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Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität des Anmeldetags und der Offenbarung der US Provisional Application Nr. 61/195,164 vom 3. Oktober 2008, auf die ebenso wie auf alle anderen hier zitierten Dokumente ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft Oszillatoren und spezieller eine kostengünstige Ofen-stabilisierte Hochleistungs-Quarzoszillator-Anordnung reduzierter Größe.
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Hintergrund der Erfindung
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Oszillatoren sind gut bekannte Einrichtungen zum Vorsehen einer Referenzfrequenzquelle. Oszillatoren weisen üblicherweise ein Quarzkristall oder anderen Resonator sowie einen elektronischen Kompensationsschaltkreis zum Stabilisieren der Ausgangsfrequenz auf.
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Es sind zahlreiche Verfahren zum Stabilisieren der Ausgangsfrequenz bei sich ändernder Temperatur des Oszillators bekannt. Die Temperatur-kompensierten Quarzoszillatoren (TCXO) verwenden üblicherweise Thermistoren, die eine Korrekturspannung erzeugen, welche die Frequenzänderung über der Temperatur reduziert. Die Korrekturspannung wird üblicherweise an eine Varaktordiode in dem Quarzschaltkreis angelegt, so dass die Quarzfrequenz um einen kleinen Betrag variiert werden kann.
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Um ein stabileres Ausgangssignal zu erhalten, heizen Ofen-stabilisierte Quarz-Oszillatoren oder Quarzofen (OCXO; ovenized oscillators) die temperaturempfindlichen Teile des Oszillators, welche von der Umgebung getrennt sind, auf eine gleichmäßige Temperatur. Ofen-stabilisierte Oszillatoren enthalten eine Heizeinrichtung, einen Temperatursensor und einen Schaltkreis zum Steuern der Heizeinrichtung. Der Temperatursteuerschaltkreis hält den Quarz und kritische Schaltkreiselemente auf einer präzisen, konstanten Temperatur. Die besten Steuereinrichtungen sind proportional, sie liefern einen stetigen Heizstrom, der sich mit der Umgebungstemperatur ändert, um den Ofen bei einem präzisen Einstellpunkt zu halten, üblicherweise ungefähr 10°C über der höchsten erwarteten Umgebungstemperatur.
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Trotz der Vorteile der heute verfügbaren Oszillatoren besteht weiterhin ein Bedarf an kostengünstigen Ofen-stabilisierten Hochleistungs-Quarzoszillatoren reduzierter Größe.
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Abriss der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine elektronische Anordnung, die ein Substrat umfasst, mit einer Oberseite, einer Unterseite und mehreren Seitenflächen und mit wenigstens einer elektrisch leitenden Zinnenstruktur, die in einer der Seitenflächen definiert ist und deren unteres Ende einen Abstand zu der Unterseite aufweist. Der Abstand zwischen dem unteren Ende der Zinnenstruktur und der Unterseite des Substrats wird durch eine nicht leitende Kehle definiert, die in der Seitenfläche ausgebildet ist und sich zwischen dem unteren Ende der Zinnenstruktur und der Unterseite des Substrats erstreckt.
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Der Abstand und das Vorhandensein einer nicht leitenden Kehle zwischen der leitenden Zinnenstruktur und der Unterseite des Substrats eliminiert die Gefahr des Kontakts zwischen der leitenden Korne und jedem der leitenden Anschlusspads des Motherboards eines Verbrauchers und eliminiert somit die Gefahr eines Kurzschlusses.
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In einer Ausführung der Erfindung umfasst die Oszillator-Anordnung ein Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite, gegenüberliegenden sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenflächen und gegenüberliegenden sich in Querrichtung erstreckenden Seitenflächen, wobei eine Vielzahl von Zinnenstrukturen in jeder der gegenüberliegenden, sich in Längs- und Querrichtung erstreckenden Seitenflächen definiert sind. Die in jeder der gegenüberliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenflächen definierten Zinnenstrukturen erstrecken sich zwischen der Oberseite und Unterseite des Substrats. Die Vielzahl von Zinnenstrukturen, die in jeder der sich in Querrichtung erstreckenden Seitenflächen definiert sind, erstrecken sich von der Oberseite und haben ein unteres Ende, das in einer Kehle endet, die in jeder der sich in Querrichtung erstreckenden Seitenflächen definiert ist und sich zwischen dem unteren Ende der Vielzahl von Zinnenstrukturen, die in jeder der sich in Querrichtung erstreckenden Seitenflächen definiert sind, und der Unterseite des Substrats erstreckt.
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In einer Ausführung ist eine langgestreckte Kehle in jeder der gegenüberliegenden, sich in Querrichtung erstreckenden Seitenflächen definiert, und die Kehle hat eine Tiefe, die größer ist als die Tiefe der Vielzahl von Zinnenstrukturen, die in jeder der sich in Querrichtung erstreckenden Seitenflächen definiert sind.
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In einer anderen Ausführung sind eine Vielzahl von Kehlen in jeder der sich in Querrichtung erstreckenden Seitenflächen definiert, und jede der Kehlen hat eine Tiefe, die größer ist als jede aus der Vielzahl von Zinnenstrukturen in den in Querrichtung verlaufenden Seitenflächen.
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Die Oszillator-Anordnung umfasst ferner eine Energieversorgung, einen Oszillatorschaltkreis, der mit der Energieversorgung verbunden ist, einen Heizsteuerschaltkreis, einen Temperatursensor in Verbindung mit dem Heizsteuerschaltkreis, eine Heizeinrichtung in Verbindung mit dem Heizsteuerschaltkreis und erfindungsgemäß einen Strombegrenzungs-Widerstand, der zwischen der Energieversorgung und dem Heizsteuerschaltkreis angeschlossen ist.
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Diese und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgend detaillierten Beschreibung der Ausführungen der Erfindung, aus den Zeichnungen und den Ansprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese sowie weitere Merkmale der Erfindung werden am besten verständlich durch die folgende Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen:
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1 zeigt eine vergrößerte vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführung einer Ofen-stabilisierten Quarzoszillator-Anordnung gemäß der Erfindung, wobei die Abdeckung entfernt wurde;
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2 zeigt eine weitere vergrößert vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung der Ofen-stabilisierten Oszillator-Anordnung der 1;
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3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Oszillatorschaltkreises der Ofen-stabilisierten Quarzoszillator-Anordnung gemäß der Erfindung; und
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4 zeigt eine vergrößerte perspektivische Unteransicht einer anderen Ausführung des Substrates der Ofen-stabilisierten Quarzoszillator-Anordnung gemäß der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine physische Ausführungsform einer elektronischen Anordnung, wie einer Ofen-stabilisierten Quarzoszillator-Anordnung oder ein Modul 10 gemäß der Erfindung, ist in den 1 und 2 gezeigt. Der Betriebsbereich der Oszillator-Anordnung 10 liegt vorzugsweise zwischen etwa –5°C und 70°C. Die Versorgungsspannung ist vorzugsweise 3,3 V (Gleichspannung).
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Die Ofen-stabilisierte Quarzoszillator-Anordnung 10 umfasst zunächst eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) oder Substrat 12 aus einem Standard-Glas-Epoxylaminat, ein Mehrschichtaufbau, auf dem wenigstens die folgenden elektrischen/elektronischen Komponenten/Schaltkreise montiert wurden und/oder in deren Oberseite 13 definiert sind: eine Temperatur-kompensierte Quarzoszillator(TCXO)-Anordnung 14, die in der gezeigten Ausführung einen Quarzresonator 150 aufweist; einen Temperatur-kompensierten integrierten Schaltkreis (IC) 16; und einen Ofensteuer- und Heizschaltkreis 20 (3), der zum Teil eine Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 in Form eines integrierten Schaltkreises (IC), Heizelemente 48, 50 und 52 und Kondensatoren 160, 161, 162 und 163 umfasst.
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Im allgemeinen hat die rechteckig gedruckte Schaltungsplatte (PCB) oder Substrat 12 Abmessungen von weniger als ungefähr 5 mm Breite und 7 mm Länge. Das Substrat 12 hat eine im wesentlichen Planare horizontale Oberseite 13, die einer im wesentlichen Planaren horizontalen Unterseite 15 gegenüberliegt.
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Das Substrat 12 hat gegenüberliegende parallele im wesentliche vertikale Querwände oder Seitenflächen 110 und 112 sowie gegenüberliegende, parallele im wesentliche vertikale Längswände oder Seitenflächen 114 und 116. Die Seitenflächen 110, 112, 114 und 116 sind derart ausgerichtet, dass sie zu der Ober- und der Unterseite 13 und 15 im wesentlichen senkrecht sind. Die Seitenflächen 110, 112, 114 und 116 erstrecken sich um den Umfang des PCB/Substrats 12.
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Drei voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 32a, 32b, 32c (1) sind in den sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenflächen 116 ausgebildet und erstrecken sich in im wesentlichen senkrechter Beziehung zwischen der Ober- und der Unterseite 13 und 15. Drei voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 34a, 34b, 34c (1 und 2) liegen in der gegenüberliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenfläche 114 und erstrecken sich in im wesentlichen senkrechter Beziehung zwischen der Ober- und der Unterseite 13 und 15 sowie diametral entgegengesetzt zu den Zinnenstrukturen 32a, 32b und 32c.
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Wie in 1 gezeigt, sind zwei Wände 121 und 122 in der Seitenfläche 112 ausgebildet. Die Wände 121 und 122 sind im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet und bilden gemeinsam einen inneren Absatz in der Seitenfläche 112, der eine langgestreckte, sich in Längsrichtung erstreckende Aussparung, einen Ausschnitt oder Kehle 120 in der Seitenfläche 112 definiert. Die Wand 121 ist parallel zu der Ober- und der Unterseite 13 und 15 und liegt zwischen diesen. Die Wand 122 ist parallel zur Seitenfläche 112, relativ zu dieser jedoch nach innen versetzt. Die Aussparung 120 und die Wand 122 erstrecken sich beide von der Unterseite 15 in Richtung der Oberseite 13 nach oben und enden bei der Wand 121.
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Fünf voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 36a, 36b, 36c, 36d und 36e (1) liegen an und sind ausgebildet in der Seitenfläche 112 und erstrecken sich zwischen der Wand 121, welche die Aussparung 120 eingrenzt, und der Oberseite 13. Spezieller erstrecken sich die Zinnenstrukturen 36a bis 36e im wesentlichen vertikal nach unten entlang der Seitenfläche 112 von der Oberseite 13 zu einem Punkt entlang der Breite der Seitenfläche 112, der einen Abstand zu der Unterseite 15 hat und kurz vor dieser liegt, und die Aussparung oder der Ausschnitt 120 definiert einen langgestreckten Spalt oder eine Kerbe oder Kehle in der Seitenfläche 112, die sich in der vertikalen Richtung zwischen dem unteren Ende jeder der Zinnenstrukturen 36a bis 36e und der Unterseite 15 erstreckt. Die Wand 121 liegt bei und schneidet das untere Ende jeder der Zinnenstrukturen 36a bis 36e.
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Ähnlich sind, wie in 2 gezeigt, zwei Wände 125 und 126 in der Seitenfläche 110 ausgebildet. Die Wände 125 und 126 sind im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet und bilden gemeinsam einen inneren Absatz in der Seitenfläche 110, die eine langgestreckte, sich in Längsrichtung erstreckende Aussparung, einen Ausschnitt oder Kehle 124 in der Seitenfläche 110 definiert. Die Wand 125 ist parallel zu und liegt zwischen der Ober- und der Unterseite 13 und 15. Die Wand 126 ist parallel zu, jedoch nach innen versetzt gegenüber der Seitenfläche 110. Die Aussparung 124 und die Wand 126 erstrecken sich von der Unterseite 15 in Richtung der Oberseite 13 nach oben.
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Fünf voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 35a, 35b, 35c, 35d und 35e (2) liegen auf und sind ausgebildet in der Seitenfläche 110 und erstrecken sich zwischen der Wand 125 und der Oberseite 13. Spezieller erstrecken sich die Zinnenstrukturen 35a bis 35e (2) im wesentlichen vertikal nach unten entlang der Breite der Seitenfläche 110 von der Oberseite 13 zu einem Punkt entlang der Breite der Seitenfläche 110, der von der Unterseite 15 beabstandet ist und knapp vor dieser liegt, und die Aussparung 124 definiert einen Spalt oder eine Kerbe oder Kehle in der Seitenfläche 110, die sich in der vertikalen Richtung zwischen dem unteren Ende der jeweiligen Zinnenstrukturen 35a bis 35e und der Unterseite 15 erstreckt. Die Wand 125 liegt bei und schneidet das untere Ende jeder der Zinnenstrukturen 36a bis 36e.
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Jede der Zinnenstrukturen 32a bis 32c, 34a bis 34c, 35a bis 35e und 36a bis 36e ist durch eine im wesentlichen halbkreisförmige langgestreckte Kehle oder Hohlkehle definiert, die in den jeweiligen Seitenflächen 110, 112, 114 und 116 ausgebildet ist, sich mit im wesentlichen senkrechter Ausrichtung zu der Ober- und der Unterseite 13 und 15 erstreckt und eine Außenseite aufweist, die mit einer Schicht aus elektrisch leitendem Material, wie Kupfer oder dergleichen, bedeckt/beschichtet ist, um einen Weg für elektrische Signale zu definieren.
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Jede der Zinnenstrukturen 32a bis 32c, 34a bis 34c, 35a bis 35e und 36a bis 36e hat ein daran angebrachtes, im wesentlichen halbkreisförmiges Pad 130 aus leitendem Material (2), das die jeweiligen oberen Öffnungen desselben, die an der Oberseite 13 münden, umgibt. Jede der Zinnenstrukturen 32a bis 32c und 34a bis 34c hat ferner ein daran angebrachtes, im wesentlichen rechteckiges Pad 132 aus leitendem Material (1), welches die jeweiligen unteren Öffnungen, die in der Unterseite 15 münden, umgibt.
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In der Ausführung der 1 und 2 erstreckt sich jede der Aussparungen oder Kehlen 120 und 124 in den jeweiligen Seitenflächen 112 und 110 in die Seitenflächen 112 und 110 bis zu einer Tiefe, die größer ist als der Radius der jeweiligen Zinnenstrukturen 36a bis 36e und 35a bis 35e, um die jeweiligen horizontalen Wände 121 und 125 zu erzeugen, welche an den unteren Enden der jeweiligen Zinnenstrukturen 36a bis 36e und 35a bis 35e liegen. Zusätzlich sind die Wände 121, 122, 125 und 126 in den jeweiligen Seitenflächen 112 und 110 des PCB/Substrats 12, welche die jeweiligen Kehlen 120 und 124 definieren, frei von jeglichem leitenden Material, und die Aussparungen oder Kehlen 120 und 124, die durch die jeweiligen Wände 121, 122, 125 und 126 definiert sind, stellen somit sicher, dass es einen Abstand oder Spalt und somit keinen elektrischen Kontakt und keine Verbindung zwischen den elektrisch leitenden unteren Enden der jeweiligen Zinnenstrukturen 35a bis 35e und 36a bis 36e und irgendeinem der elektrisch leitenden Anschlusspads auf einem Motherboard eines Kunden (nicht gezeigt), auf dem das PCB/Substrat 12 platziert werden kann, gibt. Der Abstand zwischen den jeweiligen Zinnenstrukturen 35a bis 35e und 36a bis 36e und der Unterseite 15 eliminiert somit die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen dem PCB/Substrat 12 und einem der elektrisch leitenden Anschlusspads auf dem Motherboard eines Kunden.
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Obwohl hier nicht im Einzelnen beschrieben oder gezeigt, umfasst das PCB/Substrat 12 zusätzlich mehrere Schaltkreisleitungen, die sowohl auf der Oberseite 13 als auch in innen liegenden Ebenen oder Schichten des Substrats ausgebildet und angeordnet sind, um die verschiedenen Elemente auf der Oberseite 13 miteinander und/oder mit einer oder mehreren der Zinnenstrukturen 32a bis 32c, 34a bis 34c, 35a bis 35e und 36a bis 36e elektrisch zu verbinden. In der Ausführung der 1 und 2 kann z. B. die Schicht aus leitendem Material, die die Außenseite jeder der Zinnenstrukturen 35a bis 35e und 36a bis 36e bedeckt, mit einer Schicht oder einem Streifen aus leitendem Material (nicht gezeigt) verbunden sein, das sich durch das Innere des PCB/Substrats 12 erstreckt und in dem leitenden Material auf der Außenseite einer oder mehrerer der Zinnenstrukturen 35a bis 35e und 36a bis 36e endet.
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Wie oben beschrieben und in den 1 und 2 gezeigt, sind verschiedene elektronische Komponenten auf der Oberseite 13 des PCB/Substrats 12 mittels herkömmlicher Elektro-Montagetechniken, wie Oberflächenmontage und Löten, angebracht.
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Ein integrierter Temperaturkompensations-Schaltkreis 16 (2) liegt im wesentlichen zentral auf der Oberseite 13 des PCB/Substrats 12 und ist dort montiert.
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Ein Temperaturerfassungselement oder Sensor 40 (2), der in der gezeigten Ausführung die Form eines Thermistors annimmt, liegt auf der Oberseite 13 des PCB/Substrats 12 benachbart zu dem integrierten Temperaturkompensations-Schaltkreis 16 und unter dem Quarz 150. Der Thermistor 40 ist dazu konzipiert und auf dem PCB/Substrat 12 angeordnet, dass er die Temperatur des Quarzes 150 erfasst.
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Der Quarz 150 (1 und 2) ist ein herkömmlicher Quarzkristallresonator mit AT- oder SC-Schnitten, der bei einer vorgegebenen Frequenz seine Resonanz hat. Der Quarz 150 ist in einem Metallgehäuse 152 mit einer Basis 153 untergebracht. Elektrische Anschlüsse 154 erstrecken sich von der Basis 153. Die Anschlüsse 154 haben entgegengesetzte Enden 155 und 156. Anschlussenden 155 erstrecken sich in das Gehäuse 152 und Anschlussenden 156 erstrecken sich in zugehörige Bohrungen 138 in der Oberseite 13 des PCB 12. Lötmittel 158 hält die Enden 156 in den Bohrungen 138.
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Der Temperatursensor 40 ist mit dem Ofensteuer- und Heizschaltkreis 20 (3) verbunden und spezieller mit einer Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 in Form eines integrierten Schaltkreises, die ihrerseits mit der Vielzahl von Heizelementen 48, 50 und 52 (2) verbunden ist und diese steuert. In der gezeigten Ausführung umfassen die Heizelemente 48, 50 und 52 Widerstände, und die Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 in Form des integrierten Schaltkreises integriert einen Verstärker.
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Der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 empfängt ein Temperatursignal als Eingangssignal von dem Temperatursensor 40 und liefert ein Heiz-Steuersignal als Ausgangssignal. Wenn die Temperatur in dem Ofen, der durch das Innere des Deckels/der Abdeckung 72 (1 und 2) definiert wird, unter einen gewählten Wert fällt, erhöht der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 die Energiezufuhr zu den Heizelementen, um die Temperatur innerhalb des Ofens zu erhöhen. Wenn die Temperatur in dem Ofen über einen ausgewählten Wert ansteigt, reduziert der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 die Energiezufuhr zu den Heizelementen 48, 50 und 52, um eine Abnahme der Temperatur in dem Ofen zuzulassen.
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Der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 und die Vielzahl der Heizelemente 48, 50 und 52 liegen auf der Oberseite 13 des PCB/Substrats 12 im wesentlichen unter dem Quarz 150 (2), um eine gleichmäßig verteilte ausgewogene Beheizung des Quarzes 150 vorzusehen. Kondensatoren 160, 161, 162 und 163 sind auf der Oberseite 13 des PCB/Substrats 12 angeordnet, um geeignete Filter- und Entkopplungsfunktionen auszuführen.
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Der Temperatursensor 40 liegt zentral auf der Oberseite 13 benachbart zu dem rechten Seitenrand des integrierten Temperaturkompensations-Schaltkreises 16. Der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 liegt benachbart und rechts von dem Temperatursensor 40.
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Ein Heizelement 48 liegt unter und mit Abstand zu dem Rand der unteren rechten Ecke des integrierten Temperaturkompensation-Schaltkreises 16. Ein Heizelement 50 liegt über und mit Abstand zu der oberen rechten Ecke des integrierten Temperaturkompensations-Schaltkreises 16. Ein Heizelement 52 liegt unter und mit Abstand zu dem unteren Rand des integrierten Schaltkreises der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44. Ein Heizelement 54 liegt zwischen Bohrungen 138 in Richtung der Seitenfläche 112 der integrierten Schaltungsplatte.
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Die Heizelemente 48, 50 und 52 und die Kondensatoren 160, 161, 162 und 163 bilden gemeinsam Teil des Ofensteuer- und Heizschaltkreises 20. Die spezielle Anwendung und die gewünschte Leistung der Oszillator-Anordnung 10 bestimmen die Anzahl, Auswahl, Anordnung, Verbindungen und Werte der verschiedenen Elemente, welche den Ofensteuer- und Heizschaltkreis 20 bilden.
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In dem Ausführungsbeispiel der 2 liegt der Quarz 150 über wenigstens dem integrierten Temperaturkompensations-Schaltkreis 16, dem integrierten Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44, dem Temperatursensor 40 und den Heizelementen 48, 50 und 52. In der gezeigten Ausführungsform sitzt der Quarz 150 über der Oberseite des integrierten Temperaturkompensations-Schaltkreises 16 (2).
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die Oszillator-Anordnung 10 ferner einen äußeren Deckel/eine Abdeckung 72, der vorzugsweise die gesamte Oberseite 13 des PCB/Substrats 12 überdeckt. Der Deckel 72 umfasst eine Oberseite oder Dach 73 und vier nach unten geführte Wände 74, welche die jeweiligen unteren Umfangs-Stirnflächen oder Ränder definieren, die auf die Oberseite 13 gesetzt werden können. Die Wände 24 und die Oberseite 73 des Deckels 72 definieren gemeinsam einen inneren Hohlraum 75. Kehlen 76 (1) sind in den Innenseiten ausgewählter Wände 74 definiert und erstrecken sich in diese hinein. Der Deckel 72 kann aus einem isolierenden Material hergestellt sein, z. B. Plastik. Der Deckel/die Abdeckung 72 und spezieller der innere Hohlraum 75 desselben definieren einen inneren Ofen, der dazu beiträgt, dass die Oszillator-Anordnung 10 und ihre Komponenten bei einer konstanten Temperatur bleiben, so dass die Leistungsaufnahme der Oszillator-Anordnung 10 reduziert wird. Die gesamte Höhe des Oszillatormoduls 10 mit dem Deckel 72 ist ungefähr 5,5 mm.
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Vier voneinander beabstandete, nach unten vorstehende Füße, Pfosten oder Vorsprünge 88 erstrecken sich von den Ecken des Deckels 72 nach unten. Die Pfosten 88 werden in vier entsprechende Löcher oder Hohlräume 90, die in der Oberseite 13 des PCB/Substrats 12 ausgebildet sind, eingefügt.
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Die Füße 88 in Kombination mit den jeweiligen Hohlräumen 90 dienen zum Positionieren und Sichern des Deckels 72 an dem PCB/Substrat 12. Der Deckel 72 ist vorzugsweise so bemessen, dass er alle elektrischen Komponenten überdeckt, die auf der Oberseite 13 sitzen, einschließlich wenigstens des integrierten Temperaturkompensations-Schaltkreises 16, des Temperatursensors 40 und des Quarzes 150.
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Die von dem integrierten Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 und den Heizelementen 48, 50 und 52 erzeugte Wärme wird nach oben zu dem darüber liegenden Quarz 150 übertragen, um die gleichmäßige und verteilte Beheizung des Quarzes 150 zu ermöglichen.
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Wieder mit Bezug auf 1 erstrecken sich vier Wände 168 in die Unterseite 15 des PCB/Substrats 12, um eine Ausnehmung oder einen Hohlraum oder eine Tasche 96 in der Unterseite 15 des PCB/Substrats 12 zu definieren. Die Tasche 96 ragt in die Unterseite 15 und das Innere des PCB/Substrats 12 hinein.
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Der Hohlraum oder die Tasche 96 liegt vorzugsweise in einem Bereich des PCB/Substrats 12, der direkt unter dem Bereich der Oberseite 13 des PCB/Substrats 12, welcher den Quarz 150 enthält, liegt. In dem Hohlraum oder der Tasche 96 ist Luft eingeschlossen und definiert eine Schicht oder einen Bereich der Isolation zwischen der Oberseite 13 und der Unterseite 15.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Oszillatorschaltkreises 200 für die Oszillator-Anordnung 10, wobei der Oszillator 14 mit einem Leistungsversorgungsanschluss Vcc, einem Masseanschluss GND und einem RF-Ausgangsanschluss RFout verbunden ist. Der Oszillator 14 kann ein Colpitts-Oszillator sein, der mit einem Quarzkristall mit AT-Schnitt stabilisiert ist. Der Oszillatorschaltkreis 200 erzeugt eine stabile Referenzfrequenz an dem RF-Ausgangsanschluss RFout.
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Der Ofen-stabilisierte Oszillatorschaltkreis 200 umfasst einen Ofensteuer- und Heizschaltkreis 20. Wie oben erörtert, umfasst der Ofensteuer- und Heizschaltkreis 20 wenigstens einen in dem integrierten Schaltkreis ausgebildeten Ofen/Heiz-Steuerschaltkreis 44, einen Temperatursensor 40 und Heizwiderstände 48, 50 und 52. Der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 ist sowohl mit dem Temperatursensor 44 als auch mit den Heizwiderständen 48, 50 und 52 verbunden. Die Heizwiderstände 48, 50 und 52 sind ihrerseits mit dem Masseanschluss GND verbunden. Der Temperatursensor 40 liefert ein Temperatursensor-Signal an den integrierten Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44, die ihrerseits den an die Heizwiderstände 48, 50 und 52 angelegten Strom und die Temperatur einstellt, welche der Oszillator 14 erfährt.
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Ein Strombegrenzungswiderstand 230 ist zwischen dem integrierten Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 und dem Leistungsversorgungsanschluss Vcc angeschlossen, um sicherzustellen, dass der Einschaltstrom des Oszillatormoduls 10 und spezieller der Einschaltstrom des integrierten Schaltkreises der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 nicht die Nennstrombelastung der Stromversorgung des Kunden überschreitet.
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Der Strombegrenzungswiderstand 230 reduziert insbesondere die Spannung zu dem integrierten Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 um eine Größe, die gleich dem Strom ist, der durch den Widerstand 230 fließt, multipliziert mit dem Widerstandswert des Widerstandes 230. Es sei z. B. angenommen, dass der Strombegrenzungsschaltkreis 230 einen Wert von 3,3 Ohm hat. Wenn der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 in seinen normalen gesättigten Zustand schaltet, stehen ungefähr 2,6 V (Vcc – die Sättigungsspannung des integrierten Schaltkreises der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44) über der 4 Ohm-Impedanz der Heizwiderstände 48, 50 und 52 plus die 3,3 Ohm des Strombegrenzungswiderstandes 230 für einen Gesamtwiderstand von 7,3 Ohm zur Verfügung. Der Einschaltstrom ist dann auf 356 mA begrenzt. Der Spannungsabfall über dem Strombegrenzungswiderstand 230 von 3,3 Ohm beträgt ungefähr 1,2 V. Der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 muss daher bei einer Versorgungsspannung von 2,1 V arbeiten können. Der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 ist dazu konfiguriert, bei dieser niedrigen Spannung zu arbeiten, um den Ausgangsstrom zu steuern.
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Die Verwendung des Strombegrenzungsschaltkreises 230 zwischen dem integrierten Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 und der Leistungsversorgung Vcc bewirkt, dass der integrierte Schaltkreis der Ofen/Heiz-Steuereinrichtung 44 mehr Wärme über dem Umgebungstemperaturbereich liefert, als wenn der Wert der Heizwiderstände 48, 50 und 52 angehoben würde, um den Einschaltstrom auf denselben Wert zu begrenzen.
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Eine Analyse hat ergeben, dass die von den Heizwiderständen 48, 50 und 52 erzeugte Wärme um 50% dessen, was sie wäre, wenn deren Werte erhöht waren, reduziert werden kann. Dies umfasst die von dem Strombegrenzungswiderstand 230 in Reihe mit der Leistungsversorgung Vcc aufgenommenen Wärme.
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Wenn die Wärmequelle in dem Ofen, der durch den inneren Hohlraum 75 des Deckels eingegrenzt wird, gleichmäßig über den Umgebungstemperaturbereich verteilt wird, wird die Temperatur des Oszillators 14 in dem Ofen enger kontrolliert, was zu einer stabileren Referenzfrequenz an dem Anschluss RFout führt.
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4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines PCB/Substrats 312 für die Oszillator-Anordnung oder das Modul 10. Das Substrat 312 ist, wie das oben im Einzelnen beschriebene Substrat 12, aus einem üblichen Glasepoxylaminat gebildet, einer mehrschichtigen Konstruktion, auf der dieselben elektrischen/elektronischen Komponenten/Schaltkreise, wie oben beschrieben und in Bezug genommen, auf der Oberfläche 13 montiert und/oder ausgebildet sind.
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Die im wesentlichen rechteckige gedruckte Schaltungsplatte (PCB) oder Substrat 312 hat eine im wesentlichen ebene horizontale Oberseite 313, die einer im wesentlichen ebenen horizontalen Unterseite 315 gegenüberliegt. Das PCB/Substrat 312 hat auch gegenüberliegende parallele im wesentlichen vertikale Querwände oder Seitenflächen 414 und 412 und gegenüberliegende parallele im wesentlichen vertikale Längswände oder Seitenflächen 414 und 416. Die Seitenflächen 410, 412, 414 und 416 sind so ausgerichtet, dass sie im wesentlichen senkrecht zu der Oberseite 313 und der Unterseite 315 sind. Die Seitenflächen 410, 412, 414 und 416 erstrecken sich um den äußeren Umfang des Substrats 312.
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Drei voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 332a, 332b und 332c sind in der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenfläche 416 ausgebildet und erstrecken sich zwischen und im wesentlichen senkrecht zu der Oberseite 313 und der Unterseite 315. Drei voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 334a, 334b und 334c sind in der gegenüberliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenfläche 414 ausgebildet und erstrecken sich zwischen der Oberseite 313 und der Unterseite 315 im wesentlichen senkrecht zu diesen und diametral gegenüberliegend zu den Zinnenstrukturen 332, 332b und 332c.
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Fünf voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 335a, 335b, 335c, 335d und 335e sind in der Seitenfläche 410 ausgebildet. Fünf voneinander beabstandete, parallele halbkreisförmige Zinnenstrukturen 336a, 336b, 336c, 336d und 336e sind in der Seitenfläche 412 ausgebildet.
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Jede der Zinnenstrukturen 332a bis 332c, 334a bis 334c, 335a bis 335e und 336a bis 336e wird durch eine im wesentlichen halbkreisförmige langgestreckte Kehle definiert, die in den jeweiligen Seitenflächen 410, 412, 414 und 416 ausgebildet ist, und erstreckt sich in einer im wesentlichen senkrechten Ausrichtung zu der Oberseite 313 und der Unterseite 315 des PCB/Substrats 312 und ist mit einer Schicht aus leitendem Material, wie Kupfer oder dergleichen, bedeckt/beschichtet, um einen Pfad für elektrische Signale zu definieren.
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Jede der Zinnenstrukturen 332a bis 332c, 334a bis 334c, 335a bis 335e und 336a bis 336e hat ein daran angebrachtes jeweils halbkreisförmiges Pad 430 aus leitendem Material, das die jeweils oben liegenden Öffnungen derselben, die in der Oberseite 313 münden, umgibt. Die Zinnenstrukturen 332a bis 332c und 334a bis 334c haben zusätzlich jeweils im wesentlichen rechteckförmige Pads 432 daran befestigt, welche die jeweiligen unteren Öffnungen derselben, die in der Unterseite 315 münden, umgeben.
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Jede der Zinnenstrukturen 335a bis 335 und 336a bis 336e erstreckt sich von der Oberseite 313 nach unten und endet bei einem Punkt in den jeweiligen Seitenflächen 410 und 412, der von der Unterseite 315 beabstandet ist und kurz vor dieser endet, und entsprechende halbkreisförmige langgestreckte Kehlen oder Aussparungen, die durch entsprechende halbkreisförmige senkrechte Wände 435a bis 435e und 436a bis 436e definiert sind, erstrecken sich zwischen dem unteren Ende der jeweiligen Zinnenstrukturen 335a bis 335e und 336a bis 336e und der Unterseite 315.
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Die Wände 435a bis 435e und 436a bis 436e sind frei von jeglichem leitenden Material und haben einen Radius, der größer ist als der Radius der jeweiligen Zinnenstrukturen 335a bis 335e und 336a bis 336e, um horizontale Wände 535a bis 535e und 536a bis 536e in jeweiligen Seitenflächen 410 und 412 zu bilden, die an den unteren Enden der jeweiligen Zinnenstrukturen 335a bis 335e und 336a bis 336e liegen. Jede der Wände 535a bis 535e und 536a bis 536e ist in einer im wesentlichen parallelen Beziehung zu und mit Abstand von sowohl der Oberseite 313 als auch der Unterseite 315 des PCB/Substrats 312 angeordnet.
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Gemäß dieser Ausführungsform des Substrats 312 gewährleistet die Ausbildung von jeweils individuellen Wänden 435a bis 435e und 436a bis 436e, welche jeweils individuelle Ausnehmungen oder Kehlen bilden, die sich zwischen den unteren Enden der jeweiligen Zinnenstrukturen 335a bis 335e und 336a bis 336e und der Unterseite 315 des PCB/Substrats 312 erstrecken, dass dort ein Raum oder Spalt vorhanden ist und somit kein Kontakt zwischen dem elektrisch leitenden unteren Ende jeder der jeweiligen Zinnenstrukturen 335a bis 335e und 336a bis 336e und irgendeinem der elektrisch leitenden Anschlusspads an der Oberseite des Motherboards des Kunden (nicht gezeigt), auf das das PCB/Substrat 312 aufgesetzt werden kann, besteht. Das Fehlen eines solchen Kontakts eliminiert das Risiko jeglicher Kurzschlüsse zwischen dem Substrat 312 und allen elektrisch leitenden Anschlusspads auf dem Motherboard des Kunden.
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Obwohl hier nicht im Einzelnen beschrieben oder gezeigt ist, und ähnlich wie in der zuvor beschriebenen Ausführung des PCB/Substrats 12, wird man verstehen, dass das Substrat 312 eine Vielzahl von Schaltkreisleitungen definiert, die auf der Oberseite 313 und auf anderen inneren Ebenen und Schichten des Substrats 312 gebildet und angeordnet sind und die verschiedenen Elemente elektrisch miteinander und/oder mit den Zinnenstrukturen verbinden können, einschließlich z. B. innerer Schichten oder Streifen aus leitendem Material die in einer oder mehreren der Schichten aus leitendem Material enden, welche die Außenfläche der jeweiligen Zinnenstrukturen 335a bis 335e und 336a bis 336e bedecken.
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Während die Erfindung in Bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsformen einer Ofen-stabilisierten Oszillator-Anordnung beschrieben wurde, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsformen sollen in jeder Hinsicht nur als Illustration und nicht als Beschränkung verstanden werden. Der Bereich der Erfindung wird daher durch die folgenden Ansprüche definiert und nicht durch die vorstehende Beschreibung. Alle Änderungen, die innerhalb des Sinns und Bereichs der Äquivalente der Ansprüche fallen, sind in dem Schutzbereich eingeschlossen.
