DE2714426A1

DE2714426A1 - Passives schaltungsglied zur beeinflussung von impulsen

Info

Publication number: DE2714426A1
Application number: DE19772714426
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing Braeckelmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1978-10-05
Also published as: FR2386189A1; US4203081A; DE2714426B2; DE2714426C3

Description

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AKTIENGESELLSCHAFT ° Unser Zeichen

Berlin und München VPA 77p 2 026 BRD

Passives Schaltungsglied zur Beeinflussung von Impulsen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltungsglied nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere in komplexen Netzwerken der Datenverarbeitungstechnik ist es gelegentlich notwendig, Impulse durch elektrische Laufzeitglieder zu verzögern. Solche Laufzeitglieder sind bekanntlich durch Vierpole aus Spulen und Kondensatoren realisierbar. Die Figur 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild eines Laufzeitgliedes. In dem sogenannten Längszweig des Vierpols, d. h. zwisehen dem Eingangsanschluß el und dem Ausgangsanschluß al liegt die Serienschaltung der beiden Induktivitäten L1 und L2. Der Querzweig des Vierpols wird durch einen Kondensator C1 gebildet. Er ist einerseits an den Verbindungspunkt der beiden Induktivitäten L1 und L2, andererseits an die direkte Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß e2 und dem Ausgangsanschluß a2 angeschlossen. Die beiden zuletzt genannten Anschlüsse sind nicht nur elektrisch identisch, sie fallen in der Praxis häufig in einem einzigen Anschlußpunkt zusammen. Zur Versteilerung der Flanken der zu verzögernden Impulse werden die Induktivitäten L1 und L2 häufig miteinander gekoppelt ausgeführt. Zusätzlich können sie noch durch einen Kondensator C2 überbrückt werden. Es ist auch bekannt, zur Verbesserung des Impulsverhaltens mehrere Laufzeitglieder mit entsprechend geringerer Laufzeit in Serie zu schalten, statt die gewünschte Laufzeit durch entsprechende Dimensionierung eines

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einzelnen Laufzeitgliedes zu realisieren. 77 P 2 026

In anderen Fällen ist dagegen eine Abflachung der Impulsflanken notwendig. Impulse mit sehr steilen Flanken können nämlich Anlaß zu unangenehmen Störungen geben. Das gilt beispielsweise dann, wenn solche Impulse von einer Sendestelle über eine wellenwiderstandsrichtig abgeschlossene Hauptleitung zu mehreren Empfangsstellen gleichzeitig übertragen werden, die über nicht abgeschlossene Stichleitungen an die Hauptleitung angeschlossen sind. Eine Abflachung von Impulsflanken vermögen bekanntlich Tiefpässe zu bewirken. Eine gewisse, hier in den meisten Fällen zwar unerwünschte Signalverzögerung muß hingenommen werden. Ein Tiefpass unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Laufzeitglied durch den Wegfall des Kondensators C2 und durch das Fehlen bzw. die weitgehende Verringerung der Kopplung der beiden Induktivitäten L1 und L2.

Laufzeitglieder für Signalverzögerungen in der Größenordnung von einigen Nanosekunden sind auf dem Markt erhältlich. Dabei sind mehrere unabhängige Laufzeitglieder mit verschiedenen Laufzeiten, z. B. 2, 4, 6 und 8 ns in einem Baustein untergebracht, um je nach Bedarf Laufzeiten zwischen 2 und 20 ns in Stufen von 2 ns einstellen zu können. Bei diesen bekannten Laufzeitgliedern werden die Längsinduktivitäten durch gewickelte Spulen mit Mittelanzapfung gebildet. Eine derartige Ausbildung ist nicht nur teuer, sondern beansprucht auch relativ viel Platz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Laufzeit- und Tiefpassglieder so auszubilden, daß diese einfach und damit billig herstellbar sind und wenig Platz benötigen. Es soll insbesondere auch möglich sein, mehrere Glieder in einfacher Weise zu Bausteinen zu vereinigen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung

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sind den Unteransprüchen zu entnehmen. 77P 2 026 BRD

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild eines Laufzeitgliedes, Fig. 2a, 2b die Leitbahnlagen eines Schaltungsgliedes zur

Impulsbeeinflussung,

Fig. 3a, 3b eine aus zwei Schaltungsgliedern bestehende Kette , Fig. 4a, 4b die Bezugs- und Kondensatorlage eines Bausteines mit mehreren Schaltungsgliedern,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Baustein mit mehreren Schaltungsgliedern,

Fig. 6 eine Spulenlage für einen Baustein mit mehreren Schaltungsgliedern,

Fig. 7 die der Spulenlage nach Fig. 6 zugeordnete Spulenlage.

Die Figuren 2a und 2b zeigen zwei Substratplättchen 1 und 2, auf denen Leitbahnlagen angeordnet sind. Eine erste Leitbahnspirale oit geradlinigen Teilstücken verläuft zwischen dem Kontaktfleck 4 und dem Kontaktfleck 5, der dem Eingangsanschluß el nach Figur 1 entspricht. Auf dem Substratplättchen 2 nach Figur 2b befindet sich eine zweite Leitbahnspirale 6, die den inneren Kontaktfleck mit dem Kontaktfleck 8 verbindet, der den Ausgangsanschluß al bildet. Die beiden Leitbahnspiralen 3 und 6 weisen, wie ersichtlich, einen entgegengesetzten Drehsinn auf. Der Kontaktfleck 9 dient als gemeinsamer Masseanschluß und entspricht somit den Anschlüssen e2 und a2 nach Figur 1. Zwischen dem Kontaktfleck 9 und dem Kontaktfleck 3 wird später der Kondensator C1 eingelötet.

Zur Fertigstellung des Schaltungsgliedes werden die beiden Substratplättchen 1 und 2 übereinandergelegt und verklebt. Die kleinen Kreise innerhalb der Kontaktflecken sollen Bohrungen mit metallbeschichteten Innenwänden andeuten. Mit Hilfe dieser Durchkontaktierungen werden die jeweils übereinanderliegenden Kontaktflecken miteinander verbunden. Insbesondere entsteht dadurch eine fortlaufende Wicklung mit gleichem Windungssinn, die sich von dem Kontaktfleck 5 über die Kontaktflecken 4 und 7 zu dem

Kontaktfleck 8 fortsetzt.

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An den Kontaktflecken 5, 8 und 9 bzw. an den mit diesen verbundenen Kontaktflecken werden Anschlußfahnen befestigt, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Die Leitbahnlagen können durch Dick- oder Dünnfilmtechnik auf Keramiksubstraten oder durch Ätzen von kupferkaschierten Epoxid- oder Teflonplatten hergestellt werden. Selbstverständlich kann die zweite Leitbahnlage auch auf dem gleichen Substrat angeordnet sein, auf dem sich auch die erste Leitbahnlage befindet. Würde man die Figur 2b in diesem Fall als Rückansicht des Substratplättchens 1 betrachten, dann müßte die Darstellung spiegelbildlich sein, wie leicht einzusehen ist.

Es hängt von dem Abstand der beiden Spulen, d. h. von der Dicke des Substrats (ca. 0,2 - 1 mm) ab, ob ein so aufgebautes Schaltungsglied mehr einem Laufzeitglied, das einen Impuls vergleichsweise stark verzögert aber nur wenig verformt, oder mehr einem Tiefpass, bei dem die Abflachung der Impulsflanken im Vordergrund steht, zuzuordnen ist. Eine Rolle spielt hierbei auch die zwischen den beiden Spulen wirksame Streukapazität, für deren Größe neben dem Spulenabstand auch die Dielektrizitätskonstante des Substrats maßgebend ist. Gleichzeitig mit der Verringerung der Spulenkopplung wird auch diese verteilte Kapazität kleiner.

In den Figuren 3a und 3b ist eine Anordnung dargestellt, die aus zwei hintereinandergeschalteten Einzelgliedern besteht. Die Figuren zeigen wieder die beiden Leitbahnlagen, deren Ausbildung einschließlich dem Verlauf der spiralförmigen Einzelspulen der Zeichnung in Verbindung mit den Ausführungen zu den Figuren 2a und 2b deutlich zu entnehmen ist. Ein näheres Eingehend darauf erübrigt sich daher. Entsprechend der zweigliedrigen Ausführung werden nunmehr auch zwei Kondensatoren C1 benötigt, von denen einer in der Figur 3a eingezeichnet ist. Hier ist ein sogenannter Chip-Kondensator zugrundegelegt, bei dem die Beläge zu beiden Seiten eines dünnen, ebenen Substrats angeordnet sind.

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Ein gleicher Kondensator ist an dem Kontaktfleck im Inneren der rechten Leitbahnspirale anzuschließen. In einem Muster einer zweigliedrigen Ausführung mit einer Gesamtlaufzeit von 3 ns betrugen die Abmessungen der Leitbahnlagen über alles 6x6 mm. Analog zu den anhand der Figuren 2a, 2b, 3a und 3b beschriebenen Ausführungsbeispielen können auch Anordnungen geschaffen werden, in denen mehrere Laufzeitglieder mit verschiedener Laufzeit, z. B. 2 und 4 ns oder 2, 4 und 6 ns zusammengefaßt sind.

Die Realisierung von Spulen durch spiralförmige Leitbahnen auf einem Substrat ist seit langem bekannt. Insbesondere ist es durch die GB-PS 1 180 923 auch bekannt, Wicklungen für den Einbau in Schalenkerne aus magnetischem Material dadurch herzustellen, daß aus einem streifenförmigen biegsamen Substrat mehrere, zunächst paarweise verbundene Leitbahnspiralen in einer Reihe angeordnet werden und das Substrat so gefaltet wird, daß die Leitbahnspiralen übereinanderliegen. Zwar sind auch hier die durch die einzelnen Leitbahnspiralen gebildeten Teilwicklungen miteinander induktiv gekoppelt, doch kommt den einzelnen Teilwicklungen bzw. Leitbahnspiralen keine eigenständige Bedeutung im Sinne der Erzeugung bestimmter Induktivitäten zu.

Im folgenden wird als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung °.5 ein Baustein behandelt, der nach Art der viellagigen Leiterplatten (Multilayer) mit geätzten Leitbahnen aufgebaut ist und intern 10 Einzelglieder enthält. Die Kondensatoren C1 werden hier in an sich bekannter Weise durch die Kapazität zwischen zwei benachbarten großflächigen Leitbahnlagen gebildet. 30

Eine solche Kondensatoranordnung ist in den Figuren 4a und 4b dargestellt. Die Figur 4a zeigt eine dünne Isolierschicht 20, die auf der (dem Betrachter zugewandten) Oberseite neben einer Anzahl von Kontaktflecken eine ausgedehnte Leitbahn 21 trägt. Diese geht in die beiden Kontaktflecken 22 und 23 über, die später mit Anschlußstiften verbunden werden, welche die Rolle

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der Anschlüsse a2/e2 nach Figur 1 für alle in dem Baustein zusammgefaßten Schaltungsglieder übernehmen. Auf der Rückseite dar Isolierschicht 20 befinden sich, durch gestrichelte Umrandungslinien angedeutet, fünf voneinander getrennte Leitbahnen 24, die in Verbindung mit der im folgenden als Bezugslage bezeichneten Leitbahn 21 gleiche Kondensatoren bilden. Die Leitbahnen 24 stehen über Durchkontaktierungen mit den Kontaktflecken 25 in Verbindung. Die Figur 4b zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 4a.

Die drei aus der Figur 4b ersichtlichen Schichten bilden nur einen Teil des Gesamtaufbaus des Bausteins. Dieser ist in Figur 5 als Schnittzeichnung dargestellt, wobei die Schnittlinie ebenso verläuft wie die Schnittlinie A-A in Figur 4a. Der Baustein besteht aus zwölf Leitbahnlagen, die in der Zeichnung durch verstärkte schwarze Linien dargestellt sind. Die Leitbahnlagen sind durch Isolierschichten getrennt, die im Gegensatz zur Darstellung in Figur 5 in Anpassung an die Jeweiligen Erfordernisse auch verschieden dick sein können. Die beiden äußeren und die beiden mittleren Leitbahnlagen 21. bilden die Bezugslagen. Sie sind über Durchkontaktierungen miteinander verbunden. In die beiden äußeren Bohrungen, deren Innenwandmetallisierungen als Durchkontaktierungen dienen, sind Anschlußstifte 33 eingesetzt. Aus der Figur 5 ist erkennbar, daß der Baustein aus zwei, im Hinblick auf den Schichtaufbau gleichen Einheiten besteht, die durch die Isolierschicht 26 getrennt sind. Beide Einheiten schließen nach außen durch eine Leitbahnlage 21 ab (vergleiche Figur 4b). Die Leitbahnlagen der beiden Einheiten sind symmetrisch zu den Isolierschichten 27 bzw. 28 angeordnet. Zu beiden Seiten dieser Isolierschichten 27 und 28 befinden sich die Leitbahnlagen 29 und 30 bzw. 31 und 32, in denen die die Spulen bildenden Leitbahnspiralen verlaufen. Die Struktur einer solchen Leitbahnlage, beispielsweise der Leitbahnlage 29, ist in Figur 6 dargestellt. Entsprechend der Einteilung der Kondensatorlage nach Figur 4a in fünf Einzelkondensatoren sind auch hier für einzelne Leit-

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bahnspiralen 34 bis 38, d. h. Spulen, vorgesehen. Die den ersten Spulen 34 bis 38 Jeweils zugeordneten Spulen 34a bis 38a in der benachbarten Leitbahnlage 30 (Figur 5) sind in der Figur 7 gezeigt. Abhängig von dem gewünschten Kopplungsgrad zwischen den Übereinanderliegenden Spulen wird der Abstand der betreffenden Leitbahnlagen durch geeignete Wahl der Dicke der Isolierschicht 27 (Figur 5) festgelegt.

Beachtet man nun, daß wieder die inneren Endungen der Windungen der einander zugeordneten Spulen 34 und 34a, 35 und 35a usw. über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind und verfolgt man anhand der Figuren 6 und 7 den Verlauf der Windungen bzw. Leitbahnspiralen,dann zeigt sich, daß zwischen den Anschlußpunkten 39 und 39a ein Einzelglied zugänglich ist, während zwisehen den Anschlußpunkten 40 und 40a eine Kette aus vier Einzelgliedern liegt. In der zweiten Schaltungseinheit, die nach der Darstellung in Figur 5 die untere Hälfte des Bausteins umfaßt, könnten beispielsweise Ketten aus zwei und drei Einzelgliedern gebildet werden. Im übrigen ist jedoch festzustellen, daß die Einteilung in Einzelglieder und in Ketten von Einzelgliedern nahezu beliebig vorgenommen werden kann, wobei lediglich die Zahl der verfügbaren Anschlußpunkte eine Beschränkung der Freizügigkeit erzwingen kann. So enthält der in den Figuren 4a bis 7 als Ausführungsbeispiel dargestellten Baustein zehn Einzelglieder, .5 aber nur sieben Paare von Anschlußpunkten, nachdem mindestens ein Anschlußpunkt für den Anschluß der Bezugslagen verbraucht ist.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß Schaltungsglieder der beschriebenen Art auch in Verdrahtungsplatten für allgemeine Verdrahtung, wie Leiterplatten von Flachbaugruppen oder sogenannte Rückwandverdrahtungsplatten integriert werden können.

7 Figuren
10 Patentansprüche

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Claims

271U26 77P 2 026 BRD Patentansprüche

1.J Passives Schaltungsglied zur Beeinflussung von Impulsen, mit zwei in Serie geschalteten Induktivitäten, die einen ersten Eingangsanschluß mit einem ersten Ausgangsanschluß verbinden, mit einem zwischen dem Verbindungspunkt der Induktivitäten und den unmittelbar miteinander verbundenen oder in sich zusammenfallenden zweiten Anschlüssen liegenden ersten Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß die' Induktivitäten (L1, L2) durch auf einem Substrat (1, 2, 27, 29) befindliche, gegensinnig verlaufende Leitbahnspiralen (3, 6, 29 - 32) gebildet sind, die konzentrisch übereinander in zwei verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Leitbahnlagen angeordnet sind und daß die inneren Enden der Leitbahnspiralen verbunden sind mittels einer Durchkontaktierung, an der auch ein Belag des ersten Kondensators (C1) angeschlossen ist.

2. Schaltungsglied nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsgrad der in Serie geschalteten Induktivitäten (L1, L2) durch die Dicke der Isolierschicht (1, 27, 29) zwischen den die Induktivitäten erzeugenden Leitbahnspiralen bestimmt ist.

3. Schaltungsglied nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den in Serie geschalteten Induktivitäten (L1, L2) wirksame, der Größe nach durch die Dicke der zwischen den Leitbahnlagen befindlichen Isolierschicht (1, 27, 28) und deren Dielektrizitätskonstante bestimmte, verteilte Kapazität in die elektrisch wirksame Dimensionierung einbezogen wird.

4. Schaltungsglied nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung der Induktivitäten (L1, L2) durch einen zweiten Kondensator (C2) überbrückt ist.

5. Baustein mit mehreren Schaltungsgliedern nach einem der

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Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entsprechenden Leitbahnlagen der Schaltungsglieder in einer Ebene auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind.

6. Schaltungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß weitere, durch Isolierschichten (20) getrennte Leitbahnlagen (21, 24) vorgesehen sind, von denen die zwei den Leitbahnspiralen am nächsten liegenden Leitbahnlagen (24) den einen Belag und die zwei weiter entfernten Leitbahnlagen (21) den anderen, mit den zweiten Anschlüssen (e2, a2) verbundene Belag des ersten Kondensators (C1) bilden.

7. Baustein aus einem Satz von nach Art einer viellagigen Leiterplatte aufgebauten Schaltungsgliedern nach Anspruch 6, d a durch gekennzeichnet, daß jeweils die einander entsprechenden Leitbahnlagen mehrerer (z. B. fünf) Schaltungsglieder in einer Ebene liegen.

8. Baustein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vollständige, durch eine Isolierschicht getrennte Sätze von Schaltungsgliedern übereinander angeordnet sind.

9. Baustein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sätze von Schaltungsgliedern übereinander angeordnet sind, wobei mindestens eine innere Bezugslage für zwei aufeinanderfolgende Sätze von Schaltungsgliedern gemeinsam vorgesehen ist.

10. Schaltungsglied nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten (L1, L2) in Leitbahnlagen einer Verdrahtungsplatte für allgemeine Verdrahtung angeordnet sind.

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