DE19811536C2 - Filteranordnung für vielpoligen Steckverbinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine planarfilterartige Filteranordnung auf Dickschichtbasis für einen vielpoligen Steckverbinder mit Durchfüh­ rungslöchern, die in ihrer Anzahl der Anzahl der mittels Stecker/­ Steckbuchse zu verbindenden Signalleitungen entsprechen, von denen wenigstens zwei mittels Tiefpassfilter mit auf dem Träger der Filter­ anordnung angeordneten Kondensatoren gefiltert sind, wobei für jeden Kondensator als Signalelektrode ein mit der zu filternden Signal­ leitung verbundener Signalbelag vorgesehen ist und die Kondensatoren als Masseelektrode einen gemeinsamen, durchgehenden Massebelag sowie eine dielektrische Schicht zwischen Signalbelag und Massebelag auf­ weisen und die Signalbeläge in gegeneinander versetzten Reihen an­ geordnet sind.

Bei vielpoligen Steckverbindern, wie sie für die Übermittlung von di­ gital oder analog aufbereiteten Signalen bei Hochgeschwindigkeitsüber­ mittlung von Informationen oder für Messsignale von Vielfach-Messein­ richtungen eingesetzt werden, besteht die Notwendigkeit einer Fil­ terung, um eingestreute Störsignale auszufiltern. Dieses Ausfiltern von Störstrahlung oder eingestreuten Störsignalen erfolgt im allge­ meinen mit Tiefpässen mit Querkondensatoren, von denen einer für jede der zu filternden Signalleitungen vorgesehen ist. Dazu werden die Kondensatoren vorteilhaft in Planarfiltern zusammengefasst und in die Steckverbinder eingesetzt, wobei die Planarfilter von den Signallei­ tungen durchsetzt sind, und wobei für jede der zu filternden Signal­ leitungen mindestens ein Kondensator vorgesehen ist und die Kondensa­ toren auf einem im allgemeinen keramischen, insbesondere aluminium­ oxidischen Träger angeordnet sind. Dabei basieren die Planarfilter auf der bekannten Dickschichttechnologie, oder auf anderen Technolo­ gien wie z. B. Multilayer Keramik, FlexFilm etc. Diese Planarfilter sind dabei mit Öffnungen versehen, durch die die Steckerstifte bzw. die Steckbuchsen der Signalleitungen geführt werden, wobei der Belag des zugeordneten Kondensators vorteilhaft bis in die Öffnung geführt ist, wo die elektrische Verbindung zu Steckerstift oder Buchse durch Federkontakte, Press-Buchsen, Verlötung etc. hergestellt wird. Jedoch bedingt die Geometrie dieser Planarfilter, dass eine für die Filte­ rung auch hoher Frequenzen nachteilige Rest-Induktivität zurück­ bleibt, die unerwünschte Resonanzstellen bedingt.

Die US 5 603 640 A beschreibt ein Planarfilter für vielpolige Steck­ verbinder mit der Anzahl der in Reihen und Spalten angeordneten Durchführungslöchern in dem Träger des Planarfilters geführten Sig­ nalleitungen entsprechenden Anzahl von diese umgebenden Kondensato­ ren, jeder mit einem mit der zugeordneten Signalleitung verbundenen ersten Signalbelag und mit einem über das leitende Gehäuse mit Masse verbundenen zweiten Massebelag. Jeder der Signalbeläge steht mit dem zugeordneten Signalleiter in Kontakt, während der gemeinsame Massebe­ lag über leitende Seitenbereiche des Planarfilters und das Gehäuse mit Masse verbunden ist. Die ineinander verschachtelten Signalelek­ troden weisen Abrundungen und Ausnehmungen auf, bei im wesentlichen gleicher Spaltweite zwischen benachbarten Signalelektroden.

Die DE 43 27 850 C2 betrifft ein gattungsgemäßes Planarfilter für mehrpolige Steckverbinder, bei dem die Signalleitungen durch in ge­ geneinander versetzten Reihen angeordneten Öffnungen in dessen Träger geführt sind, das Kondensatoren für jede der Signalleitungen aufweist und jeder Kondensator mit einem Signalbelag und alle Kondensatoren mit einem gemeinsamen Massebelag versehen sind, wobei eine dielektri­ sche Schicht zwischen jedem der Signalbeläge und dem Massebelag diese isolierend trennen. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit und der Fes­ tigkeit gegen elektromagnetische oder elektrostatische Störungen wer­ den die Kondensatoren des Planarfilters von einem Paar im wesentli­ chen gleich großer, in Serie geschalteter Einzelkondensatoren gebil­ det. Jedes Kondensator-Paar wird dadurch gebildet, dass die dielek­ trische Schicht eine Zwischenelektrode aufweist, die den Massebelag und den zugeordneten Signalbelag mit etwa gleich großen Flächenteilen überdeckt.

Einen mehrpoligen Steckverbinder für Signalleitungen mit einem als leitfähiges Schirmgehäuse ausgebildeten Stecker-Gehäuse, in dem eine Filteranordnung in üblicher Planarfilter-Technik angeordnet ist, be­ schreibt die DE 43 18 067 A1. Jedoch bedingt die Geometrie dieser Planarfilter, dass zum einen eine für die Filterung auch hoher Fre­ quenzen nachteilige Rest-Induktivität zurückbleibt, die unerwünschte Resonanzstellen bedingt und zum anderen wird die für die Signalbeläge verfügbare Fläche des Trägers nicht optimal genutzt, da diese Druck­ schriften keine Anregung für eine besondere Ausformung der Signal-Be­ läge enthalten.

Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabenstellung es ist, diese Nachteile zu überwinden und unter Beibehaltung der bekannten, wirt­ schaftlichen Herstellung solcher Filteranordnungen bei durch die An­ ordnung der Steckerstifte/Steckbuchsen gegebener Geometrie eine mög­ lichst große Kapazität und hohe Spannungsfestigkeit der Kondensatoren so zu erreichen, dass bei der Filteranordnung unerwünschte Resonanz­ stellen unterdrückt sind und diese auch bei hohen Signalübertragungs­ raten gute Filterwirkung aufweist und sicher einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs genannten Merkmale gelöst; vorteilhafte Weiterbildun­ gen und bevorzugte Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.

Nach der Erfindung ist die Ausbildung der Signalbeläge so, dass deren Begrenzungen zumindest im Bereich der einander zugewandten Seiten be­ nachbarter Signalbeläge derart mit Abrundungen bzw. Ausnehmungen ver­ sehen sind, dass der zwischen zwei der Signalbeläge verbleibende Spalt über nahezu die gesamte Länge der Begrenzungen die gleiche Wei­ te aufweist. Durch diese Geometrie wird erreicht, dass der induktive Anteil des Kondensators klein bleibt und die Resonanzstelle weit zu hohen Frequenzen hin verschoben ist. Bei dieser Ausbildung schließen Kreisabschnitte aneinander an; im Bereich dieser Anschlussstellen, insbesondere im Bereich spitzwinkliger Anschlussstellen, sind die Übergänge abgerundet. Durch diese Abrundungen werden Spitzeneffekte vermieden, die sich störend auf den Einsatz auswirken können. Es ver­ steht sind dabei von selbst, dass im Bereich dieser Abrundungen Ab­ weichungen von der sonst überall gleichen Spaltweite auftreten, deren nachteilige Auswirkungen jedoch klein gegenüber den nachteiligen Aus­ wirkungen von Spitzeneffekten sind.

Um eine Verbesserung der Abschirmung zu erreichen, ist es vorteil­ haft, wenn die Signalbeläge auf dem Träger angeordnet sind, auf die­ sen die dielektrische Schicht und schließlich darauf der durchgehende Massebelag. Die Anordnung der Signalbeläge kann einseitig auf dem Träger vorgesehen sein; in anderen Fällen ist es vorteilhaft, Signal­ beläge auf beiden Seiten des Trägers vorzusehen. In beiden Fällen kommt es auf die Geometrie dieser Signalbeläge an, wobei die Spalt­ weite zwischen benachbarten Signalbelägen - abgesehen von den unver­ meidbaren Aufweitungen des Spaltes im Bereich dreier aneinander gren­ zender Beläge - konstant sein soll.

Das Wesen der Erfindung wird an Hand der in den Fig. 1 bis 4 stark vergrößert dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1: Ansicht auf einen 15-poligen Planarfilter (Aufsicht);

Fig. 2: Aufsicht auf die Vorderseite des 15-poligen Planarfil­ ters (stufenweise geöffnet);

Fig. 3: Erste Ausbildungsform der Signalbeläge der Signalelek­ troden;

Fig. 4: Zweite Ausbildungsform der Signalbeläge der Signalelektroden.

Das auf einem keramischen, insbesondere aluminiumoxidischen Träger 6 aufgebaute Planarfilter 1 (Fig. 1, 2) ist mit 15 Durchführungslöchern 11 für die Signalleitungen in 3 Reihen versehen, wobei es sich von selbst versteht, dass diese Anzahl ebenso verändert werden kann, wie die Anzahl der Reihen; eine Vergrößerung kann beispielsweise zum ei­ nen durch Verlängerung und zum anderen durch weitere Reihen erfolgen, die entsprechend aneinander gefügt sind. Das Planarfilter ist mit der schützenden Oberflächenabdeckung 2 überzogen. Unter dieser Oberflä­ chenabdeckung befinden sich die Signalbeläge 12 mit den Durchführun­ gen für die Signalleitungen, bzw. die diese verbindenden Steckerstif­ te oder Steckbuchsen, durch die Durchführungslöcher 11 geführt sind. Diese Durchführungslöcher 11 sind umgeben von dem Signalbelag 12, der in bekannter Weise bis in die Durchführungslöcher 11 reicht und ein Kontaktieren mit den Signalleitungen, beispielsweise zum Verlöten, gestattet, wozu auch auch ein Lötring 8 vorgesehen sein kann, der das zugeordnete der Durchführungslöcher 11 umgibt. Auf dieser Oberflä­ chenabdeckung 2 sind einzelne Signalleitungen mit Ziffern S1, S5, S6, S10, S11, S15 gekennzeichnet, weiter ist auf ihr ein (nicht näher bezeichneter, doppelt gestrichelter) Beschriftungs-Bereich vorgese­ hen.

Unter dieser Oberflächenabdeckung 2 befinden sich für jeden der Ein­ zelkondensatoren 10 - wie in der nächsten Stufe gezeigt - die Signal­ beläge 12 als voneinander getrennte Inseln (deren Ausbildung in den Fig. 3 und 4 im Einzelnen näher beschrieben wird). Diese Signalbe­ läge 12 sind auf die dielektrische Schicht 3 aufgebracht, die in der folgenden Stufe ohne Signalbeläge erkennbar ist. Unter dieser dielek­ trischen Schicht 3 ist der durchgehende Massebelag 4 direkt auf den Träger 6 aufgebracht, wobei der Massebelag 4 zumindest an einer Stel­ le bis an den Rand des Trägers 6 geführt ist, um einen Masse-An­ schluss zu gewinnen (hier nicht dargestellt). Dieser durchgehende Massebelag 4 stellt eine Abschirmung dar, und er verkleinert die schon niedrige Induktivität weiter. Um eine Isolation gegenüber den Signalleitungsdurchführungen zu erreichen, weist der Massebelag 4 im Bereich dieser Durchführungen eine Aussparung 5 auf, die die elektri­ sche Trennung sicherstellt. Dieser Aufbau kann auch invers sein: Da­ bei befinden sich auf dem Träger zunächst die Signal beläge, die von der dielektrischen Schicht abgedeckt sind, auf der sich wiederum der durchgehende Massebelag der Masseelektrode befindet. Bei dieser Form des Aufbaues befindet sich der abschirmende Massebelag außen, so dass insbesondere bei beidseitig vorgesehenem Massebelag eine wirksame Ab­ schirmung erreicht wird.

Die auf die dielektrische Schicht 3 oder auf den Träger aufgebrachten Signalbeläge 12 werden mit den bekannten Techniken, beispielsweise mittels Siebdruckverfahren aufgetragen und durch nachfolgende thermi­ sche Behandlung fixiert, wobei es sich von selbst versteht, dass für die anderen Technologien entsprechendes gilt.

Die Grundform dieser Signalbeläge 12 ist dabei eine rechteckige, wie besonders auch an den randständigen Signalbelägen zu erkennen, die rechteckige Randbereiche 13 aufweisen. Die Rechtecke sind in den Be­ reichen, in denen ein weiterer der Signalbeläge 12 benachbart ist, durch Abrundungen 14 bzw. Ausnehmungen 15 so verändert, dass sich je­ weils die benachbarten der Signalbeläge 12 so aneinanderfügen. Da­ durch ist die Spaltweite über den gesamten Nachbarschafts-Bereich zu­ mindest nahezu konstant.

Da sich jedoch insbesondere bei sich spitzwinklig aneinanderfügende Kreisbögen Spitzen ergeben würden, die sich störend auswirken können, sind - um diese Spitzen zu vermeiden - diese Stellen mit Übergangs- Abrundungen 16 versehen, wobei es sich von selbst versteht, dass alle Spitzen (auch die der rechteckigen Randbereiche) abgerundet sein soll­ ten. Dabei können (bei dreireihigem Aufbau) die in den mittleren Rei­ hen angeordneten Signalbeläge 12 mit Ausnehmungen 15 und die rand­ ständig angeordneten Signalbeläge 12 mit Abrundungen 14 versehen sein (Fig. 3) oder umgekehrt (Fig. 4).

Für Planarfilter mit mehr als drei Reihen Steckerstiften/Steckbuchsen können die mittleren Reihen alternierend mit Signalbelägen mit Abrun­ dungen 14 bzw. mit Signalbelägen mit Ausnehmungen 15 versehen sein, wobei die randständigen der Signalbeläge 12 korrespondierend dazu ausgebildet sind. So ist die Abfolge bei in vier Reihen angeordneten Signalleitungen derart, dass die Signalbeläge der ersten Reihe in den einander zugewandten Bereichen halbkreisförmig ausgeformt sind, die der zweiten Reihe dazu korrespondierend doppelt viertelkreisför­ mig, die der dritten Reihe wiederum doppelt halbkreisförmig aus­ genommen und die der vierten Reihe schließlich in den einander zuge­ wandten Bereichen wieder viertelkreisförmig ausgenommen sind.

Claims (9)

1. Planarfilterartige Filteranordnung auf Dickschichtbasis für einen vielpoligen Steckverbinder mit Durchführungslöchern (11), die in ihrer Anzahl der Anzahl der mittels Stecker/­ Steckbuchse zu verbindenden Signalleitungen entsprechen, von denen wenigstens zwei mittels Tiefpassfilter mit auf dem Träger (6) der Filteranordnung angeordneten Kondensato­ ren gefiltert sind, wobei für jeden Kondensator als Signal­ elektrode ein mit der zu filternden Signalleitung verbun­ dener Signalbelag (12) vorgesehen ist und die Kondensatoren als Masselektrode einen gemeinsamen, durchgehenden Massebe­ lag (4) sowie eine dielektrische Schicht (3) zwischen Sig­ nalbelag (12) und Massebelag (4) aufweisen und die Signal­ beläge (12) in gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbeläge (12) einer Reihe jeweils halbkreisförmige Abrundungen (14) oder zwei viertelkreisförmige Ausnehmungen (15) aufweisen, wel­ che mit entsprechenden Ausnehmungen (15) bzw. Abrundungen (14) der Signalbeläge (12) benachbarter Reihen derart kor­ respondieren, dass der zwischen zwei Signalbelägen (12) verbleibende Spalt über nahezu die gesamte Länge der Be­ grenzungen die gleiche Weite aufweist.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der aneinander anschließenden Kreisbögen der Abrundungen (14) oder Ausnehmungen (15) eines Signal­ belags (12), vorzugsweise bei spitzwinkligem Übergang, mit Übergangs-Abrundungen (16) versehen sind.

3. Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Signalbeläge (12) in ihrer Grundform rechteckig sind, wobei die Mittelpunkte der erzeugenden Kreise der halbkreisförmigen Abrundungen (14) mit den Mit­ telpunkten der jeweils zugeordneten Durchführungslöcher (11) für die Signalleitungen zusammenfallen und deren Ra­ dius gleich der halben Rechteckbreite ist, und dass die Mittelpunkte der erzeugenden Kreise der viertelkreisför­ migen Ausnehmungen (15) mit den Mittelpunkten der Durchfüh­ rungslöcher (11) für die Signalleitungen der Ausnehmung (15) jeweils benachbarten Signalbeläge (12) zusammenfallen und der Radius der erzeugenden Kreise mindestens gleich ist der halben Rechteckbreite zuzüglich Spaltweite.

4. Filteranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch drei Reihen von Signalbelägen (12), wobei die beiden äußeren die­ ser Reihen Signalbeläge (12) aufweisen, deren der mittleren Reihe zugewandter Bereich halbkreisförmige Abrundungen (14) aufweisen, während die Signalbeläge (12) der mittleren Rei­ he beidseits mit doppelten, viertelkreisförmigen Ausnehmun­ gen (15) versehen sind.

5. Filteranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch drei Reihen von Signalbelägen (12), wobei die beiden äußeren dieser Reihen Signalbeläge (12) aufweisen, deren der mitt­ leren Reihe zugewandter Bereich doppelt-viertelkreisförmige Ausnehmungen (15) aufweisen, während die Signalbeläge (12) der mittleren Reihe beidseits mit halbkreisförmigen Abrun­ dungen (14) versehen sind.

6. Filteranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch vier Reihen von Signalbelägen (12), wobei die Signalbeläge (12) der ersten Reihe in den einander zugewandten Bereichen halb­ kreisförmige Abrundungen (14) aufweisen, die der zweiten Reihe doppelt-viertelkreisförmige Ausnehmungen (15), die der dritten Reihe wiederum halbkreisförmige Abrundungen (14) und die der vierten Reihe schließlich in den einander zugewandten Bereichen wieder doppelt-viertelkreisförmige Ausnehmungen (15).

7. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbeläge (12) der Einzelkon­ densatoren (10) auf die dielektrische Schicht (3) und diese wiederum auf den unmittelbar auf den Träger (6) aufgebrach­ ten, durchgehenden Massebelag (4) aufgebracht sind.

8. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbeläge (12) der Einzelkon­ densatoren (10) unmittelbar auf den Träger (6) aufgebracht und von der dielektrischen Schicht (3), auf die der Masse­ belag (4) aufgebracht ist, abgedeckt sind.

9. Filteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Signalbeläge (12) der Einzelkonden­ satoren auf beiden Seiten des Trägers (6) vorgesehen sind.