DE2714426B2 - Als Tiefpaß- oder als Laufzeitglied ausgebildetes passives Schaltungsglied - Google Patents

Description

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

Insbesondere in komplexen Netzwerken der Datenverarbeitungstechnik ist es gelegentlich notwendig, ImDulse durch elektrische Laufzeitglieder zu verzögern. Solche Laufzeitglieder sind bekanntlich durch Vierpole aus Spulen und Kondensatoren realisierbar. Die Fig. I zeigt das elektrische Ersatzschaltbild eines Laufzeitgliedes. In dem sogennannten Längszweig des Vierpols, d. h. zwischen dem Eingangsanschluß e 1 und dem Ausgangsanschluß a 1 liegt die Serienschaltung der beiden Induktivitäten L i und L 2. Der Querzweig des Vierpols wird durch einen Kondensator Ci gebildet. Er ist einerseits an den Verbindungspunkt der beiden Induktivitäten L1 und L 2, andererseits an die direkte Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß e2 und dem Ausgangsanschluß a 2 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 L 2 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

■to in Serie zu schalten, statt die gewünschte Laufzeit durch entsprechende Dimensionierung eines einzelnen Laufzeitgliedes zu realisieren.

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 F i g. 1 dargestellten Laufzeitglied durch den Wegfall des Kondensators C2 und durch das Fehlen bzw. die weitgehende Verringerung der Kopplung der beiden Induktivitäten L 1 und L 2.

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

h5 Bedarf Laufzeiten zwischen 2 und 20 ns in Stufen von 2 ns einstellen zu können. Bei diesen bekannten Laufzeitgliedern werden die Längsinduktivitäten durch i'pwirkrllp Snulen mit Miilpl::tv/anfiini» i»»>hilr|pt f-inc

derartige Ausbildung ist nicht nur teuer, sondern beansprucht auch relativ viel Platz.

Durch die DE-OS 24 46 582 ist ein Wicklungsaufbau zur Bildung einer Induktivität bekannt der eine Vielzahl miteinander verbundener, gleichartiger Windungen aus übereinandergelegten elektrisch leitenden Folien enthält, die durch dazwischen angeordneten Folien aus dielektrischem Material voneinander getrennt sind. Wegen der im wesentlichen schraubenförmigen Ausbildung der Wicklung ist jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen eine Durchdringung der diese Windungen im übrigen trennenden Isolierfolie erforderlich. Dies führt zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Herstellung.

Ferner ist es durch die GBPS Il 80 923 bekannt, Wicklungen für den Einbau in Schalenkerne aus magnetischem Material dadurch herzustellen, daß auf einem streifenförmigen, biegsamen Substrat mehrere, zunächst paarweise verbundene Leitbahnspiralen in einer Reihe angeordnet werden und das Substrat so gefaltet wird, daß die Leitbahnspiralen übereinander liegen. Den einzelnen Teilwicklungen bzw. Leitbahnspiralen kommt jedoch keine eigenständige Bedeutung im Sinne der Erzeugung bestimmter Induktivitäten zu.

Ein als gedruckte Schaltung ausgeführtes Hochftequenzfilter mit wenigstens zwei getrennten Induktivitäten, die jeweils durch ein schmales Leitungsband auf einer Isolierstoffplatte gebildet sind, ist durch die DE-OS 18 04 862 bekannt Die Induktivitäten bilden dabei ineinandergewickelte Spiralen, die um eine Metallbelagsfläche herumgeführt und mit dieser verbunden sind. Die Leitungsbänder verschiedener Induktivitäten verlaufen wenigstens über einen Teil ihrer Länge parallel zueinander. Der Mittenabstand zwischen zwei benachbarten Leitungsbändern ist so gewählt, daß die gegenseitigen Kopplungen zwischen den Induktivitäten vernachlässigbar sind. Damit wird aber auch die Kopplung zwischen den Windungen, die jeweils einer einzelnen Induktivität angehören, verschwindend klein. Das hat eine geringe Güte der Induktivitäten zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Tiefpaß- oder Laufzeitglied zum Einsatz im Hochfrequenzgebiet ausgebildetes Schaltungsglied mit zwei in Serie geschalteten Induktivitäten so auszubilden, daß es einfach und billig herstellbar ist und die Induktivitäten eine vergleichsweise hohe Güte aufweisen. Die Veränderung der Kopplung zwischen den beiden Induktivitäten soll den Wert der Induktivitäten nicht nennenswert beeinflussen. Darüber hinaus soll es 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 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

F i g. 1 das elektrische Ersatzschaltbild eines Laufzeitgliedes,

F i g. 2a, 2b die Leitbahnlagen eines Schaltungsgliedes zur Impulsbeeinflussung,

F i g. 3a, 3b eine aus zwei Schaltungsgliedern bestehende Kette,

F i g. 4a, 4b die Bezugs- und Kondensatorlage eines b5 Bausteines mit mehreren Schaltungsgliedern,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Baustein mit F i g. 6 eine Spulenlage für einen Baustein mit mehreren Schaltungsgliedern,

F i g. 7 die der Spulenlage nach F i g. 6 zugeordnete Spuleiilage.

Die F i g. 2a und 2b zeigen zwei Substratplättchen 1 und 2, auf denen Leitbahnlagen angeordnet sind. Eine erste Leitbahnspirale mit geradlinigen Teilsttücken verläuft zwischen dem Kontaktfleck 4 und dem Kontaktfleck 5, der dem Eingangsanschluß el nach F i g. 1 entspricht Auf dem Substratplättchen 2 nach F i g. 2b befindet sich eine zweite Leitbahnspirale 6, die den inneren Kontaktfleck 7 mit dem Kontaktfleck 8 verbindet der den Ausgangsanschluß a I 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 a 2 nach Fig. 1. Zwischen dem Kontaktfleck 9 und dem Kontaktfleck 3 wird später der Kondensator Ci 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.

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 F i g. 2b in diesem Fall als Rückansicht des Substratplättchens 1 betrachten, dann müßte die Darstellung spiegelbildlich sein, wie !eicht 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 F i g. 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 ir Verbindung mit den Ausführungen zu den F i g. 2a und 2b deutlich zu entnehmen ist. Ein näheres Eingehend darauf erübrigt sich u-iher. Entsprechend der zweigliedrigen Ausführung werden nunmehr auch zwei Kondensatoren Π benötigt, von denen einer in der

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Chip-Kondensator zugrundegelegt, bei dem die Beläge zu beiden Seiten eines dünnen, ebenen Substrats angeordnet sind.

Ein gleicher Kondensator ist an dem Kontaktfleck im Inneren der rechten Lcitbahnspirale 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 F i g. 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.

Im folgenden wird als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung 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.

Eine solche Kondensatoranordnung ist in den F i g. 4a und 4b dargestellt. Die Fig.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 der Anschlüsse a2Je2 nach Fig. 1 für alle in dem Baustein zusammengefaßten Schaltungsglieder übernehmen. Auf der Rückseite der Isolierschicht 20 befinden sich, durch gestrichelte Umrandungslinien angedeutet fünf voneinander getrennte Leitbahnen 24, die in Verbindung mit der im folgenden als Bezugslage bezeichneten Leitbahnen 21 gleiche Kondensatoren bilden. Die Leitbahnen 24 stehen über Durchkontaktierungen mit den Kontaktflecken 25 in Verbindung. Die Fig.4b zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in F i g. 4a.

Die drei aus der Fig.4b ersichtlichen Schichten bilden nur einen Teil des Gesamtaufbaus des Bausteins. Dieser ist in Fig.5 als Schnittzeichnung dargestellt, wobei die Schnittlinie ebenso verläuft wie die Schnittlinie A-A in Fig.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 F i g. 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 F i g. 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 F i g. 4b). Die Leitbahnlagen der beiden Einheiten sind symmetrisch zu den Isolierschichten 27 bzw. 28 angeordnet. Zu beiden Seiten dieser Isolier-

schichten 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 Fig.6 dargestellt. Entsprechend der Einteilung der

Kondensatorlage nach Fig.4a in fünf Einzelkondensatoren sind auch hier für einzelne Leitbahnspiralen 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 (Fig.5) sind in der

F i g. 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 (F ig. 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 F i g. 6 und 7 den Verlauf der Windungen bzw.

Leitbahnspiralen, dann zeigt sich, daß zwischen den Anschlußpunkten 39 und 39a ein Einzelglied zugänglich ist, während zwischen den Anschlußpunkten 40 und 40a eine Kette aus vier Einzelgliedern liegt. In der zweiten Schaltungseinheit, die nach der Darstellung in F i g. 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 F i g. 4a bis 7 als Ausführungsbeispiel dargestellten Baustein zehn Einzelglieder, 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1
Patentansprüche:

1. Als Tiefpaß- oder als Laufzeitglied ausgebildetes passives Schaltungsglied mit zwei in Serie geschalteten Induktivitäten, die einen ersten Eingangsanschluß mit einem ersten Ausgangsanschluß verbinden, mit einem zwischen dem Verbindungspunkt der Induktivitäten und dem unmittelbar miteinander verbundenen oder in sich zusammenfallenden zweiten Anschlüssen liegenden ersten Kondensator, wobei die Induktivitäten durch auf einem planen Substrat verlaufende, um eine Metallbelags· fläche spiralförmig herumgeführte und mit dieser verbundene Leitbahnen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die die Induktivitäten (L 1, L 2) bildenden ebenen Leitbahnspiralen (3,6,34 bis 38, 34a bis 3Sa) konzentrisch übereinander in zwei verschiedenen, durch eine Isolierschicht getrennten Leitbahnlagen (29 bis 32) angeordnet sind und gegensinnig verlaufen und daß die inneren Enden der Leitbahnspiralen (3, 6, 34 bis 38, 34a bis 38a) verbunden sind mittels einer innerhalb der Metallbelagsflächen (4, 7, 25) angeordneten Durchkontaktierung an der auch ein Belag des ersten Kondensators angeschlossen ist

2. Schaltungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorwiegend induktive Kopplungsgrad der in Serie geschalteten Induktivitäten (L 1, L 2) 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 (Li, LT) 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 (L 1, L 2) durch einen zweiten Kondensator (C 2) überbrückt ist.

5. Baustein mit mehreren Schaltungsgliedern nach einem der 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, a 2) verbundene Belag des ersten Kondensators ^C* 1) bilden.

7. Baustein aus einem Satz von nach Art einer viellagigen Leiterplatte aufgebauten Schaltungsgliedern nach Anspruch 6, dadurch 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.

Q R'-iiistpin narh Ancnriirh 7 H:uliirrh urpkcnn-

zeichnet, daß mehrere Sätze von Schaltungsgliedeni 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 (L 1, L 2) in Leitbahnlagen einer Verdrahtungsplatte für allgemeine Verdrahtung angeordnet sind.