DE2246611C3 - Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störungen auf der Gleichstromversorgung dienenden Bandleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Baugruppe, insbesondere eine Flachbaugruppe für ein Fernsprechvermittlungssystem zur Unterdrückung von Störungen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Es ist bekannt, daß Multilayer-Flachbaugruppen mehrere Leitungsebenen enthalten können, wobei eine bestimmte dieser Ebenen eine flächenförmige Hinleitung und eine andere dieser Ebenen eine flächenförmige Rückleitung der Gleichstromversorgung darstellen. Die Leitungen bilden also Bandleiter, über welche auf der Baugruppe angebrachte stromverbrauchende Bauteile, z. B. bestimmte Gatter, mit der nötigen Gleichspannung versorgt werden.

Eine solche Baugruppe ist z. B. in der Zeitschrift Computer Design, FeD. 65, Seite 28 bis 39 beschrieben. Die Bandleiter der Gleichstromversorgung bilden hier

jwei einander benachbarte Ebenen D und C. Durch die Flächenförmige Ausbildung der Gleichstromversorgung ist hier zusätzlich eine Abschirmung zwischen der in der Ebene D mit untergebrachten Taktimpulsleitung und den auf der anderen Leitungsebene C angebrachten Signalleitungsebenen angestrebt

Ähnliche Anordnungen sind vielfach bekanntgeworden (vgL zum Beispiel die Zeitschrift »Electronics«, v. 13. Mai 1960, Seite 77 bis 78; ferner DE-AS 11 32 202, Fig. 2a und 4b; ferner US-PS 33 00 686, Fig. 10 und 11). Die zuletzt genannte Druckschrift beschreibt eine elektronische Baugruppe (Large card 19), die in gleich großen Abständen voneinander angebrachte, benachbarte parallele Leitungsebenen enthält, von denen die beiden äußeren die Signalleitungsebenen und die beiden inneren die Bandleiter der Gleichstromversorgung darstellen. Auch hier ist die Abschirmungsfunktion der Bandleiter mitausgenutzt, und zwar in Zusammenhang mit rasch schaltenden, auf der Baugruppe angebrachten Bauteilen, von denen Störspannungen in den Signalleitungsebenen wegen des außerordentlich raschen Schaltens der Bauteile erzeugt werden, z. B. durch Schaltvorgänge von ca. 5 Nanosekunden Dauer.

Die Störspannungen, welche durch solche raschen Schaltvorgänge in den Signalleitungsebenen der Baugruppe erzeugt werden, wurden auch in einem Aufsatz in der »Nachrichtentechnischen Zeitschrift«, Heft 10, 1971, Seiten 541 bis 544 untersucht, und zwar insbesondere daraufhin, wie stark das Nebensprechen zwischen den Signalleitungen einer solchen Baugruppe

In der Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen«, Heft 4, 1968, Seiten 177 bis 179, ist mit Hilfe von in der HF-Technik üblichen Betrachtungsmethoden der Einfluß von andersartigen Störspannungen untersucht, welche nämlich in der Gleichstromversorgung von Flachbaugruppen erzeugt werden, falls die rasch zu schaltenden Bauteile in der bzw. auf der Flachbaugruppe in großem Abstand von jenen Anschlüssen der Flachbaugruppe angebracht sind, über welche die Gleichstromversorgung der Flachbaugruppe vorgesehen ist Dabei wurde davon ausgegangen, daß die Störspannungen von Änderungen der Widerstände der Gleichstromversorgungseingänge des schaltenden Bauteiles abhängen würden. Als Abhilfemaßnahme wurde empfohlen, etwa im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe einen Querkondensator zwischen die Bandleiter einzufügen, sowie einen Längswiderstand in einen der Leiter dieser Bandleiter einzufügen, und zwar im Bereich der Querkapazität. Hierbei soll dieser Längswiderstand an den Wellenwiderstand der Bandleiter angepaßt sein. Dieser Längswiderstand absorbiert wegen seiner Anpassung die vom Bauteil erzeugten Störspannungswellen, welche entlang der Bandleiter zum Längswiderstand laufen. Um nicht allzuviel Gleichstromleistung an diesem Längswiderstand zu verlieren, wird außerdem empfohlen, den Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Leitungen klein zu machen, so daß der Widerstandswert des Längswiderstandes klein gemacht werden kann. Es wurde dabei ho offenbar insbesondere an Querschnitte dieser Gleichstromversorgungs-Leitungen gedacht, welche dort in Bild 3 dargestellt sind und welche bereits einen relativ kleinen Wellenwiderstand, bezogen auf normalerweise in der HF-Technik übliche Leitungen, besitzen. Die „<-, Störspannungen auf der Gleichstromversorgungs-Leitung werden also hier nicht schon im Bereiche des schaltenden Bauteils unterdrückt, sondern nur am Reflektiertwerden gehindert, und damit am mehrfachen Hin- und Herlaufen zwischen Bauteil und Anschlüssen bzw. zwischen Bauteil und Batterie. Dort läuft also die Störspannung nur einmal vom Bauteil, wo sie erzeugt wird, bis zum die Störspannung absorbierenden Längswiderstand. Die hier empfohlene Abhilfemaßnahme Abhilfemaßnahme der Absorption im Bereich der Gleichstromversorgungsanschlüsse der Baugruppe kann also nicht verhindern, daß die Störspannung bei ihrem einmaligen Lauf vom Bauteil bis zum Längswiderstand unerwünschte Störungen in weiteren, an die gleiche Gleichstromversorgungs-Leitung angeschlossenen Bauteilen hervorruft Es wird nur verhindert, daß die Störspannung mangels Absorption längere Zeit auf der Gleichstromversorgungs-Leitung wirksam bleibt.

Nebenbei sei hier erwähnt daß die in Fig. 10 und 11 der US-PS 3 00 686 dargestellten Gleichstromversorgungs-Bandleiter anscheinend bereits einen noch kleineren Wellenwiderstand aufweisen als die in Bild 3 der oben angeführten Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen« empfohlenen Leitungen. Bei der in der genannten US-PS gezeigten Baugruppe könnte also im Bereich der Anschlüsse gegebenenfalls ein Querkondensator und ein solcher Längswiderstand angebracht werden, dessen Widerstandswert noch kleiner als derjenige gemacht werden könnte, welcher bei den in »Elektronische Rechenanlagen« empfohlenen Gleichstromversorgungs-Leitungen vorgesehen werden muß. In der Zeitschrift »Archiv der elektrischen Übertragung«, Heft 6, 1970, Seiten 263 bis 268, wird über Messungen berichtet, welche bestätigen, daß im Zeitpunkt des Schaltens eines an die Gleichstromversorgung angeschlossenen Bauteils besonders hohe, kurzzeitige Störspannungen auf den Gleichstromversorgungs-Leitungen auftreten. Diese Störspannungen werden dort zwar auf die mit der Flankensteilheit der Gleichstromänderung in der Gleichstromversorgung zusammenhängende Sättigung der im Gatter vorgesehenen elektronischen Bauelemente, insbesondere der Transistoren, zurückgeführt — im Gegensatz zu den Betrachtungen in der genannten Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen«, wo solche Störspannungen auf die Änderungen des Widerstandes der Gleichstromversorgungseingänge des Bauteils beim Schalten dieses Bauteils zurückgeführt werden. Der Unterschied zwischen beiden Begründungen für das Entstehen solcher Störspannungen ist relativ gering, weil auch die betreffende, durch die Sättigung bewirkte Flankensteilheit der Gleichstromänderung als zeitabhängige, wenn auch kontinuierliche Änderung der Widerstände an den Gleichstromversorgungseingängen des Bauteils aufgefaßt werden kann.

Die in der genannten Zeitschrift »Archiv der elektrischen Übertragung« angegebenen Untersuchungen ergaben, daß die Störspannungen vor allen Dingen auch von der Induktivität der Gleichstromversorgungs-Leitungen abhängen würden - besonders störend sei es, wenn diese Induktivität groß ist, also die Länge der Gleichstromversorgungs-Leitungen relativ groß ist Als Abhilfemaßnahme wurde dort empfohlen, direkt an die Gleichstromversorgungseingänge des Bauteils Querkondensatoren sehr hoher Kapazität Cl, C2, C3 anzuschließen (vgl. Fig. 15), die zusammen mit im Bauteil angebrachten Widerstände R eine rasche Dämpfung der Störspannungen bewirken (vgl. insbesondere Seite 268, linke Spalte, letzter Absatz, bis Ende der rechten Spalte). Die Störspannungen breiten sich dann kaum auf den Gleichstromversorgungs-Leitungen

aus, sondern werden bereits am Ort ihres Entstehens weitgehend unterdrückt.

Es gibt auch elektronische Flachbaugruppen mit parallelen Bandleitern, deren Abstand viel geringer als deren Breite ist, wobei die Bandleiter die ilächenförmige Hinleitung und Rückleitung der Gleichstromversorgung darstellen. Die Bandleiter sind hier an bestimmten, nicht direkt bei den Gleichstromversorgungseingängen der Bauteile und auch nicht nur im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe liegenden Stellen durch Querkondensatoren sehr hoher Kapazität, z. B. mit mehreren Mikrofarad, überbrückt. Hier dient nämlich nicht nur der eine der beiden Bandleiter, sondern jeweils auch der andere zur Weiterleitung von Bezugspotentialen, auf die die Signale der Signalleitungen bezogen sind. Durch die Querkondensaioreri besonders hoher Kapazität kann auf den Bandleitern praktisch keine der hochfrequenten Störspannungen ungehindert weitergeleitet werden, weil diese überbrückten Bandleiter sozusagen einei. Tiefpaß mit zu niedriger Grenzfrequenz darstellen — der Tiefpaß besteht hier im wesentlichen jeweils aus Längsinduktivitäten, gebildet durch die Eigeninduktivität der Bandleiterabschnitte zwischen den Querkondensatoren oder zwischen Bandleiterrand und jeweils benachbartem Querkondensator, und aus Querkapazitäten, gebildet im wesentlichen durch die Querkondensatoren.

Die Erfindung löst die Aufgabe, bei Schaltvorgängen in Bauteilen, z. B. in Gattern, auftretende Störspannungen, die sich auf den Gleichstromversorgungs-Bandleitern ausbreiten könnten, auf einem neuen Weg zu unterdrücken, ohne daß die obengenannten Abhilfemaßnahmen — nämlich gedämpfte Querkondensatoren sehr hoher Kapazität direkt an den Gieichstromversorgungseingängen der schaltenden Bauteile und/oder einen oder mehrere Querkondensatoren sehr hoher Kapazität zusammen mit einem an den Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter angepaßten Längswiderstand im Bereich der Anschlüsse der Baugruppe — zusätzlich vorgesehen sein müssen. Es müssen auch nicht längs der Bandleiter solche Querkondensatoren sehr hoher Kapazität vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Lösung soll jedoch gestatten, daß für besondere Fälle zusätzlich zumindest die beiden zuerst genannten, bekannten Abhilfemaßnahmen vorgesehen werden können, wobei aber die dann vorzusehenden Querkondensatoren jeweils nur kleinere Kapazitäten aufzuweisen brauchen, als bei diesen bekannten Abhilfemaßnahmen sonst notwendig wären. Außerdem sollen die Gleichstromversorgungs-Bandleiter gleichzeitig zumindest teilweise zur Abschirmung zwischen verschiedenen Signalleitungsebenen dienen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dargestellte Maßnahme gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Leitungen ganz besonders klein — er kann sehr weit unter 1 Ohm, z. B. 0,1 Ohm und auch noch viel weniger betragen —, weil die vorgesehenen Zusatzkondensatoren den Wellenwiderstand der Bandleiter erniedrigen.

Eine weitere Erniedrigung des Bandleiter-Wellenwiderstandes ist dadurch möglich, daß der Abstand der Bandleiter voneinander möglichst klein gemacht wird, z.B. 0,2 mm bei 100 mm Breite. Auf die besondere Bedeutung des extrem niedrigen Wellenwiderstandes der Gleichstromversorgungs-Bandleiter der erfindungsgemäßen Baugruppe wird später noch ausführlich eingegangen.

Die Erfindung wird anhand eines in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die

F i g. 1 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe sowie

Fig. 2 eine schräge Ansicht dieses Ausführungsbeispieles zeigen.

ίο Der in Fig. 1 gezeigte Querschnitt durch die erfindungsgemäße Baugruppe, welche hier eine Flachbaugruppe ist, enthält vier einander benachbarte, parallele Leitungsebenen 2, 3, 4 und 5, von denen die beiden äußeren Leitungsebenen 2 und 5 die Signalleitungsebenen und die beiden inneren Leitungsebenen 3 und 4 die Gieichäiromversorgungs-Bandleiier darstellen. Der Leiter 4 dieser Bandleiter hat (vergleiche F i g. 2), bei diesem Ausführungsbeispiel die gleiche Breite 16 wie die gesamte Flachbaugruppe, wohingegen der andere Leiter 3 dieser Flachbaugruppe, wie gestrichelt eingezeichnet ist, erheblich schmäler ist, und beispielsweise genommen aus zwei verschiedenen parallelen, am Anfang und am Ende miteinander verbundenen Gleichstromversorgungs-Bandleitern bestehen kann. Es kann jedoch die Form dieser Bandleiter auch völlig anders gewählt werden, z. B. kann der Bandleiter 3 gleich breit wie der Bandleiter 4 sein. Aul die letzte Form bezieht sich die Darstellung der Anordnung der Zusatzkondensatoren in Fig.2. Statl dieser vier Leitungsebenen können z. B. auch nur drei Leitungsebenen, etwa 2,3 und 4, oder auch mehr als vier Leitungsebenen, etwa noch 14 und 15 vorgeseher werden.

Die Bandleiter 3, 4 sind mit bestimmten der Anschlüsse 6 der Baugruppe verbunden, über welche die Gleichstromversorgung der Baugruppe vorgesehen ist Über weitere solche Anschlüsse 6 sind die in der Figuren der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigten Strombahnen der Signalleitungsebenen 2 und 5 verbunden.

Beim Schalten der auf der Baugruppe bzw. in der Baugruppe angebrachten Bauteile entstehen in der Bandleitern 3,4 an sich normalerweise Störspannungen deren zeitlicher Verlauf mit Hilfe der Fourieranalyse in

♦5 Frequenzkomponenten zerlegt werden kann. Manche dieser Komponenten werden beim Schalten mit so hoher Energie erzeugt, daß die Summe dieser Komponenten die Störungen bewirken. Andere Komponenten werden nur mit so geringer Energie erzeugt, daß deren Summe hinsichtlich Störunger vernachlässigbar ist. Die mit störend hoher Energie erzeugten Komponenten weisen eine oberste Frequenz auf, oberhalb der keine solchen Komponenten beim Schalten erzeugt werden.

Zwei einander benachbarte Zusatzkondensatoren 7 bilden zusammen mit dem zwischen ihnen liegender Abschnitt 12 (vgl. Fig.2), der Bandleiter 3, 4 jeweils einen Tiefpaß mit einer bestimmten Grenzfrequenz. Ebenfalls bildet ein dem Rande der Bandleiter 3, 4

μ benachbarter Zusatzkondensator 7 zusammen mit dem Abschnitt 13 zwischen diesem Zusatzkondensator 7 und dem Rand der Bandleiter 3, 4 ebenfalls einen Tiefpaß mit einer bestimmten Grenzfrequenz. ErfindungsgemäQ ist vorgesehen, daß die Abstände 12 einander benachbarter Zusatzkondensatoren 7 und daß ferner der jeweilige Abstand 13 der äußeren Umrandung der Bandleiter 3, 4 bis zum in der Nähe angebrachter Zusatzkondensator 7 jeweils so klein sind, daß jene

Tiefpässe eine deutlich größere Grenzfrequenz aufweisen als die oberste Frequenz jener mit störend hoher Energie erzeugten Frequenzkomponenten der Störspannungen, die beim Schalten der schaltenden Bauteile 16 erzeugt werden.

Die Grenzfrequenz dieser Tiefpässe liegt bei diesem Ausführungsbeispie! also so hoch, daß die vom schaltenden Bauteil 16 erzeugten, an sich winzig kleinen Störspannungen nicht an diesen Resonanzkreise darstellenden Tiefpässen reflektiert werden, sondern sich ungestört über die Gleichstromversorgungs-Bandleiter 3,4 ausbreiten können, als ob ein homogener Bandleiter 3, 4, also als ob keine solchen Resonanzkreise im Bandleiter vorhanden wären. Resonanzkreise, deren Grenzfrequenz zu niedrig ist, so daß sich die restlichen Störspannungen nicht ungestört über die Gleichstromversorgungs-Bandleiter 3, 4 ausbreiten können, können nämlich bewirken, daß die Energie dieser Störspannungen in den solche Resonanzkreise darstellenden Tiefpässen zumindest teilweise gespeichert wird und relativ langsam abklingt, so daß in besonders ungünstigen Fällen die Gefahr, daß Störspannungen störend auf die an der Baugruppe angebrachten weiteren elektronischen Bauteile wirken., erhöht wäre. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird also die lokale, praktisch auf einen kleinen Resonanzkreis-Bandleiter-Abschnitt konzentrierte Speicherung von Störspannungsenergien vermieden. Dadurch wird die Gefahr der Störung benachbart angebrachter Bauteile vermindert.

Der oben angegebene, besonders niedrige Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter der erfindungsgemäßen Baugruppe hat einen zusätzlichen, störungsvermindernden Einfluß; der besonders niedrige Wellenwiderstand ist einerseits durch die Ausgestaltung dieser Leitungen als Bandleiter und andererseits durch die erfindungsgemäß vorgesehenen, diese Bandleiter jeweils überbrückenden Zusatzkondensatoren 7 hervorgerufen (vgl. auch Fig. 1). Der Wellenwiderstand dieser mit Zusatzkondensatoreri 7 überbrückten Bandleiter 3, 4 bewirkt nämlich überraschenderweise, daß die oben angegebenen besonderen Störspannungen, die sonst in der Gleichstromversorgung bei Schaltvorgängen von auf der Baugruppe angebrachten, mit Gleichstrom versorgten schaltenden Bauteilen, z. B. von dem in den Figuren nur symbolisch angedeuteten Inversionsgatter 16, entstehen, aus folgenden Gründen zumindest weitgehend vermieden werden, selbst wenn keine besonderen Querkondensatoren hoher Kapazität vorgesehen werden:

Wie die sonst in der HF-Technik üblichen Betrachtungsmethoden ergeben, entstehen zwischen den in F i g. 1 gezeigten Bandleitern 3, 4 an sich Störspannungen, falls die in oder auf der Baugruppe angebrachten schaltenden Bauteile, z. B. das Inversionsgatter 16, vom ersten in den zweiten Schaltzustand schalten. Man kann die Gleichspannung der Gleichstromversorgung gemäß den in der HF-Technik üblichen Betrachtungsmethoden als eine elektromagnetische »Welle« mit der Frequenz Null betrachten, wobei eine solche Welle vom Gleichstromgenerator zum Bauteil hinläuft und dort eine reflektierte Welle erzeugt, welche zum Gleichstromgenerator zurückläuft Auf den Bandleitern überlagern sich also eine Hinwärtswelle und eine reflektierte Rückwärtswelle. Die Störspannungen kann man bei idealisierter Betrachtung zunächst als eine sprungartig einsetzende Gleichstrom-»Welle« auffassen, welche vom schaltenden Bauteil 16 durch dessen Schaltvorgang erzeugt wird und welche längs der Bandleiter 3, 4 zu den Anschlüssen 6 läuft, wo diese Störspannungen oft nochmals reflektiert werden. Diese Störspannungen kann man, wie es ähnlich der eingangs erwähnten Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen« für einen Sonderfall gezeigt ist, mit Hilfe des Reflexionsfaktors der Gleichstromversorgungseingänge des schaltenden Bauteils näherungsweise berechnen. Im genannten Sonderfall wurde vorausgesetzt, daß das Bauteil dort in einem seiner beiden Schaltzustände einen unendlich großen Widerstand hätte. Eigene Betrachtungen allgemeinerer Art, nämlich mit beliebig großen Widerständen an den Gleichstromversorgungseingängen in beiden Schaltzuständen, zeigten, daß im ersten Schaltzustand entsprechend dem dann vom Bauteil hervorgerufenen Reflexionsfaktor r\ eine bestimmte Amplitude Ur1 der reflektierten Welle erzeugt wird. Sofort nach dem Schalten des Bauteils, also im zweiten Schaltzustand, während der Widerstand an den Gleichstromversorgungseingängen des Bauteils den anderen Extremwert beträgt, wird vom Bauteil jedoch ein anderer Reflexionsfaktor R 2 und damit eine bestimmte andere Amplitude Ur 2 der reflektierten Welle erzeugt, und zwar noch bevor sich die Amplitude der Hinwärtswelle ändern konnte. Die Differenz der Amplituden der reflektierten Wellen Ur 1- Ur 2 stellt die vom Bauteil erzeugte Störspannung dar. Diese Amplitude der Störspannung ist — abgesehen von einem vom Reflexionsfaktor r 2 unabhängigen Faktor — proportional der Differenz der Reflexionsfaktoren Ar=\ri—r2\ beider Schaltzustände. Die Amplitude der erzeugten Gleichspannungs-Welle bzw. Störspannungen hängt also streng genommen von jener Änderung des Reflexionsfaktors r ab, die durch das Schalten des Bauteils 16 hervorgerufen wird; — der Reflexionsfaktor r dieses schaltenden Bauteils ist dabei wie allgemein üblich definiert durch die Gleichung

r= (R-Z)I (R+Z)

wobei R der Wiederstand zwischen den Gleichstromversorgungseingängen des schaltenden Bauteils 16 unc Z der Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs· Bandleiter 3,4 ist.

Die vom Wellenwiderstand abhängige Änderung Δι des Reflexionsfaktors beim Schalten des Bauteils 16 ruf also die unerwünschte Störspannung hervor. Diese· Ergebnis ist grundsätzlich auch gültig, wenn statt de! sprungartigen ein mehr kontinuierlicher, aber doch se rascher Übergang vom ersten in den zweiten Schaltzu stand vorausgesetzt wird, daß während des Schaltvor gangs die Hinwärtswelle noch nicht ihre sich in eingeschwungenen Zustand einstellende Amplitud« erreichen konnte. Man hat jeweils den maximalen Werl den Ar während des Schaltvorganges betragen kann einzusetzen, um angenähert die maximale Störspan nungsamplitude zu ermitteln.

Die Erfindung geht u. a. davon aus, daß durch da Verkleinern des Wellenwiderstandes Z zwischen dei Gleichstromversorgungs-Bandleitern 3, 4 erreicht wer den kann, daß der Widerstand R zwischen dei Gleichstromversorgungseingängen des schaltendei Bauteils weitgehend unabhängig vom Schaltzustani dieses Bauteils — nämlich stets sehr groß gegen de; Wellenwiderstand Z der Bandleiter 3, 4 — gemach wird:

Z<R

Angenähert beträgt also der Reflexionsfaktor unabhängig vom Schaltzustand des schaltenden Bauteil

dann stets etwa gleich 1 entsprechend

1 -2Z/K« 1

so daß sich der Reflexionsfaktor r 1 im ersten Schaltzustand des schaltenden Bauteils dann nur noch ganz geringfügig vom Reflexionsfaktor r"i im zweiten Schaltzustand des schaltenden Bauteils unterscheidet, wodurch dann auch 4r«0 ist. Dann werden also durch das Schalten des Bauteils praktisch keine Störspannungen mehr erzeugt bzw. die vom schaltenden Bauteil erzeugten Störspannungen sind so klein, daß sie andere elektronische Bauteile, welche ebenfalls über die Gleichstromversorgungs-Bandleiter 3, 4 an die Gleichstromversorgung angeschlossen sind, im allgemeinen auch dann nicht mehr stören, wenn die bekannten Abhilfemaßnahmen, nämlich bestimmte Querkondensatoren sehr hoher Kapazität zur Beseitigung solcher Störspannungen anzubringen, nicht vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Maßnahme besteht also darin, die Reflexionsfaktoren der auf der Flachbaugruppe angebrachten schaltenden Bauteile praktisch unabhängig vom Schaltzustand dieser schaltenden Bauteile zu machen, indem der Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter mit Hilfe der Zusatzkondensatoren möglichst klein gemacht wird, weil dann beim Schalten praktisch keine Störspannungen mehr entstehen, also solche auch gar nicht erst nachträglich — entweder am Ort ihres Entstehens oder in der Nähe der Anschlüsse 6 der Baugruppe — unterdrückt werden müssen. Zusätzlich wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme aber gleichzeitig die Grenzfrequenz der die Bandleiter bildenden Tiefpässe so groß gemacht, daß restliche entstandene Störspannungsenergien nicht lokal in solche Tiefpässe gespeichert werden und so benachbart angebrachte Bauteile stören können — und zwar grundsätzlich ohne teuere, einen Kurzschluß bildende Querkondensatoren sehr hoher Kapazität anbringen zu müssen; die Zusatzkondensatoren, die erfindungsgemäß anzubringen sind, können nämlich sehr viel geringere Kapazitäten aufweisen.

Falls nur ein einziger den Wellenwiderstand verringernder Zusatzkondensator angebracht wird, so kann dieser in der Mitte der Baugruppe vorgesehen werden, wodurch seine Kapazität besonders klein sein kann.

Der bzw. die Zusatzkondensatoren können vorteilhafterweise auch noch nachträglich bei Baugruppen angebracht werden, die Bandleiter für die Gleichstromversorgung enthalten.

Die erfindungsgemäße Art der Wellenwiderstandsverkleinerung gestattet darüber hinaus vorteilhafterweise, zusätzlich bestimmte Querkondensatoren 10 sehr hoher Kapazität im Bereich der Anschlüsse 6 der Baugruppen und/oder direkt bei den Gleichstromversorgungseingängen der Bauteile anzubringen, falls sich dies in besonderen Fällen noch als notwendig erweisen sollte. Wegen der im Vergleich zu bekannten Baugruppen bei der erfindungsgemäßen Baugruppe viel kleineren Störspannungsamplitude kann dann aber auch die Kapazität dieser Querkondensatoren relativ klein gemacht werden.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Baugruppe ist vorgesehen, daß der Widerstand zwischen den Gleichstromversorgungseingängen von zu schaltenden elektronischen Bauteilen, z. B. 16, unabhängig von deren jeweiligem Schaltzustand sehr viel größer als der Wellenwiderstand der durch die Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleiter gemacht ist. Man kann hierzu das schaltende Bauteil z. B. in MOS-Technik herstellen, wodurch es wenigstens im allgemeinen selbst im leitenden Zustand einen noch sehr hohen Widerstand aufweist, so daß vorteilhafterweise ■> der Gleichstromversorgungs-Eingangswiderstand dieses Bauteils selbst im niederohmigen Zustand dieses Bauteileingangs besonders groß gegenüber dem Wellenwiderstand der Bandleiter ist. Das Verhältnis von Gleichstromversorgungs-Eingangswiderstand in dessen

ίο niederohmigen Zustand zum Wellenwiderstand der Gleichstromversorgungs-Bandleiter kann dann ohne Schwierigkeit den Faktor 100 sehr weit überschreiten, so daß die Amplitude der vom schaltenden Bauteil erzeugten Störspannungen höchstens mehrere Promille der an den Anschlüssen eingespeisten Gleichstromversorgungsspannung beträgt. Die Störspannungsamplitude ist wegen der dann besonders kleinen Reflexionsfaktoränderung Δγ besonders klein. Eine solche Störspannungsamplitude ist meistens selbst dann unschädlich, falls eine hohe Anzahl von auf der gleichen Baugruppe angebrachten schaltenden Bauteilen gleichzeitig so geschaltet werden, daß sich die einzelnen von ihnen jeweils erzeugten Störspannungen überlagern. Selbst dann würde es nur in Sonderfällen notwendig sein, die bekannten Abhilfemaßnahmen, nämlich die bestimmten Querkondensatoren, vorzusehen, um die Auswirkungen der Störspannungen zu unterdrücken.

Wie schon erwähnt, ist es bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Baugruppe im allgemeinen nicht notwendig, zwischen den Anschlüssen für die Zuführung der Gleichstromversorgung einerseits und den Bandleitern andererseits einen ohmschen Längswiderstand einzufügen, um entsprechend der Empfehlungen in der eingangs erwähnten Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen« eine nachträgliche Absorption der entstandenen Störspannungen zu erreichen.

Zur weiteren Verbesserung der Konstanz der Gleichstromversorgung kann auf der Baugruppe — etwa im Bereich der Anschlüsse 6 — ein einzelner oder

ίο mehrere Querkondensatoren sehr hoher Kapazität vorgesehen werden.

Außerdem kann dort auch der bei den bekannten Abhilfemaßnahmen vorgesehene Längswiderstand in die Bandleiter 3,4 zur Absorption von Störspannungen eingefügt werden.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel bewirkt der Querkondensator 10 hoher Kapazität, daß Spannungsschwankungen der Batterie bzw. an den Anschlüssen 6, über die die Gleichstromversorgung der Baugruppe zugeführt wird, weitgehend ausgeglichen werden können, selbst wenn an sich durch andere an die gleiche Batterie angeschlossene Baugruppen gewisse Schwankungen dieser Gleichstromversorgungsspannungen hervorgerufen werden würden. Gleichzeitig kann durch den für Störspannungen einen Kurzschluß darstellenden Querkondensator 10 angestrebt werden, daß in der erfindungsgemäßen Baugruppe erzeugte Störspannungen über die Anschlüsse 6 nicht mehr störend auf andere an die gleiche Batterie angeschlosse-

W) ne Baugruppen wirken. Ein dort zusätzlich vorgesehener, in den Figuren nicht gezeigter Längswiderstand würde dort also zur Absorption der Störspannungen dienen.

Bei einer Weiterbildung des den Querkondensator,

z. B. 10, aufweisenden Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, daß statt des genannten Längswiderstands der Innenwiderstand 11 dieses Querkondensators 10 so gewählt bzw. durch zusätzliche Maßnahmen so justiert

wird, daß dieser an den Wellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 zur nachträglichen Absorption von entstandenen Störspannungen angepaßt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also vermieden, daß in die Bandleiter 3, 4 die genannten Längswiderstände *> eingefügt sind, die bei solchen Baugruppen oft nicht nur gewisse herstellungstechnische Schwierigkeiten mit sich bringen, sondern darüber hinaus häufig zu hohe Gleichstrom-Leistungsverluste, insbesondere wegen der Erwärmung durch die Gleichströme der Gleichstromversorgung, verursachen. An dem Innenwiderstand 11 des Querkondensators treten jedoch keine Gleichstromversorgungs-Leistungsverluste auf, weil in dem betreffenden Innenwiderstand nur die Störspannungen absorbiert werden, aber nicht die Gleichströme '■> der Gleichstromversorgung fließen. Da der Innenwiderstand Ii der Querkondensatoren 10 sehr hoher Kapazität häufig stärker frequenzabhängig isi, ist es günstig, darauf zu achten, daß die Anpassung dieses Innenwiderstands 11 an den im allgemeinen frequenzunabhängigen Wellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 zumindest im Bereich der — im Sinne der Fourier-Analyse — energiereich erzeugten Frequenzkomponenten der Störspannungen möglichst gut ist.

Bei einer anderen Weiterbildung ist bzw. sind an dem den Anschlüssen 6 der Baugruppe gegenüberliegenden Ende der Bandleiter 3, 4 ein oder mehrere solcher Querkondensator(en) 8 sehr hoher Kapazität, evtl. auch mit an den dort jeweils gegebenen Wellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 angepaßten Innenwiderständen 9 vorgesehen, um auch dort Schwankungen der Gleichspannung zu vermindern, bzw. um — bei Anpassung der Innenwiderstände 9 — dort solche Störspannungswellen zu absorbieren, die zunächst zu diesem Ende der Bandleiter 3,4 laufen. )5

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind in der Baugruppe mehrere durch Zusatzkondensatoren überbrückte Bandleiter zur Gleichstromversorgung vorgesehen. Ein solches Ausführungsbeispiel dieser Weiterbildung ist in F i g. 2 gestrichelt angedeutet — dort sind sozusagen zwei verschiedene, zueinander parallel angeordnete Bandleiter 3 vorgesehen, welche jeweils von den Anschlüssen 6 bis dem diesen Anschlüssen gegenüberliegenden Ende der Baugruppe reichen. Die beiden Bandleiter 3 sind bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich innerhalb der Baugruppe sowohl im Bereich der Anschlüsse 6 als auch im Bereich des gegenüberliegenden Endes der Baugruppe metallisch leitend miteinander verbunden. Dadurch, daß in der Baugruppe mehrere, jeweils durch Zusatzkondensatoren überbrückte Bandleiter zur Gleichstromversorgung vorgesehen sind, können die Zwischenräume zwischen den Bandleitern in der Ebene dieser Bandleiter für andere Zwecke mitausgenutzt werden,

z. B. zur Zuführung einer weiteren Gleichstromversorgung mit abweichenden Potentialen. Durch die genannte Verbindung der Bandleiter wird erreicht, daß Spannungsunterschiede zwischen den verschiedenen miteinander verbundenen Bandleitern längs ihrer gesamten Länge weitgehend vermieden werden können bzw. daß die Erwärmung der verschiedenen vorgesehenen Bandleiter über die gesamte Baugruppe gleichmäßiger verteilt ist, als dies ohne diese Verbindung oft der Fall ist.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstände, z. B. 12, benachbarter Zusatzkondensatoren voneinander sowie die Abstände, z. B. 13, des Randes der Bandleiter 3, 4 zum jeweils benachbarten Zusatzkondensator erheblich kleiner als jene theoretische Länge, z. B. nur 20% jener theoretischen Länge sind, welche die Slörspannung entlang der durch Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleiter während des Schaltvorgangs der schaltenden Bauteile laufen würde, wenn diese überbrückten Bandleiter hierzu ausreichend lang wären. Dauert also der Schaltvorgang 5 Nanosekunden, dann würde während dieser Dauer des Schaltvorgangs die Störspannung auf den durch die Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleitern eine bestimmte theoretische Länge durchlaufen, falls diese Bandleiter hierzu ausreichend lang wären. Diese theoretische Länge, über welche sich die Störspannung während des Schaltvorgangs des schaltenden Bauteils ausbreiten würde, soll also erheblich größer sein als der Abstand zweier benachbarter Zusatzkondensatoren 7 und auch erheblich größer als der Abstand jedes Punktes des Randes der Bandleiter zum benachbarten Zusatzkondensator. Untersuchungen zeigten, daß dann die Amplituden der Störspannungen noch kleiner werden, als wenn diese besondere Dimensionierung nicht vorgesehen ist. Die Untersuchungen ergaben darüber hinaus, daß die Störspannungen sogar noch kleiner gemacht werden können, falls nicht nur der Abstand 12 zwischen benachbarten Zusatzkondensatoren 7, sondern die gesamte Länge der Bandleiter 3, 4 innerhalb der Baugruppe erheblich kleiner als jene theoretische Länge gemacht wird.

Bei dem in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich zwar um eine sehr wenig Raum beanspruchende Multilayer-Flachbaugruppe, in welcher in zwei benachbarten Leiterebenen die flächenförmigen Bandleiter vorgesehen sind, deren Abstand voneinander relativ leicht sehr klein gemacht werden und z. B. 0,2 mm und weniger betragen kann, so daß auch hierdurch vorteilhafterweise der Wellenwiderstand der Bandleiter 3, 4 verringert wird. Die erfindungsgemäße Baugruppe und deren Weiterbildungen sind jedoch auch anders gestaltbar: z. B. kann sie eine Einschubeinheit beliebiger äußerer Form sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für eine Baugruppe zur Unterdrückung von Störungen, welche durch Schaltvorgänge elektronischer Bauteile, die zu der Baugruppe zusammengefaßt sind, hervorgerufen werden, wobei die Gleichstromversorgung der Bauteile in der Baugruppe über parallele, in verschiedenen Ebenen liegende, als flächenförmige Hin- und Rückleiter dienende Bandleiter erfolgt, deren Abstand voneinander viel geringer ist als ihre Breite, und wobei die Bandleiter durch einen oder mehrere, über die Bandleiterlänge verteilte Zusatzkondensatoren überbrückt sind, wodurch Tiefpässe erster Art, gebildet durch den einem beliebigen Bandleiterrandpunkt am nächsten liegenden Zusatzkondensator und dem zwischen diesem Zusatzkondensator und dem Bandleiterrandpunkt liegenden Abschnitt der Bandleiter, und, falls mehrere Zusatzkondensatoren vorhanden sind, Tiefpässe zweiter Art, gebildet durch jeweils zwei benachbarte Zusatzkondensatoren und dem zwischen diesen beiden Zusatzkondensatoren liegenden Abschnitt der Bandleiter, gebildet werden, insbesondere für eine Flachbaugruppe eines Fernsprech-Vermittlungssystems, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Zusatzkondensatoren sowie der jeweilige Abstand (13) der Randpunkte der Bandleiter bis zum nächstliegenden Zusatzkondensator (7) sowie, falls mehrere Zusatzkondensatoren (7) vorhanden sind, die Abstände (12) von benachbarten Zusatzkondensatoren (7) voneinander jeweils so klein sind, daß die Tiefpässe erster Art und, soweit vorhanden, die Tiefpässe zweiter Art jeweils eine größere Grenzfrequenz aufweisen als die höchste Frequenz jener störend energiereich erzeugten Frequenzkomponenten der Störspannungen auf den Bandleitern (3, 4), die beim Schalten von an die Gleichstromversorgung angeschlossenen elektronischen Bauteilen (16) in den Bandleitern (3,4) erzeugt werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu schaltende elektronische Bauteile (16) solche verwendet sind, deren Widerstand zwischen den Gleichstromversorgungseingän- gen unabhängig von deren jeweiligem Schaltzustand sehr viel größer als der Wellenwiderstand der durch die Zusatzkondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3,4) ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Anschlüsse (6) der Gleichstromversorgung metallisch leitend mit dem Bandleitern (3, 4) verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Anschlüsse (6) der Baugruppe die Bandleiter (3, 4) durch einen oder mehrere Querkondensatoren (10) mit im Vergleich zu Zusatzkondensatoren (7) sehr hoher Kapazität t,o (1 μΡ) überbrückt sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwiderstände (11) der Querkondensatoren (10) an den dort jeweils gegebenen Wellenwiderstand der durch die Zusatz- ^ kondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3, 4) angepaßt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den Anschlüssen (6) der Baugruppe gegenüberliegenden Ende der Bandleiter (3,4) diese Bandleiter durch einen oder mehrere Querkondensatoren (8) mit im Vergleich zu Zusatzkonderisatoren (7) sehr hoher Kapazität überbrückt sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwiderstände (9) dieser Querkondensatoren (8) an den dort jeweils gegebenen Wellenwiderstand der durch die Zusatzkondensatoren (7) überbrückten Bandleiter (3,4) angepaßt sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr mehrere, jeweils durch Zusatzkondensatoren (7) überbrückte Bandleiter zur Gleichstromversorgung vorgesehen sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen, an die gleiche Spannung angeschlossenen Bandleiter (3, 4) entlang ihrer Bandleiterlänge an mehreren Stellen metallisch leitend miteinander verbunden sind (F ig-2).

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehender· Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (12) benachbarter Zusatzkondensatoren (7) und die Abstände des Randes der Bandleiter (3, 4) zum jeweils benachbarten Zusatzkondensator (7) erheblich kleiner (20%) als jene theoretische Länge sind, die die Störspannung entlang der durch Zusatzkondensatoren überbrückten Bandleiter (3,4) während des Schaltvorganges (5 Nanosekunden) der schaltenden Bauteile (16) laufen würde, wenn diese überbrückten Bandleiter (3, 4) hierzu ausreichend lang wären.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Multilayer-Flachbaugruppe darstellt.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Bandleiter (3,4) voneinander klein (0,2 mm) gegen den Abstand (1 mm) dieser Bandleiter von den Signalleitungen (2) gemacht ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehdenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand der Bandleiter (3,4) kleiner ist als 0,1 Ohm.