DE19952192A1

DE19952192A1 - Verfahren zum Abgleichen einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE19952192A1
Application number: DE1999152192
Authority: DE
Inventors: Helmut Thalhammer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-04-12

Abstract

Bei einem Verfahren zum Abgleichen einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer Oszillatorschaltung, sind einstellbare Bauteile der Schaltung, insbesondere des Resonators einer Oszillatorschaltung, so ausgebildet, daß mit den einstellbaren Bauteilen verbundene Durchkontaktierungen von der Ober- zur Unterseite einer Platine, auf der die Schaltung montiert ist, vorgesehen sind. Diese Durchkontaktierungen verbinden die Bauteile mit einem Bezugspotential und sind zum Abgleichen der einstellbaren Bauteile mittels eines Fräsers, Lasers oder dergleichen Mittel durchtrennbar. Mit diesem Schritt kann eine Induktivität, d. h. eine Spule, verlängert oder verkürzt und damit deren elektrischer Wert verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleichen einer elektronischen Schaltung wie Filter, Mixer, Verstärker und insbesondere eine Oszillatorschaltung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Spannungsgesteuerte Oszillatorschaltungen umfassen üblicher weise eine Verstärkerstufe, einen Resonator und eine Rückkop pelschaltung. Um eine empfindliche Oszillatorschaltung vor elektromagnetischen Strahlungen, welche insbesondere die Schwingfrequenz der Schaltung beeinflussen können, abzuschir men, wird die auf einer Platine oder (gedruckten) Leiter platte aufgebaute Schaltung meistens mit einem metallischen Gehäuse - einer sogenannten Abschirmhaube - abgedeckt.

Eine häufig eingesetzte spannungsgesteuerte Oszillatorschal tung ist der sogenannte Colpitts-Oszillator, der in Fig. 3 dargestellt ist. An einem Oszillatoreingang 6 liegt eine Spannung zur Einstellung der Resonanzfrequenz des Oszillators an. Die Kapazitätsdiode KD und Kapazitäten Cs und C0 sowie eine einstellbare Induktivität L0 sind Teil eines Resonators 8 des Oszillators. Der Resonator 8 ist über eine Koppelkapa zität CK mit einer Verstärkerstufe gekoppelt. Die Verstärker stufe umfaßt im wesentlichen einen npn-Bipolartransistor T1 als Verstärkerelement sowie Kapazität C1, Induktivität L1 und die Widerstände R1 bis R3 zum Einstellen des Arbeitspunktes des Verstärkers. Über eine Kapazität C2 kann am Oszilla torausgang 7 die Schwingfrequenz abgegriffen werden. Zwei weitere Kapazitäten Crk1 und Crk2 dienen als Rückkoppelschal tung. Über die Spannung am Oszillatoreingang 6 wird die Kapa zität der Kapazitätsdiode KD und damit die Resonanzfrequenz des Resonators 8 eingestellt.

Über die einstellbare Kapazität C0 und Induktivität L0 des Resonators ist die Resonanzfrequenz zusätzlich einstellbar, insbesondere wird dadurch die durch Bauteiletoleranzen beein flußte Resonanzfrequenz abgeglichen. Dazu werden üblicher weise diskrete Spulen mit einem Abgleichkern, diskrete Luftspulen mit dehnbaren Windungen, durch Fräser oder Laser abgleichbare Microstrip-Spulen, trimmbare Kapazitäten oder durch Fräser oder Laser trimmbare Kapazitäten verwendet. Die durch Laser oder Fräser trimmbaren Spulen und Kapazitäten sind meistens direkt auf einer Seite der Platine als Kupfer flächen ausgebildet.

Der Abgleich wird im wesentlichen beim Aufbau der Oszillator schaltung, d. h. in der Produktion, vorgenommen. Allerdings muß der Abgleich vor der Montage der Abschirmhaube der Oszil latorschaltung vorgenommen werden. Demzufolge muß beim Ab gleich der Einfluß der Abschirmhaube auf die Resonanzfrequenz berücksichtigt werden. Ein genauer Abgleich wird hierdurch verhindert, da der Einfluß der Abschirmhaube beim Abgleich nur geschätzt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah ren zum Abgleichen einer elektronischen Schaltung, insbeson dere einer Oszillatorschaltung, vorzuschlagen, das insbeson dere ein Abgleichen bei bereits montierter Abschirmhaube er möglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Erfindungsgemäß sind einstellbare Bauteile der Schaltung, insbesondere des Resonators einer Oszillatorschaltung, derart ausgebildet, daß mit den einstellbaren Bauteilen verbundene Durchkontaktierungen von der Ober- zur Unterseite einer Pla tine, auf der die Schaltung montiert ist, vorgesehen sind; die Durchkontaktierungen verbinden die Bauteile mit einem Be zugspotential und sind zum Abgleichen der einstellbaren Bau teile mittels eines Fräsers, Lasers oder ähnlicher Mittel durchtrennbar; mit diesem Schritt kann beispielsweise eine Induktivität, d. h. eine Spule, verlängert oder verkürzt und damit deren elektrischer Wert verändert werden. Ebenso ist denkbar, daß die Fläche einer Kapazität verändert wird.

Insbesondere kann mittels Durchtrennen einer oder mehrerer Durchkontaktierungen eine Parallel- oder Serienschaltung von Kapazitäten, Induktivitäten, Widerständen oder dergleichen verändert werden.

Vorteilhafterweise erfolgt das Durchtrennen nach der Montage einer Abschirmhaube der Oszillatorschaltung, so daß ein prä ziser Abgleich der Resonanzfrequenz des Resonators der Oszil latorschaltung möglich ist. Ferner sind keine abgleichbaren Bauteile wie beispielsweise trimmbare Kapazitäten oder Induk tivitäten mehr notwendig, die teuer sind und die sich nach dem Abgleichen insbesondere aufgrund mechanischer und thermi scher Einflüsse wieder verstellen können.

Die Abstufung der Abgleichschritte ist erfindungsgemäß im we sentlichen lediglich von der Anzahl der durchtrennbaren Durchkontaktierungen abhängig.

Bevorzugt erfolgt das Durch- bzw. Auftrennen der Durchkontak tierungen während eines Meß- oder Abgleichvorgangs der Oszil latorschaltung. Dazu kann ein Meß- oder Abgleichprogramm in der Platinenproduktion vorgesehen sein, das die Oszillator schaltung nach der Platinenmontage, d. h. wenn alle Bauteile aufgelötet sind und insbesondere die Abschirmhaube montiert ist, in mehreren Schritten durchmißt und jeweils Durchkontak tierungen über einen automatisch angesteuerten Fräser oder Laser oder ähnlicher Mittel auftrennt. Eine manuelle Einstel lung wäre hierzu gar nicht mehr erforderlich.

Die Anzahl der Abgleichschritte wird durch die Anzahl der durchtrennbaren Durchkontaktierungen vorgegeben. Einmal durchtrennte Durchkontaktierungen können durch selektives Lö ten wieder instand gesetzt werden, so daß nach einem Durch trennen einer Durchkontaktierung eine Korrektur des vorgenom menen Abgleichs rückgängig machbar ist.

Im folgenden werden in der Beschreibung eines Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung weitere Vorteile und Ausgestaltungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer Platine, auf der eine mit einer Abschirmhaube versehene (nur teilweise darge stellte) Oszillatorschaltung montiert ist,

Fig. 2 die Verschaltung einer einstellbaren Induktivität des Resonators der Oszillatorschaltung,

Fig. 3 eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung nach dem Stand der Technik,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Schnittes durch eine Pla tine, auf der eine mit einer Abschirmhaube versehene (nur teilweise dargestellte) Oszillatorschaltung montiert ist,

Fig. 5 das Durchtrennen einer Durchkontaktierung mittels eines Fräsers zum Abgleichen der Oszillatorschaltung,

Fig. 6 die Verschaltung der einstellbaren Induktivität der Fig. 1 nach dem Durchtrennen gemäß Fig. 5, und

Fig. 7 Parallel- und Serienschaltungen von mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren einstellbaren Bauteilen.

In Fig. 1 ist perspektivisch eine Platine oder insbesondere gedruckte Leiterplatte 2 dargestellt, auf deren Oberseite 1 eine Oszillatorschaltung montiert ist. Von der Oszillator schaltung sind lediglich einige Induktivitäten Ld (diskrete SMD-Spule), Ls1 und Ls2 (Mikrostrip-Leiter) dargestellt. Die Oszillatorschaltung ist mit einer Abschirmhaube 3 aus leitfä higen Metall zur Abschirmung vor elektromagnetischer Strah lung abgedeckt. Zur Abschirmung der Schaltung von unten ist die Unterseite 4 der Platine 2 mit einer nahezu durchgängigen Kupferschicht versehen, die wiederum mit einem Bezugspoten tial GND verbunden ist. Das Bezugspotential GND beträgt typi scherweise 0 V. Deutlich sind im Schnitt S der Platine 2 drei Durchkontaktierung L_DM bis L_DK3 von Anschlüssen der Induk tivitäten Ld, Ls1 und Ls2 auf der Oberseite 1 der Platine 2 zur Unterseite 4 zu erkennen. Dadurch werden die Anschlüsse der Induktivitäten Ld, Ls1 und Ls2 mit dem Bezugspotential GND verbunden. Es ist zu beachten, daß die Durchkontaktierun gen L_DK1 bis L_DK3 selbst Induktivitäten darstellen.

In Fig. 2 ist das entsprechende Schaltbild zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung gezeigt. Dieses Schaltbild stellt die einstellbare oder abgleichbare Induktivität L0 des Resonators der Oszillatorschaltung dar (siehe Fig. 1 und dazugehörige Figurenbeschreibung). Die einstellbare Induktivität L0 ist gemäß Fig. 3 mit einem Anschluß mit dem Bezugspotential GND verbunden. Das in Fig. 2 abgebildete Schaltbild zeigt den Aufbau der Induktivität L0 aus den Induktivitäten Ld, Ls1, Ls2 sowie den Induktivitäten der Durchkontaktierungen L_DK1 bis L_DK3. Über die Durchkontaktierungen ist die Induktivität L0 an drei Stellen mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der Wert der Induktivität L0 berechnet sich einfach aus der Se rien- und Parallelschaltung der einzelnen Induktivitäten:

In Fig. 4 ist die Seitenansicht eines Schnittes durch eine Platine 2 zur besseren Veranschaulichung der Verschaltung der Induktivitäten zum Abgleichen dargestellt. Die Unterseite 4 der Platine 2 ist vollständig mit Kupfer überzogen und mit dem Bezugspotential GND verbunden. Die Durchkontaktierungen L_DK1 und L_DK2 verbinden leitend Anschlüsse der Induktivitä ten Ld und Ls auf der Oberseite der Platine 2 mit der Unter seite 4. Die Durchkontaktierungen können in einem Lötbad er zeugt oder mittels leitfähigen Hülsen in der Platine einge bracht werden.

In Fig. 5 ist dargestellt, wie mittels eines Fräsers 9 die Durchkontaktierung L_DK1 derart aufgetrennt wird, daß die Verbindung zwischen der metallischen Platinenunterseite 4 und der Durchkontaktierung unterbrochen ist.

Das Schaltbild der einstellbaren Induktivität L0 nach einem Durchtrennen der Durchkontaktierung L_DK1 ist in Fig. 6 dar gestellt. Das Schaltbild entspricht der in Fig. 1 abgebil deten Schaltung, wobei das Durchtrennen der Durchkontaktie rung L_DK1 wie in Fig. 5 dargestellt erfolgen kann. Die In duktivität der Durchkontaktierung L_DK1 hängt sozusagen elek trisch in der Luft, d. h. die Induktivität L_DK1 hat auf die einstellbare Induktivität. L0 keinen Einfluß mehr. Daher be trägt der Wert der Induktivität L0 nunmehr:

Wird noch zusätzlich die Durchkontaktierung L_DK2 durch trennt, so ergibt sich für die Induktivität L0:

L0 = Ld+Ls1+Ls2+L_DK3

Die letzte Durchkontaktierung kann ebenfalls aufgetrennt wer den, dann wirkt allerdings die einstellbare Induktivität nur mehr als Stichleitung, da nur ein Anschluß mit den anderen Bauteilen des Resonators verbunden ist.

Durch das Auftrennen der Durchkontaktierungen ist somit der Wert der einstellbaren Induktivität wie oben beschrieben ver änderbar. Es sind natürlich verschiedenste Verschaltungen von einzelnen Induktivitäten und/oder Kapazitäten und/oder Wider ständen denkbar, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einstellen lassen.

In Fig. 7 sind Beispiele einiger Parallel- und Serienschal tungen dargestellt, die sich für das erfindungsgemäße Verfah ren bevorzugt eignen. Die Auftrennpunkte sind mit dem Bezugs zeichen 10 gekennzeichnet. An diesen Punkten wird mittels La ser, Fräser oder dergleichen der Kontakt mit dem Bezugspoten tial GND unterbrochen.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von sogenannten LTCC (Low Temperature Cofire Ceramic)-Widerständen. Diese Wider stände werden beispielsweise parallelgeschaltet und befinden sich in den Zwischenlagen einer mehrlagigen Platine, d. h. sind sozusagen in die Platine eingearbeitet. Die Toleranz dieser Widerstände beträgt zirka 20%, so daß ein Abgleich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unbedingt erforder lich ist. Hierzu werden die Widerstände über Durchkontaktie rungen mit der untersten Platinenlage verbunden, die ihrer seits wiederum mit Masse verbunden ist. Durch Auftrennen der verbindenden Durchkontaktierungen kann ein Abgleich der par allelgeschalteten LTCC-Widerstände erfolgen.

Besonders vorteilhaft kann durch eine binäre Gewichtung der (Abgleich-)Widerstände beispielsweise mit drei verschiedenen Widerständen acht unterschiedliche Widerstandswerte einge stellt werden. Die Widerstände sind dann derart parallelge schaltet, daß sie einen gemeinsamen Verbindungspunkt aufwei sen und sonst mittels Durchkontaktierung mit Masse verbunden sind. Zum Einstellen eines geeigneten Widerstandswertes wer den die Durchkontaktierungen entsprechend aufgetrennt.

Es können auch Bauteile auf einem höheren Potential abgegli chen werden, wenn kleine Bereiche der untersten Lage der Pla tine mit einem höheren Potential als Masse verbunden sind.

Claims

1. Verfahren zum Abgleichen einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer Oszillatorschaltung,
deren Bauteile (Ld, Ls1, Ls2) auf der Oberseite (1) ei ner Leiterplatte (2) angeordnet sind,
die Bauteile (Ld, Ls1, Ls2) mittels eines leitfähigen, insbesondere metallenen, Gehäuses (3) zur Abschirmung vor elektromagnetischer Strahlung auf der Oberseite (1) der Lei terplatte (2) umgeben sind,
die Schaltung passive Bauteile, insbesondere Induktivi täten (L0) und/oder Kapazitäten (KD, Cs, C0) und/oder Wider stände, umfaßt,
mindestens ein passives Bauteil (L0) derart abstimmbar ist, daß mindestens ein Parameter der Schaltung, insbesondere eine Schwingfrequenz, eingestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das oder die abstimmbaren passive(n) Bauteile (L0) mittels einer oder mehrerer Durchkontaktierung (L_DK1, L_DK2, L_DK3) durch die Leiterplatte (2) mit der Unterseite (4) der Leiter platte verbunden ist bzw. sind, wobei
die Durchkontaktierung(en) (L_DK1-L_DK) auf der Unter seite (4) mit einem Bezugspotential (GND) verbunden ist bzw. sind, und
durch Auftrennen der Durchkontaktierung(en) (L_DK1, L_DK2, L_DK3) auf der Unterseite (4) der oder die Parameter der Schaltung eingestellt wird bzw. werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das oder die ahstimmbare(n) passive(n) Bauteil(e) (L0) jeweils mindestens zwei passive Bauteile (Ls1, Ls2, Ld) der gleichen Art umfaßt bzw. umfassen, wobei ein Anschluß mindestens eines der passiven Bauteile (Ls1, Ls2, Ld) glei cher Art mittels einer Durchkontaktierung (L_DK1-L_DK3) auf der Unterseite (4) der Leiterplatte (2) mit dem Bezugspoten tial (GND) verbunden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Auftrennen der Durchkontaktierung(en) (L_DK1, L_DK2, L_DK3) auf der Unterseite (4) der Leiterplatte (2) mittels eines Fräsers (9) oder eines Lasers oder ähnli chem Mittel erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (4) der Leiterplatte (2) vollflächig mit einer Kupferschicht versehen ist, die auf dem Bezugspotential (GND) liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das oder die abstimmbaren passive(n) Bauteile eine Serien- und/oder Parallelschaltung von Induktivitäten (Ld, Ls1, Ls2; Lu, Lx, Ly, Lz, Ldu) und/oder Kapazitäten (C, Cu, Cx, Cy, C2) und/oder Widerstän den (Rx, Ry, Rz, R) umfaßt bzw. umfassen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das oder die abstimmbaren passive(n) Bauteile bi när gewichtet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Widerstände in LTCC (Low Temperature Cofire Ceramic)-Technologie ausgeführt sind, wobei sich die Widerstände in Zwischenlagen der Leiterplatte (2) befinden.