DE3137388A1

DE3137388A1 - Elektrische anordnung mit mehreren zusammenarbeitenden leiterplatten

Info

Publication number: DE3137388A1
Application number: DE19813137388
Authority: DE
Inventors: Lars Dipl.-Ing. 72473 Västerås Strandberg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1981-09-19
Publication date: 1982-08-19
Also published as: JPS5788682A; US4420793A; JPH0251225B2; DE3137388C2; CA1151315A; SE8006798L; SE423777B

Description

Patent-undRechtsanwalt *.«Λ.:Ι. J«. '..* *..* .L ^{21 02}2 P

Dr.-Ing. Joachim Boecker

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Elektrische Anordnung mit mehreren zusammenarbeitenden Leiterplatten

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung mit mehreren zusammenarbeitenden Leiterplatten gemäß dem Oberbegriff des An-Spruches 1.

Eine elektrische Anordnung, beispielsweise eine zur Verarbeitung digitaler Signale,wird häufig aus Leiterplatten aufgebaut, die in einen Rahmen einschiebbar sind. Die Rückwand des Rahmens besteht dabei aus einem Schaltplan, der auch Rückplan oder Mutterplatte genannt wird. Hierbei handelt es sich um eine Platte, die Randkontakte für jede Leiterplatte hat und ein Muster aus mehreren, normalerweise parallelen Leiterbahnen hat, welche die Randkontakte miteinander verbinden. Die Leiter bestehen aus sogenannten "bus"-Leitern zur Übertragung von Speisespannungen zu den Leiterplatten und zur Übertragung von Signalen zwischen den Leiterplatten. Die Leiterplatten tragen an dem auf den Schaltplan gerichteten Rand Randkontakte, so daß ein Kontakt zwischen einer Leiterplatte und den Leiterbahnen des Schaltplanes hergestellt wird, wenn die Leiterplatte an ihren Platz im Rahmen eingeschoben worden ist. Am vorderen Rand, also dem

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vom Schaltplan abgewandten Rand der Leitplatte, können Kontakte zum Anschluß an äußere Objekte, wie z.B. an ein von der Anordnung gesteuertes Objekt, oder zum Anschluß von. Anzeige- und Bedienungsgliedern angeordnet sein.

Die Anordnung ist oft in Funktionseinheiten aufgeteilt, von denen jede eine oder mehrere Leiterplatten enthält. Ein Beispiel für eine Funktionseinheit ist ein Analog-Digital-Wandler. Die Funktionseinheiten und die Kommunikation zwischen denselben können/kann von einer programmierten Einheit, beispielsweise einem auf Leiterplatten im Rahmen angeordneten Mikrocomputer, gesteuert werden.

Der Bedarf an Signalübertragungen innerhalb einer" Funktionseinheit ist meistens erheblich größer als der Bedarf an Signalübertragungen zwischen verschiedenen Funktionseinheiten. Es be-. steht daher der Bedarf, einige der Leiterbahnen "des Schaltplanes ("lokalbusses") zur Übertragung von Signalen zwischen Leiterplatten zn verwenden, die zu derselben Funktionseinheit gehören. Die zu diesem Zweck benutzten Leiterbahnen dürfen dann nicht über die zu der Funktionseinheit gehörenden Leiterbahnen hinausgehen. Dabei ist es notwendig, für jede spezifische Anordnung einen besonderen Schaltplan herzustellen, wo die "lokalbusses" eine Unterbrechung zwischen jeder Funktionseinheit aufweisen. Dies ist kompliziert und kostspielig, und es ist auch schwierig, eine solche Anordnung zu ändern oder auszubauen, da jede Funktionseinheit von Anfang an einen vom Schalt'plan bestimmten Platz

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und eine vom Schaltplan bestimmte räumliche Ausdehnung hat.

Man könnte daran denken, den Schaltplan in Moduln einzuteilen, wobei jeder Modul für eine Funktionseinheit vorgesehen ist. Eine solche Lösung würde jedoch Probleme mit platzraubenden Schaltorganen zur Übertragung von Speisespannungen sowie Kommunikations- und Steuersignalen zwischen den Moduln mit sich ^ bringen. Ferner wäre es kaum möglich, Moduln für jede denkbare Anzahl Leiterplatten pro Funktionseinheit herzustellen, da dann der Platz im Rahmen schlecht ausgenutzt werden würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu enwickeln, bei der ein standardisierter Schaltplan verwendet werden kann, der unabhängig ist von der Leiterplattenanzahl in den einzelnen Funktionseinheiten und der es erlaubt, jede Funktionseinheit an einer beliebigen Stelle im Rahmen unterzubringen, gegebenenfalls die Funktionseinheit auch auf verschiedene Rahmen und Schaltpläne aufzuteilen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeir.pj ι: 1 u:.; noil

die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 einen Schaltplan mit zugehörigen Leiterplatten, Figur 2 den Schaltplan gemäß Figur 1 von vorne gesehen, Figur 3 einen Schnitt durch den Schaltplän gemäß Figur 2.

längs der Linie A-A,
Figur A einen Schnitt durch den Schaltplan gemäß Figur 2 längs der Linie B-B.

Figur 1 zeigt den vertikal ganz hinten in einem Rahmen angeordneten Schaltplan 1. Der Rahmen selbst ist der Deutlichkeit halber nicht dargestellt. Bei dem Schaltplan handelt es sich um eine Leiterplatte, d.h. eine Platte aus Isoliermaterial (z.B. glasfaserarmierter Kunststoff) mit einem Muster aus Leiterbahnen auf der Rückseite. Das Leiterbahnenmuster besteht aus mehreren parallel und horizontal verlaufenden Leiterbahnen. Auf der Vorderseite des Schaltplanes sind mehrere Kontaktvorrichtungen A11-H11 und A21-H21 angebracht. Die Kontaktvorrichtungen B11-G11 und B21-G21 sind zum Anschluß von Leiterplatten B-G vorgesehen. Die Platten haben Randkontakte B12-G12 und B22-G22, welche, wenn die Leiterplatten an ihren Platz im Rahmenwerk geschoben werden (siehe die gestrichelten Pfeile bei der Platte B), Kontakt mit den Kontaktvorrichtungen des Schaltplanes haben. Die auf den Leiterplatten angebrachten Bauteile (die in- der Figur nicht gezeigt sind) und die Schaltkreise werden dann über die Leiterbahnen der Leiterplatte, die Randkontakte der Leiterplatten und die Kontaktvorrichtungen des. Schaltplanes mit den Leiter-

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bahnen auf der Rückseite des Schaltplanes verbunden.

Die Kontaktvorrichtungen Al 1 bis HII, A21 und H21 sind einpolig und dienen zum Anschluß an andere Schaltpläne, die über und unter dem Schaltplan 1 angeordnet sein können.

Figur 2 zeigt den Schaltplan 1 von vorne, also die Seite des Schaltplans 1, die auf die Leiterplatten gerichtet ist. Figur· 3 zeigt einen Schnitt A-A, der durch die Leiterbahn a auf der Rückseite des Schaltplanes verläuft. Figur k zeigt einen Schnitt B -.B, der durch die Leiterbahn e auf der Rückseite des Schaltplanes geht.

Die Leitbahnen a bis 1 auf der Rückseite des Schaltplanes sind durch gestrichelte Linien in Figur 2 angedeutet. Der Deutlichkeit halber ist als Beispiel nur eine kleine Anzahl Leiterbahnen gezeigt; in Wirklichkeit kann die Zahl der Leiterbahnen erheblich größer sein.

Die Leiterbahnen a bis d dienen zur Speisung der Leiterplatten und zur Übertragung von Daten, Steuersignalen und anderen Signalen zwischen den Funktionseinheiten. An jedem Leiterplattenplatz sind die Leiterbahnen mit den dort angeordneten einpoligen Kontaktvorriehtungen verbunden, deren Kontakte mit Aa, Ab usw. bis Hd bezeichnet sind.

Die Leiterbahnen e bis 1 dienen zur Kommunikation /.wl nrhcn ch-n

Leiterplatten innerhalb jeder Funktionseinheit und bilden eine oder mehrere lokale Vielfachleitungen (ILokalbus). Beispielsweise können-einige der Leiterbahnen zur Übertragung von digitalen Adressensignalen in Parallelform angeordnet sein und eine sogenannte Adressenvxelfachleitung (Adressenbus) bilden. Einige der Leiterbahnen können zur Übertragung von digitalen Daten in Parallelform vorgesehen und eine sogenannte Datenvielfachleitung (Datenbus) sein. Schließlich können einige der Leiter zur Übertragung von anderen Signalen in den Funktionseinheiten vorgesehen sein. Jede Leiterbahn e bis 1 hat an jeder Leiterplatte eine Unterbrechung. Jede Leiterbahn wird dadurch in mehrere gegeneinander isolierte Teile el - e7, f1 - f7 usw. aufgeteilt. Das linke Ende jedes Leiterbahneriteils (z.B. e2) ist mit dem rechten Kontakt (Be2) der links von dem betrachteten Leiterbahnteil liegenden zweipoligen Kontaktvorrichtung (B21) verbunden, während das rechte Ende jedes Leiterbahnteils mit dem linken Kontakt (Ce1) der recht von diesem Leiterbahnteil liegenden zweipoligen Kontaktvorrichtung verbunden ist. Die äußersten Leiterbahnteile (z.B. el, e7) sind mit ihren äußeren Enden mit entsprechenden Kontakten (Ae1, He7) an den einpoligen Kontaktvorrichtungen (A21, H21) verbunden. ■

Figur 3 zeigt einen durch die Leiterbahn a verlaufenden Schnitt durch den Schaltplan 1 und eine Leiterplatte B (Schnitt A-A in Figur 2). Die Leiterbahn a steht mit den Kontakten Aa bis Ha in Verbindung. Der Kontakt Ba' der Leiterplatte B hat Kontakt mit Ba, wenn die Leiterplatte an ihren Platz geschoben worden

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ist, wobei die Leiterbahn a mit dem Leiterbahnmuster Binder Leiterplatte verbunden wird. Die übrigen Kontakte Bb bis Bd, sowie die Kontakte in den oberen Kontaktvorrichtungen auf dem Schallplan (A11 - HII) und den Leiterplatten (B12 - G12) sind in entsprechender Weise ausgeführt. '

Figur 4 zeigt einen Schnitt B-B aus Figur 2 durch die Leiterbahn e und die Leiterplatten B bis G. Die Leiterbahnteile el e7 sind in der oben beschriebenen Weise mit den Kontakten Ae1, Bei, Be2 usw. verbunden. Bei den Leiterplatten handelt es sich um zwei verschiedene Arten, nämlich die Hauptplatten (B-, E, F) und die Nebenplatten (C, D, G). Die Kontaktvorrichtungen der Platten (z.B. B) haben zwei Kontakte Bei' und Be2') für jede Leiterbahn (z.B. e) in der lokalen Vielfachleitung (e - 1). Bei der Hauptplatte ist der rechte Kontakt (Be2') mit dem Leiterbahnmuster der.Platte und damit mit den auf der Platte angeordneten Bautelen und Schaltkreisen verbunden. Der linke Kontakt (BeI') ist dagegen nicht angeschlossen und hat keine Funktion; er kann eventuell fortgelassen werden. Eine Hauptplatte (z.B. B) wird dadurch nur an den rechts von der Platte liegenden Teil (e2) der lokalen Vielfachleitung angeschlossen. Bei einer Nebenplatte (z.B. C ) sind dagegen die beiden Kontakte (Ce2' und Ce3').elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise durch einen durch eine Öffnung in der Platte hindurchgehenden Teil des Leiterbahnmusters (Cm) der Leiterplätte. Hierdurch wird eine überbrückung gebildet, durch welche die Leiterbahnteile (e2, e3) rechts und links der Platte miteinander verbunden werden. Ferner wird das

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Lejterbahnmuster Cm der Platte mit den Leiterbahnteilen verbunden.

Für die übrigen Leiterbahnen f bis 1 der lokalen Vielfachleitung sind der Schaltplan und die Leiterplatten auf entsprechende Weise ausgebildet.

Jede Funktionseinheit ist so ausgebildet, daß sie nur eine einzige Hauptplatte enthält. Diese kann an einem beliebigen Platz im Rahmenwerk liegen. Dabei wird sie einerseit mit den gemeinsamen Vielfachleitungen (den Leiterbahnen a bis d) und andererseits mit dem Abschnitt der lokalen Vielfachleitungen (e bis 1) verbunden, der unmittelbar rechts von der Platte liegt.

Wenn die Funktionseinheit mehr als eine Platte enthalten soll, so werden die übrigen Platten in der Funktionseinheit als Nebenplatten ausgebildet und in beliebiger Reihenfolge unmittelbar rechts von der Hauptplatte der Funktionseinheit eingesetzt. Jede Nebenplatte koppelt die lokale Vielfachleitung in der oben beschriebenen Weise einen Schritt weiter, und sämtliche Platten der Funktionseinheit werden an die lokale Vielfachleitung angeschlossen.

Die lokale Vielfachleitung einer Funktionseinheit wird links von der Hauptplatte der Einheit und rechts von einer anderen Hauptylatte oder von einem leeren Plattenplatz unterbrochen.

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In dem beschriebenen Beispiel bilden somit die Platten B, C und D eine Funktionseinheit, bei der die lokalen Vielfachleitungen aus den Leiterbahnteilen e2 bis e4, T2 bis f4 usw. bestehen. Die Platte E bildet allein eine Funktionseinheit. Die Platten F und G bilden schließlich eine dritte Funktionseinheit mit den lokalen Vielfachleitungen e6 bis 16.

Wie vorstehend beschrieben, können die lokalen Vielfachleitungen mit Hilfe der Kontaktvorrichtungen A21 und H21 weiter an andere Rahmenwerke und Schaltpläne geschaltet werden, und eine Funktionseinheit kann daher auf verschiedenen Schaltplänen liegende Teile umfassen.

Die Hauptleiterplatten können an alle gemeinsamen Leiterbahnen a bis d angeschlossen sein, während die Nebenleiterplatten nur an diejenigen (eine oder mehrere) dieser Leiterbahnen angeschlossen sind, welche die Platten mit Speisespannungen versorgen. Die Hauptplatte jeder Funktionseinheit steuert dabei die Nebenplatten der Funktionseinheit (über die lokale Vielfachleitung) sowie die Kommunikation in der Funktionseinheit an der lokalen Vielfachleitung.

Bei einer Anordnung nach der Erfindung können Funktionseinheiten v.on einer oder mehreren Platten beliebig gemischt und an beliebigen Plätzen in dem/den Rahmenwerk(en) placiert werden. Die Anordnung kann durch das Versetzen von Platten und durch das Einsetzen neuer Platten, wobei lediglich verlangt wird, daß die

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Nebenplatten einer Funktionseinheit auf einer bestimmten Seite unmittelbar neben der Hauptplatte der Funktionseinheit placiert werden, einfach modifiziert oder erweitert werden. Dies beruht darauf, daß die Aufteilung von lokalen Vielfachleitungen zwischen den Einheiten nicht' von der Ausführung des Schaltschemas abhängt, sondern automatisch beim Einsetzen der Platten geschieht.

Ferner erzielt man erhebliche wirtschaftliche und produktionstechnische Vorteile dadurch, daß ein und derselbe Schaltplan-Typ verwendet werden kann, unabhängig von der gerade vorliegenden Aufteilung der Leiterplatten auf Funktionseinheiten.

Vorstehend wurde eine Anordnung beschrieben, bei der die Nebenplatten einer Funktionseinheit unmittelbar rechts von der Hauptplatte placiert werden. Alternativ kann die Anordnung so ausgebildet sein, daß die Nebenplatten unmittelbar links von der Hauptplatte placiert werden.

Das vorstehend beschriebene Prinzip nach der Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung in digitalen Anordnungen, in denen die Lei Lerbcihnon zwischen den Platten und den Funktionseinheiten Datenvielfachleitungen sind. Das Prinzip kann auch bei Anordnungen mit beliebigem Signalinhalt auf den Leiterbahnen angewendet werden.

Die Erfindung würde anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben', bei dem die Leiterplatten und die Schaltpläne als gedruckte

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Schaltungen aufgebaut sind. Sie kann selbstverständlich auch bei Anordnungen mit solchen Leiterplatten und Schaltplänen verwendet werden, bei denen die Leiterbahnen aus Schal tdräht <ⁱn
bestehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrische Anordnung mit mehreren zusammenarbeitenden Leiterplatten (B - G) mit darauf angebrachten elektrischen Bauteilen und mit einem für mehrere Leiterplatten gemeinsamen Schaltplan (1), der Leiterbahnen (a bis 1) enthält, über welche die Leiterplatten elektrisch miteinander verbunden sind, wobei ■ jede Leiterplatte eine Kontaktvorrichtung (z.B. B12) enthält, die so angeordnet ist, daß sie mit einer entsprechenden, mit den Leiterbahnen des Schaltplanes verbundenen Kontaktvorrichtung (B11) auf dem Schaltplan Kontakt hat, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Leiterbahnen (e bis 1) des Schaltplanes eine Unterbrechung an jeder Anschlußstelle einer.Leiterplatte haben, daß die Leiterplatten teils Hauptplatten (B, E, F) und teils Nebenplatten (C, D, G) sind und mehrere Funktionseinheiten bilden, von denen jede Einheit (z.B. B, C, D) mindestens eine Leiterplatte enthält,, daß von. den Platten jeder Funktionseinheit eine Platte (0) eine Hauptplatte ist und die übrigen Platten (C, D) Nebenplatten sind, daß die Nebenplatten (z.B. C) mit überbrückungsgliedern (Ce2^!, Cm, Ce3^f) zur Überbrückung der Unterbrechungen in den Leiterbahnen des Schaltplanes versehen sind, während die Hauptplatten keine Überbrückungsglieder haben, und daß die Kontakt- und Überbrückungsglieder der Leiterplatten so ausgebildet sind ρ daß die Platten einer Funktionseinheit untereinander, nicht aber mit Platten anderer Funktionseinheiten über

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die mit Unterbrechung versehenen Leiterbahnen (e2 - ei2, e3 e13) und die Überbrückungsglieder der Nebenplatten verbunden sind.

2. Elektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kekennzeichnet, daß die Kontaktvorrichtungen der Leiterplatten und des Schaltplanes zwei Pole für jede mit Unterbrechung versehene Leiterbahn (z.B. e) haben und daß der von der einen Seite bei jeder Kontaktvorrichtung (z.B. B21) des Schaltplanes kommende Teil (el) der Leiterbahn an den einen Pol (Bei) der Kontaktvorrichtung angeschlossen ist und der von der anderen Seite kommende Teil (e2) der Leiterbahn an den anderen Pol (Be2) angeschlossen ist.

3. Elektrische Anordnung nach Anspruch 1 oder .2, dadurch gekennzeichne t, daß das überbrückungsglied jeder Nebenplatte (z.B. C) für jede der mit Unterbrechung versehenen

Leiterbahn (z.B. e) aus einer Verbindung (Cm) zwischen den beiden der Leiterbahn entsprechenden Polen (Ce2^f, Ce3') des Kontaktgliedes der Nebenplatte besteht.

4· Elektrische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (a bis 1) des Schaltplanes (1) sowohl mit Unterbrechung versehene Leiterbahnen (e bis 1) wie auch durchgehende, nicht unterbrochene Leiterbahnen (a bis d) sind.