen werden dann diejenigen Stege beispielsweise mittels
eines Lasergerätes
aufgetrennt, deren Verbindungen unerwünscht sind, so dass nur noch
die gewünschten Verbindungen übrig bleiben.