DE3014625A1

DE3014625A1 - Eingabeschalteranordnung

Info

Publication number: DE3014625A1
Application number: DE19803014625
Authority: DE
Inventors: Russell J Pepe
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1979-04-16
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1980-10-30
Also published as: US4326194A; GB2081977A; GB2047448B; JPS55146818A; GB2047448A

Description

- 5 Be Schreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Erfassen des Schließens von Schaltern in einem Schalterfeld, insbesondere auf eine Anordnung, die dazu dient, die Anzahl von zwischen einem Feld von Schaltern benötigten Verbindungen möglichst niedrig zu halten, sowie eine Schaltung, die zum Feststellen und zum Codieren von Schalterbetätigungen herangezogen wird.

Eingabeschalteanordnungen für Tastaturen bestehen herkömmlicherweise aus einem im wesentlichen rechteckigen Feld von Schaltern, die in Matrixform angeordnet sind, wobei das Produkt aus der Anzahl von Reihen und der Anzahl von Spalten der Gesamtzahl von Schaltern in der Matrix entspricht, und die Summe der Anzahl von Reihen und Spalten der Anzahl der benötigten Verbindungen entspricht. An dem Schnittpunkt jeder Spalte und jeder Reihe ist ein einzelnes Schaltelement vorgesehen. Bei seiner Betätigung werden die entsprechende Spalte und die entsprechende Reihe verbunden. Das Schließen eines Schalters wird üblicherweise dadurch erfaßt, daß eine bekannte Spannung auf eine Spalte (oder Reihe) gegeben wird, um anschließend nacheinander jede Reihe (oder Spalte) abzufragen, um dadurch festzustellen, ob eine Verbindung vorliegt. Dieser Vorgang wird für sämtliche Spalten (oder Reihen) der Matrix wiederholt.

Wenngleich durch den geschilderten Vorgang der gewünschte Effekt erzielt wird, hat die bekannte Anordnung jedoch

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den Nachteil, daß "beispielsweise eine relativ große Anzahl von Verbindungen erforderlich ist (entsprechend der Summe der Spalten und Reihen), und daß eine relativ lange Abtastzeit benötigt wird, insbesondere für eine große Matrix. Der zuerst genannte Nachteil macht sich besonders deutlich bemerkbar bei der Verwendung integrierter Schaltungen, da ein IG-Chip nur eine begrenzte Anzahl von Anschlußklemmen hat.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Eingabeschaltosnordnung zu schaffen, welche die oben erwähnten Nachteile vermeidet.

Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung wird eine Eingabeschalteranordnung geschaffen, mit der die Anzahl von zwischen den Eingabeschaltern und der Schalterschließdetektor- und Codierschaltung erforderlichen Verbindungen möglichst niedrig gehalten wird.

Nach einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung wird eine Singabeschalteranordnung. geschaffen,bei der die zum Identifizieren eines geschlossenen Schalters in dem Schalterfeld benötigte Zeit minimal ist.

Um die genannten und weiteren Ziele der Erfindung z.u erreichen, wird eine Anordnung angegeben, die sich durch folgende Merkmale auszeichnet: Es sind mehrere Schaltglieder vorgesehen, die in einem aus Spalten und Reihen bestehenden rechteckigen Feld angeordnet sind. Jedes der Schaltglieder ist an einem Schnittpunkt einer Spalte und einer Reihe des Feldes angeordnet und besitzt eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Seite, die selektiv miteinander verbunden werden können. Es ist

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ist eine erste Gruppe von Klemmen vorgesehen mit einer Einrichtung zum Verbinden der ersten Seite sämtlicher Schaltglieder innerhalb einer der Spalten mit einer der Klemmen der ersten Klemmengruppe, sowie der zweiten Seite sämtlicher Schaltglieder innerhalb der genannten einen Spalte mit einer anderen Klemme der ersten Klemmengruppe, so daß die Schaltglieder innerhalb jeder Spalte an ein spezielles Paar der ersten Klemmengruppe angeschlossen ist, wobei die Zahl C von Spalten und die ZaIi 1 M dec ersten Klemmengruppe der Bedingung

(M-1) (M-2) < G <

genügt. Ferner ist eine zweite Klemmengruppe vorgesehen mit einer Einrichtung zum Verbinden der dritten Seite sämtlicher Schaltglieder innerhalb einer, der Reihen mit einer Klemme der zweiten Klemmengruppe, sowie zum Verbinden der vierten Seite sämtlicher Schaltglieder innerhalb der genannten Reihe mit einer anderen Klemme der zweiten Klemmengruppe, so daß die Schaltglieder innerhalb jeder Reihe an ein spezielles Paar von Klemmen der zweiten Klemmengruppe angeschlossen sind, wobei die Zahl R von Reihen und die Zahl W der zweiten Klemmengruppe folgende Beziehung aufweisen:

(N-1) (ΪΓ-2) < R <

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 eine herkömmliche Eingabe schalteranordnung in Matrixform,

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines an einen Schalterschließcodierer angeschlossenen Schalterfeldes,

Pig. 3 ein verehfachtes Diagramm von Schalterverbindungen zum Veranschaulichen des Grundprinzips der vorliegenden Erfindung,

Pig. 4- eine schematische Darstellung einer Eingabe schalteranordnung, die gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen einer Eingabeschalteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, und.

Pig. 6A und 6B Tabellen einer beispielweisen Codierung zur Veranschaulichung der Verbindungen einer großen Eingabeschalteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt 16 Eingabe schalter, die in herkömmlicher-Weise in Form einer 4· χ 4~Matrix angeordnet sind. Am Schnittpunkt jeder Spalte und ;jeder Reihe der Matrix ist ein einzelnes Schaltelement vorgesehen. Wird ein Schalter geschlossen, so wird hierdurch eine Verbindung zwischen den Spalten- und Reihenleitungen entsprechend dem Schalter geschaffen.

Pig. 2 zeigt allgemein die Verbindung eines Schalterfeldes 10 mit einem Schalterschließcodierer 12. Bei

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einer solchen Anordnung ist der Schalterschließcodierer über die Spaltenleitungen 14- und die Reihenleitungen 16 an das Schalterfeld 10 angeschlossen. Venn das Schalterfeld 10 die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Matrixform hat, so wird das Schließen eines Schalters typischerweise dadurch festgestellt, daß eine bekannte Spannung auf eine der Spalten- (oder Reihen-)Leitungen ge gsben wird, woraufhin jede Reihen-(oder Spalten-)Lei~ tung nacheinander geprüft wird, um zu bestimmen, ob eine Verbindung an irgendeiner der Schnittpunkte vorliegt. Dieser Vorgang wird für sämtliche Spalten-(oder Reihen-)Leitungen der Matrix wiederholt. Sind also sechszehn Schaltelemente gemäß Fig. 1 angeordnet, so sind acht Leitungen (vier Spaltenleitungen und vier Reihenleitungen) und wenigstens vier Abfragevorgänge für die Schalterschließcodierung erforderlich.

Die Eingabe schalter anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung geht von der an sich bekannten Beziehung aus, daß die Anzahl P einzigartiger oder besonderer Paare, die aus einem Satz von N-Elementen gebildet werden können, durch folgende Gleichung gegeben ist:

P =

Dies bedeutet, daß durch richtiges Verbinden von Leitungen eines Feldes von Schaltern N(N-1)/2 schalter unter Verwendung von Ή Verbindungsklemmen codiert werden können. Ist beispielsweise N = 6, so können fünfzehn Schalter unter Verwendung von sechs Verbindungsklemmen codiert werden. Hingegen würde das Matrixverfahren gemäß Fig. 1 acht Leitungen erforderlich machen. XJm aus der genannten Beziehung Vorteile zu ziehen, müssen beide Seiten.jedes Schaltelements für die Verbindung zur Verfugung stehen.

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Fig. § zeigt, wie die vier Anschlußklemmen 20, 22, 24· und 26 an die sechs Schalter 28, 30, 32, 34, 36 und 38 angeschlossen werden können, um auf einzigartige Weise das Schließen der Schalter zu "bestimmen. Aus Figur 3 ersieht irian, daß der Schalter 28 an die Anschlußklemmen 20 und angeschlossen ist und gleichzeitig der einzige der sechs Schalter ist, der an dieses Klemmenpaar angeschlossen ist. Man sieht, daß fünf Klemmen benötigt wurden, um das Schließen eines Schalters zu bestimmen, wenn die Schalter in Matrixform angeordnet wären, wohingegen bei der Anordnung gemäß Fig. 3 lediglich vier Anschlußklemmen erforderlich sind.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Eingabeschalteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Eingabeschalteranordnung hat Matrixform, es sind sechs Spalten vorgesehen. Wenngleich lediglich zwei Reihen detailliert dargestellt sind, so versteht sich, daß das dargestellte Feld irgendeine gewünschte Anzahl von Reihen haben könnte. Am Kreuzungspunkt jeder Spalte und Reihe ist ein Schaltglied vorgesehen. Jedes Schaltglied hat eine erste Seite 40, eine zweite Seite 4-2, eine dritte Seite 44 und eine vierte Seite 46. Aus Anschauungszwecken ist das Schaltglied so dargestellt, als habe es einen beweglichen Kontaktarm 48, der alle vier Seiten 40 bis 46 des Schaltgliedes verbinden könnte. Die erste und zweite Seife 40 und 42 sämtlicher Schaltglieder innerhalb der linken Spalte sind mit einem Paar von Leitungen 50 und 52 verbunden. In ähnlicher Weise sind jeweils die dritte und vierte Seite 44- und 46 sämtlicher Schaltglieder innerhalb der oberen Reihe mit einem Paar von Leitungen 54· und 56 verbunden.

Wie man aus Fig. 4- ersieht, ist für die Verbindung mit

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den Spaltenleitungen der Matrix eine erste Gruppe von Klemmen 58, 60, 62 und 64 vorgesehen. Die erste Seite sämtlicher Schaltglieder innerhalb einer bestimmten Spalte ist an eine bestimmte Klemme der ersten Klemmengruppe 58 bis 6A- angeschlossen, und die zweite Seite sämtlicher Schaltglieder innerhalb dieser Spalte ist mit einer anderen Klemme der ersten Klemmeηgruppe 58 bis 64 verbunden, so daß die Schaltglieder innerhalb jeder Spalte an ein ganz spezielles Paar der ersten Klemmengruppe 48 bis 64 angeschlossen sind. Um die Anzahl von Verbindungsklemmen zu minimieren, genügen die Zahl C der Spalten und die Zahl M der Spaltenverbindungsklemmen der Beziehung

(M-1) (M-2) <r C ^,

In gleicher Weise ist eine zweite Gruppe von Klemmen 66, 68, 70 und 72 für die Verbindung der Reihenleitungen der Matrix vorgesehen. Die dritte Seite sämtlicher Schaltglieder innerhalb einer gegebenen Reihe ist mit einer der Klemmen der zweiten Klemmengruppe 66 bis 72 verbunden, und die vierte Seite sämtlicher S-haltglieder innerhalb dieser Reihe ist mit einer anderen Klemme der zweiten Klemmengruppe 66 bis 72 verbunden, so daß die Schaltglieder innerhalb jeder Reihe an ein spezielles Paar der Klemmengruppe 66 bis 72 angeschlossen ist. Um die Anzahl von Verbindungsklemmen zu minimieren, genügt die Zahl R der Reihen und die Zahl N der Reihenverbindungsklemmen der Beziehung

(N-1) (E-2) <r R < N(H-I)

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Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Eingabeschalteranordnung, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann. Die Eingabeschalteranordnung wird unter Verwendung eines Paares gedruckter Schaltungssubstrate 74 und 76, die von einer Isolierschicht 78 getrennt sind, hergestellt. Die untere Schicht 7^ ist vorzugsweise starr, die obere Schicht 76 ist vorzugsweise flexibel. Von dem Substrat 76 werden verschiedene Sätze von Leiterstreifen 80 in gleichmäßig beabstandeten parallen Reihen getragen. Die Sätze der Leiterstreifen 40 auf dem gedruckten Schaltungssubstrat 74 weisen nach oben, wohingegen die Sätze der Leitungsstreifen 82 auf dem gedruckten Schaltungssubstrat 76 nach unteaweisen. Die Leiterstreifen und 82 verlaufen im wesentlichen senkrecht zueinander. Die Isolierschicht 78 trennt die Sätze der leitenden Streifen 80 und 82. Die Schicht 68 ist mit mehreren Öffnungen 64 ausgestattet, die in Reihen und Spalten gleichmäßig beabstandet sind, so dä3 jede Spalte der Öffnungen 84 einen Satz von Leiterstreifen 80 überdeckt und jede Reihe von Öffnungen 84 unterhalb eines Satzes von leitenden Streifen 82 liegt.

Jeder Satz der Leiterstreifen 80 auf dem Substrat 74 enthält zwei Leiter 86 und 88 in zueinander paralleler Anordnung. Diese Leiter 86 und 88 entsprechen den ersten und zweiten Seiten der Schaltglieder innerhalb einer Spalte der Eingabeschalteranordnung. Gleichermaßen umfaßt jeder Satz der Leiterstreifen 82 auf dem Substrat 76 zwei Leiter 90 und 92 in parallel beabstandeter Anordnung. Diese Leiter entsprechen der dritten und vierten Seite jedes der Schaltglieder innerhalb einer Reihe der Eingabeschalteranordnung. Wenngleich dies in Fig. 4 nicht dargestellt ist, so ist die obere

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O"berflache des gedruckten Substrats 76 markiert, um die Schnittpunkte der Sätze der Leiterstreifen 80 und 82 zu kennzeichnen. Diese Schnittpunkte sind mit den Öffnungen 84 in der Isolierschicht 78 ausgerichtet. Wenn nun an der richtigen Schnittpunktmarkierung auf dem Schaltungssubstrat 76 Druck ausgeübt wird, so wird das Substrat 76 aufgrund seiner Flexibilität in die entsprechende Öffnung 84 gedrückt, und es wird eine Verbindung zwischen allen vier Seiten des Schaltgliedes an dem entsprechenden Schnittpunkt hergestellt, d.h. die beiden Spaltenleiter und die beiden Reihenleiter für diesen Schnittpunkt werden miteinander verbunden. Die Verbindungen der Streifen 86, 88, 90 und 92 rait ihren entsprechenden Spalten- und Reihenanschlüssen entspricht der Verbindung gemäß Fig. 4.

Man sieht, daß jeder der Leiterstreifen 86 bis 92 tatsächlich in Form von zwei verbundenen und beabstandeten Streifen ausgebildet ist, welche in die beiden Streifen der zugehörigen parallelen Spalte oder Reihe eingreifen. Wenngleich dies nicht notwendig ist, so soll jedoch vorzugsweise eine richtige Kontaktgabe der Spalten- und Reihenleiter sichergestellt werden.

Um das Schließen eines Schalters eines Eingabeschalter-i feldes der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Art zu bestimmen, kann grundsätzlich die in Fig. 2 angedeutete Schaltung verwendet v/erden, wobei die Leitungen 14 an die Spaltenverbindungsanschlüsse und die Leitungen 16 an die Reihenverbindungsanschlüsse anzuschließen wären. Der Schalter schließcodierer 12 würde eine bekannte Spannung, beispielsweise Masse, an sämtliche Spaltenverbindungsleitungen 14 legen, und sämtliche Reihen-

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Verbindungsleitungen 16 würden überprüft. Die "bekannte Spannung erscheint an einem speziellen Paa? von Reihenverbindungsleitungen 16. Der Vorgang wird dann wiederholt, indem die bekannte Spannung auf sämtliche Reihenverbindungsleitungen 16 gebracht wird, um daraufhin die Spaltenverbindungsleitungen 14 zu überprüfen. Die bekannte Spannung erscheint an einem speziellen Paar der Spaltenverbindungsleitungen 14. Somit sind lediglich zwei Lesevorgänge erforderlich, um einen geschlossenen Schalter zu bestimmen, und zwar unabhängig von der Größe des Eingabeschalterfeldes.

Als Beispiel sei angegeben, daß eine Eingabeschalteranordnung mit 14 Spalten und 28 Reihen für insgesamt 392 individuelle Schaltglieder aufgebaut wurde. Ein herkömmliches Matrixverfahren würde 14 + 28 = 42 Leitungen erforderlich machen, um diese vielen Schalter mit der Codierschaltung zu verbinden. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden 8 Leitungen zum Decodieren der 28 Reihen und 6 Leitungen zum Decodieren der 14 Spalten verwendet, was eine Gesamtzahl von 14 Leitungen ergibt. Eine beispielhafte Codierung für die 14 Spalten ist in Fig. 6A gezeigt, iig. 6B zeigt eine beispielhafte Codierung für die 28 Reihen. In diesen Tabellen bedeuten die MJLLEM" für jede Spalte (oder Reihe) in dem Klemmencode, welche der entsprechenden Verbindungsklemmen an die beiden Seiten der Schaltglieder innerhalb der Spalte (oder Reihe) angeschlossen sind.

Die vorliegende Erfindung offenbart also eine Anordnung zum Minimieren der Anzahl von Verbindungen, die zwischen einem Schaltfeld und der Schaltung für das Erfassen und Codieren des Schließens von Schaltern benötigt werden.

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Claims

Patentansprüche

1= Eingabeschalteranordnung, gekennzeichnet durch mehrere jeweils eine erste und zweite Seite aufweisende Schaltglieder (28 bis 38), deren Seiten selektiv verbindbar sind, mehrere Anschlüsse (20 bis 26) und eine Einrichtung zum Verbinden der ersten Seite jedes der Schaltglieder mit einer der Klemmen sowie der zweiten Seite jedes der Schaltglieder mit einer der Klemmen sowie der zweiten Seite jedes der Schaltglieder mit einer anderen Klemme, so daß jedes Schaltglied mit einem einzigen besonderen Paar der Klemmen verbunden ist, wobei die Zahl P der Schaltglieder und die Zahl

Ö3Q0U/-Q79S

TELEFON (O8O) 02 28 60

TELEX OB-39 3BO

TELEORAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

H" der Klemmen der Bedingung (N-1) (N-2) < P <

genügt.
2. Eingabeschalteranordnung, gekennzeichnet durch mehrere Schaltglieder, die in Form eines rechteckigen Feldes spalten- und reihenweise angeordnet sind, wobei jedes Schaltglied am Schnittpunkt einer Spalte und Reihe des !Feldes positioniert ist und eine erste Seite (40), eine zweite Seite (4-2), eine dritte Seite (44) und eine vierte Seite (46) aufweist, die selektiv miteinander verbindbar sind, eine erste Gruppe von Anschlußklemmen (58 bis 64), eine zweite Gruppe von Anschlußklemmen (66 bis 72), eine Einrichtung (76, 78, 84) zum Verbinden der ersten Seite sämtlicher Schaltelemente innerhalb einer der Spalten mit der ersten Gruppe von Anschlußklemmen (58 bis 64) und der zweiten Seite (42) sämtlicher Schaltelemente innerhalb der genannten Spalte mit einer anderen Klemme der ersten Gruppe von Anschlußklemmen (58 bis 64), so daß die Schaltglieder innerhalb geder Spalte an ein spezielles Paar von Klemmen innerhalb der ersten Anschlußklemmengrupye angeschlossen sind, wobei die Anzahl C von Spalten unidie Anzahl H der Klemmen der ersten Anschluß-klemmengruppe (58 bis 64) die Bedingung

(H-i) (M-2)

erfüllt, und eine Einrichtung (76, 78, 84) zum Verbinden der dritten Seite (44) sämtlicher Schaltelemente innerhalb einer der Reihen mit einer Klemme der zweiten Anschlußklemmengruppe (66 bis 72) und der vierten Seite

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(46) sämtlicher Schaltelemente innerhalb der genannten Reihe mit einer anderen Klemme der zweiten Anschlußklemmengruppe (66 bis 72), so daß die Schaltglieder-innerhalb jeder Reihe an ein spezielles Paar von Klemmen der zweiten Anschlußklemmengruppe angeschlossen ist, wobei die Anzahl R von Reihen und die Anzahl N der zweiten Anschlußklemmengruppe folgende Bedingung erfüllen:

(N-1) (N-2) <■ R
3. Eingabeschalteranordnung nach Anspruch 2, mit einer Einrichtung (12, 14-, 16), die an die erste und zweite Anschlußklemmengruppe zum Feststellen des Schließen eines Schalters angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen einer ersten Spannung an die erste Anschlußklemmengruppe, eine Einrichtung zum Prüfen der zweiten Anschlußklemmengruppe, um zu bestimmen, welche der Klemmen der zweiten Anschlußklemmengruppe die erste Spannung führt, eine Einrichtung zum Anlegen einer zweiten Spannung an die zxreite Anschlußklemmengruppe, und eine Einrichtung zum Prüfen der ersten Anschlußklemmengruppe, um zu bestimmen, welche Klemme der ersten Gruppe die zweite Spannung führt»

4-. Eingabe schalt er anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder aus einem ersten gedruckten Schaltungssubstrat (74-) bestehen, aus welchem mehrere parallel beabstandete Satze (80) von parallelen Leiterpaaren ausgebildet sind, sowie einem zweiten gedruckten Schaltungssubstrat (76), auf dem mehrere parallel beabstandete

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Sätze (82) von parallelen Leiterpaaren ausgebildet sind, daß das erste "und zweite Substrat so angeordnet sind, daß die Leiter auf dem einen Substrat im wesentlichen senkrecht zu den Leitern des anderen Substrats verlaufen und diesen Leitern gegenüberliegen, und daß ein Isolierblatt (78) zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet ist, das Öffnungen (84) aufweist, die mit den Schnittpunkten zwischen den Sätzen von Leiterpaaren auf dem ersten und zweiten Substrat ausgerichtet sind, daß die ersten und zweiten Seiten sämtlicher Schaltglieder innerhalb einer der Spalten aus einem der Sätze der parallelen Leiterpaare auf dem ersten oder dem zx^eiten Schaltungssubstrat ausgebildet sind, und daß die dritten und vierten Daten sämtlicher Schaltglieder innerhalb einer der Reihen aus einem der Sätze der parallelen Leiterpaare auf dem anderen Schaltungssubstrat gebildet sind.

5· Eingabeschalteranordnung, gekennze ichn e t durch ein erstes gedrucktes Schaltungssubstrat (74), auf dem mehrere parallel beabstandete Sätze (80) von parallelen Leiterpaaren ausgebildet sind, ein zweites gedrucktes Schaltungssubstrat (76), auf dem mehrere parallel beabstandete Sätze (82) von parallelen Leiterpaaren ausgebildet sind, wobei das erste und zweite Substrat derart angeordnet sind, daß die auf ihnen ausgebildeten Leiter im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen und einander gegenüberliegen, und ein Isolierblatt (78), das zwischen dem ersten und zweiten Substrat liegt und Öffnungen (84) aufweist, die mit den Schnittpunkten zwischen den Sätzen von Leiterpaaren auf dem ersten und zweiten Substrat ausgerichtet sind.

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