DE3600735A1

DE3600735A1 - Printed circuit board assembly having at least one protection circuit for protecting a circuit against overvoltages

Info

Publication number: DE3600735A1
Application number: DE19863600735
Authority: DE
Inventors: Otto Lang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-01-13
Filing date: 1986-01-13
Publication date: 1987-07-16

Abstract

A printed circuit board assembly having at least one circuit (2) which is arranged on a printed circuit board (1). In the case of such a printed circuit board assembly, inputs and/or outputs of circuits which are endangered electrostatically are intended to be protected against discharges of static energy at a cost which is as low as possible. Resistors (4) and spark gaps (6) between conductor elements are used for this purpose. The geometrical dimensions of said conductor elements and resistors (4) are dimensioned in such a manner that they have a greater flashover voltage than the spark gap (6). The said measures are particularly suitable for printed circuit board assemblies using CMOS circuits. <IMAGE>

Description

Verwendet man in elektrischen Baugruppen CMOS-Schaltkrei se, so kann es beim Hantieren der Baugruppen zu einer Ge fährdung durch elektrostatische Aufladungen kommen. Um eine solche Gefährdung bei Schaltkreisen mit vergleichs weise hochohmigem Eingang zu vermeiden, sind Schutzmaß nahmen erforderlich.One uses CMOS circuits in electrical assemblies se, so when handling the modules to a Ge risk from electrostatic charges. Around such a risk in circuits with comparative Avoid wise high-impedance input are protective measures took required.

Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebene Leiterplattenbaugrup pe mit wenigstens einer Schutzschaltung zum Schutz eines Schaltkreises gegen Überspannungen.The invention relates to a as in the preamble of claim 1 specified PCB assembly pe with at least one protective circuit to protect one Circuit against overvoltages.

Eine derartige Leiterplattenbaugruppe ergibt sich z.B. dann, wenn man eine Leiterplatte mit CMOS-Schaltkreisen bestückt, die eine an ihrem Eingang liegende Schutzschal tung enthalten. Derartige CMOS-Schaltkreise sind z.B. aus dem McMOS-Handbuch der Firma Motorola, 3. Ausgabe 1975, Seiten 345 bis 349 bekannt.Such a printed circuit board assembly results e.g. then when you have a circuit board with CMOS circuits equipped with a protective scarf at its entrance tion included. Such CMOS circuits are e.g. out the McMOS manual from Motorola, 3rd edition 1975, Pages 345 to 349 known.

Die bekannte Schutzschaltung besteht aus einem dem Gate vorgeschalteten Längswiderstand und mehreren in Querzwei gen angeordneten Schutzdioden. Die Schutzdioden begren zen die Spannung und der Längswiderstand begrenzt den Strom, der im Überspannungsfall durch die Schutzdioden fließt. Wie aus der genannten Literaturstelle hervorgeht, können solche CMOS-Gate-Schutzstrukturen den Schaltkreis gewöhnlich nur gegen Überspannungen im Bereich von Hun derten von Volt schützen. Elektrostatische Aufladungen können jedoch zu Überspannungen von etwa 15 kV führen.The known protection circuit consists of a gate upstream series resistance and several in cross two arranged protective diodes. Limit the protective diodes zen the tension and the series resistance limits the Current that in the event of overvoltage through the protective diodes flows. As can be seen from the cited reference, can such CMOS gate protection structures the circuit usually only against surges in the Hun area protect from volt. Electrostatic charges can, however, lead to overvoltages of around 15 kV.

Ausgehend von diesem Sachverhalt kann man daran denken, in jede zu einem Eingangsanschluß des CMOS-Schaltkreises führende Eingangsleitung eine Schutzschaltung einzufügen, bei der einerseits zwischen dem Eingang der Baugruppe und Bezugspotential ein spannungsbegrenzendes Bauteil und an dererseits in der Zuführung zum Eingangsanschluß des CMOS-Schaltkreises ein Längswiderstand zur Strombegren zung liegt. Als spannungsbegrenzende Bauteile könnten dabei z.B. zwei Dioden oder eine Z-Diode oder ein mit Edelgas gefüllter Überspannungsableiter dienen.Based on this, you can think of each to an input terminal of the CMOS circuit inserting a protective circuit into the leading input line, on the one hand between the input of the module and Reference potential and a voltage-limiting component on the other hand in the feed to the input connection of the CMOS circuit a series resistor for current limitation tongue lies. Could be as voltage-limiting components doing e.g. two diodes or a zener diode or one with Surge arrester filled with inert gas.

Will man eine Vielzahl von CMOS-Schaltkreisen auf ein und derselben Leiterplatte anordnen und die über An schlußmittel nach außen führenden CMOS-Eingänge wirk sam gegen elektrostatische Aufladungen schützen, so ist dies bei Verwendung der genannten Maßnahmen mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Außerdem kann es erheb liche Schwierigkeiten bereiten, bei einer insbesondere mit Schaltkreisen dicht bestückten Leiterplatte eine größere Anzahl von Vorwiderständen und Spannungsbegren zern unterzubringen.If you want a variety of CMOS circuits on one and arrange the same circuit board and the over closing means leading to external CMOS inputs protect sam against electrostatic charges, so is this when using the measures mentioned with a considerable effort. It can also increase cause difficulties, in particular with circuit boards densely populated larger number of series resistors and voltage limits to accommodate.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leiterplattenbaugrup pe der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Eingänge und/oder Ausgänge von elektrostatisch ge fährdeten Schaltkreisen mit einem möglichst geringen Aufwand gegen Entladungen statischer Energie bzw. gegen Überspannungen geschützt werden, die durch elektrostati sche Aufladung entstehen können. Die zum Überspannungs schutz vorzusehenden Maßnahmen sollen insbesondere für Leiterplattenbaugruppen geeignet sein, die eine beträcht liche Zahl zu schützender Schaltkreise tragen und/oder in einer Weise mit Bauteilen bestückt sind, daß für weitere Bauelemente ein vergleichsweise geringer Raum übrig bleibt. Elektrostatische gefährdete Schaltkreise sind solche mit vergleichsweise hochohmigem Eingang, insbeson dere CMOS-Schaltkreise.The object of the invention is a PCB assembly PE of the type mentioned in such a way that the inputs and / or outputs of electrostatically ge vulnerable circuits with the lowest possible Effort against static energy discharges or against Surges are protected by electrostat charging can occur. The one to surge Measures to be provided for protection should in particular for Printed circuit board assemblies can be suitable, which a considerable wear the number of circuits to be protected and / or in are equipped with components in such a way that for further Components left a comparatively small space remains. Electrostatic sensitive circuits are those with a comparatively high-impedance input, in particular their CMOS circuits.

Untersuchungen im Rahmen der Erfindung haben ergeben, daß einerseits für den gewünschten Überspannungsschutz Funkenstrecken geeignet sind, deren Überschlagsspannung großen Exemplarstreuungen unterworfen ist und anderer seits im Hinblick auf den relativ geringen Energiegehalt der in Betracht zu ziehenden elektrostatischen Aufladun gen die Belastbarkeit üblicher Überspannungsableiter nicht erforderlich ist.Investigations within the scope of the invention have shown that on the one hand for the desired surge protection Spark gaps are suitable, their breakdown voltage is subject to large distribution of specimens and others partly with regard to the relatively low energy content the electrostatic charge to be considered against the load capacity of conventional surge arresters is not required.

Ausgehend von dieser Erkenntnis wird die Leiterplatte ge mäß der Erfindung zur Lösung der genannten Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebe nen Weise ausgebildet. Die in vorgegebener Weise einander benachbarten Leiterstücke haben dabei einen derart bemes senen Abstand, daß sich eine Begrenzung der zwischen den Leitern liegenden Spannung auf einen vorgegebenen Wert ergibt. Vorzugsweise sind sie wenigstens in dem Bereich, in dem sie die Elektroden der Funkenstrecke bilden, frei von Überzügen, insbesondere frei von Lötstoplack, Iso lierlack oder dergleichen. Im weiteren Verlauf sind die Leiterbahnen zweckmäßigerweise mit Lack abgedeckt.Based on this knowledge, the circuit board is ge according to the invention to achieve the stated object in the specified in the characterizing part of claim 1 NEN trained. The one another in a predetermined manner neighboring conductor pieces have such a dimension its distance that there is a limitation between the Conductors are at a predetermined value results. They are preferably at least in the range by forming the electrodes of the spark gap of coatings, in particular free of solder resist, iso lierlack or the like. In the further course are Conductors are suitably covered with varnish.

Durch diese Maßnahmen und/oder eine entsprechende Füh rung der Leiterbahnen läßt sich erreichen, daß im Über spannungsfall der Überschlag definiert an der dafür vor gesehenen Stelle stattfindet. Der Abstand zwischen der Spannung führenden Leiterbahn und weiteren Leiterbahnen, insbesondere solchen, die direkt mit einem gefährdeten Eingang eines CMOS-Schaltkreises verbunden sind, wird so groß bemessen, daß dort kein Überschlag stattfinden kann.Through these measures and / or an appropriate guide tion of the conductor tracks can be achieved that in the over voltage case the rollover defined on the for this seen place takes place. The distance between the Live conductor track and other conductor tracks, especially those who are directly at risk Input of a CMOS circuit is connected so large that no rollover can take place there.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß sich der gewünschte Überspannungs-Grobschutz mit Hilfe von in der Leiterplattentechnik geläufigen Maßnahmen auf einfa che Weise erzielen läßt, derart, daß an dieser Stelle Präzisions-Spannungsbegrenzer und der damit verbundene Aufwand und Raumbedarf entfallen.These measures have the advantage that the desired overvoltage protection with the help of in of the PCB technology common measures on simp che way, so that at this point Precision voltage limiter and the associated Effort and space requirements are eliminated.

Vorteilhaft ist es, die Funkenstrecke zwischen zwei Löt augen oder zwischen einem Lötauge und einer Leiterbahn vorzusehen. Zweckmäßigerweise ist wenigstens die Elektro de, die eine Signalspannung führt, durch ein Lötauge ge bildet.It is advantageous to use the spark gap between two solder eyes or between a pad and a trace to provide. At least the electrical is expedient de, which carries a signal voltage, ge through a pad forms.

Für den Fall, daß bei mehreren Funkenstrecken von den Elektroden die eine an einem Bezugspotential liegt und die andere gegenüber dem Bezugspotential eine Signalspan nung führt, wird die Leiterplattenbaugruppe zweckmäßiger weise derart ausgebildet, daß die gegen Bezugspotential Signalspannung führende Elektrode durch ein Lötauge und die andere durch eine mit dem Bezugspotential verbundene Leiterbahn als gemeinsame Gegenelektrode gebildet ist.In the event that with several spark gaps from the Electrodes which is at a reference potential and the other a signal span compared to the reference potential leads, the PCB assembly becomes more appropriate as trained such that the against reference potential Electrode carrying signal voltage through a pad and the other through one connected to the reference potential Conductor is formed as a common counter electrode.

Besonders vorteilhaft ist es, die Funkenstrecke möglichst nahe an den Anschlußmitteln bzw. an den äußeren Anschlüs sen der Leiterplattenbaugruppe vorzusehen, so daß die Funkenstrecke in einem räumlich begrenzten Stromkreis liegt und sich besonders geringe elektromagnetische Be einflussungen weiterer Stromkreise ergeben. Die äußeren Anschlüsse der Leiterplattenbaugruppe können insbeson dere Stifte einer Anschlußleiste bzw. eines Steckverbin ders sein.It is particularly advantageous to make the spark gap as possible close to the connection means or to the external connections provide the circuit board assembly so that the Spark gap in a spatially limited circuit lies and there is particularly low electromagnetic loading influences of other circuits. The outer Connections of the circuit board assembly can in particular pins of a terminal block or a connector be it.

Zweckmäßigerweise haben die Leiterbahnen in ihrem weite ren Verlauf einen größeren gegenseitigen Abstand als die Elektroden der Funkenstrecke.The conductors expediently have in their width their course a greater mutual distance than that Spark gap electrodes.

Setzt man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in das als Elektrode dienende Lötauge jeweils ein Anschlußstück eines Steckverbinders ein, so ergibt sich für den über die Funkenstrecke führenden Stromkreis ein besonders kur zer Weg und somit eine besonders geringe Beeinflussung weiterer Stromkreise. Dabei ist das Anschlußstück des Steckverbinders insbesondere ein Stift einer Vielfach- Stiftleiste. Die andere Elektrode der Funkenstrecke kann ebenfalls ein Lötauge sein, das mit einem Kontaktstück des Steckverbinders unmittelbar verbunden ist.If you put in a further embodiment of the invention in the a connecting piece each serving as an electrode of a connector, so for the over the circuit carrying the spark gap is a particularly cure zer way and thus a particularly low influence other circuits. The connector of the Connector in particular a pin of a multiple Pin header. The other electrode of the spark gap can also be a solder pad with a contact piece of the connector is directly connected.

Eine Leiterplattenbaugruppe mit integrierten Bauelemen ten und einem stirnseitigen Vielfach-Steckverbinder geht z.B. aus K.G. Faas und J. Swozil: "Verdrahtungen und Ver bindungen der Nachrichtentechnik", Akademische Verlagsge sellschaft, Frankfurt/Main, 1974, Seite 10, Bild 1-7, hervor.A printed circuit board assembly with integrated components ten and a multiple connector on the front e.g. from K.G. Faas and J. Swozil: "Wirings and Ver bindings of communications engineering ", academic publishing house company, Frankfurt / Main, 1974, page 10, picture 1-7, forth.

Vorteilhaft ist ferner, die Leiterplattenbaugruppe so auszugestalten, daß die Leiterplatte als Mehrlagenplatte ausgebildet ist und daß die Funkenstrecke bzw. die Fun kenstrecken auf einer der beiden äußeren Leiterplatten ebenen angeordnet sind.It is also advantageous, the circuit board assembly to design that the circuit board as a multilayer board is formed and that the spark gap or the fun on one of the two outer circuit boards levels are arranged.

Bei Leiterplatten mit stirnseitigem Vielfach-Steckverbin der ergibt sich ein besonders raumsparender Aufbau da durch, daß zwischen zwei Reihen von Anschlußstiften und damit verbundenen Lötaugen als gemeinsame Gegenelektrode eine Leiterbahn angeordnet ist.For printed circuit boards with multiple plug-in connections on the front that results in a particularly space-saving construction through that between two rows of pins and associated pads as a common counter electrode a conductor track is arranged.

Bei Leiterplatten, die mehrfach kaschiert sind bzw. in mehreren, jeweils durch eine Isolierschicht voneinander isolierten Ebenen Leiterbahnen aufweisen, wird die Bau gruppe zweckmäßigerweise in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 6 angegebenen Weise ausgebildet. Dabei können die jeweils an ein Bezugspotential geführ ten Lötaugen mit ein und demselben oder mit verschiede nen Bezugspotentialen beaufschlagbar sein.For printed circuit boards that are laminated several times or in several, each by an insulating layer from each other Insulated levels have conductor tracks, the construction group expediently in the in the characterizing part of claim 6 specified manner. They can each lead to a reference potential ten pads with one or the same or with different ones Reference potentials can be applied.

Bei Ausbildung der Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 7 befinden sich die als Zuleitungen zu den Kontaktstücken dienenden Leiterbahnen einerseits und die mit Bezugspo tential verbundene und als gemeinsame Elektrode der Fun kenstrecke dienende Leiterbahn zusammen mit den Gegen elektroden andererseits zweckmäßigerweise in verschiede nen Ebenen der Mehrlagen-Leiterplatte.When forming the circuit board assembly according to claim 7 are the as leads to the contact pieces serving conductor tracks on the one hand and those with reference po tially connected and as a common electrode of fun circuit path serving together with the counter electrodes on the other hand expediently in different levels of the multilayer circuit board.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge ben sich aus den Ansprüchen 8 bis 10. Die Maßnahmen nach Anspruch 10 haben den Vorteil, daß die durch die Abmes sungen des Vorwiderstandes vorgegebene Überschlagsspan nung auch bei eingebautem Widerstand erhalten bleibt bzw. kein Überschlag über den Widerstand oder über dessen An schlüsse erfolgt.Other advantageous embodiments of the invention ben from claims 8 to 10. The measures according to Claim 10 have the advantage that the by the dimensions solutions of the series resistor voltage is retained even when the resistor is installed or no flashover over the resistance or over its approach conclusions.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestell ten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is illustrated on the basis of the figures th exemplary embodiments explained in more detail.

Es zeigen dieThey show

Fig. 1 bis 3 Leiterplattenbaugruppen mit CMOS-Schaltkrei sen und zugehörigen zusätzlichen Schutzschaltun gen, und zwar
Fig. 1 mit einer Funkenstrecke zwischen zwei Lötaugen,
Fig. 2 mit einer Funkenstrecke zwischen zwei Leiterbahnen und
Fig. 3 mit einer Funkenstrecke zwischen einer Leiterbahn und einem Lötauge. Fig. 1 to 3 circuit board assemblies with CMOS Schaltkrei sen and associated additional Schutzschaltun gene, namely
Fig. 1 with a spark gap between two pads,
Fig. 2 with a spark gap between two conductor tracks and
Fig. 3 with a spark gap between a conductor track and a pad.

Weiterhin zeigenContinue to show

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die Schutzschaltungen der Leiterplattenbaugruppen nach Fig. 1 bis 3, Fig. 4 is an equivalent circuit diagram for the protection circuits of the circuit card assemblies of FIG. 1 to 3,

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild mit einem Schaltkreis, der an seinem Eingang eine Schutzschaltung mit Dioden aufweist, Fig. 5 is an equivalent circuit diagram showing a switching circuit having at its input a protection circuit with diodes,

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild mit einem Schaltkreis, der an seinem Ausgang eine Schutzschaltung mit Dioden aufweist, Fig. 6 is an equivalent circuit diagram showing a switching circuit having at its output a protection circuit with diodes,

Fig. 7 eine Leiterplattenbaugruppe mit stirnseitigem Steckverbinder und Funkenstrecken zwischen den mit dem Steckverbinder verbundenen Lötaugen, Fig. 7 shows a circuit board assembly with front connector and spark gaps between the connected to the connector pads,

Fig. 8-10 Einzelheiten der Leiterplattenbaugruppe nach Fig. 7, Fig. 8-10 details of the circuit board assembly of Fig. 7,

Fig. 11 eine Anordnung von Funkenstrecken mit drei Reihen von Lötaugen und Fig. 11 shows an arrangement of spark gaps with three rows of pads and

Fig. 12 eine Anordnung von Funkenstrecken mit einer Lei terbahn zwischen zwei Reihen von Lötaugen. Fig. 12 shows an arrangement of spark gaps with a Lei terbahn between two rows of pads.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils eine Leiterplattenbau gruppe mit einer Leiterplatte 1. Von den Bauelementen, die die Leiterplatte 1 trägt, sind der besseren Übersicht halber jeweils nur der Schaltkreis 2 mit einer Schutz schaltung, enthaltend eine Funkenstrecke 6 und einen Wi derstand 4, dargestellt. Diese Schutzschaltung ist je weils zusätzlich zu einer im Schaltkreis bereits vorge sehenen und deshalb in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestell ten Schutzschaltung vorgesehen, d.h. sie stellt jeweils eine zusätzliche Schutzschaltung dar. Figs. 1 to 3 each show a circuit board assembly having a circuit board 1. Of the components that the circuit board 1 carries, for the sake of clarity only the circuit 2 with a protective circuit containing a spark gap 6 and a Wi resistor 4 are shown. This protection circuit is provided in addition to a protection circuit already provided in the circuit and therefore not shown in FIGS . 1 to 3, that is, it represents an additional protection circuit.

Bei der Leiterplattenbaugruppe 1 nach Fig. 1 sind die beiden Elektroden 5 und 7 der Funkenstrecke 6 jeweils durch ein Leiterstück, bestehend aus einem Stück Leiter bahn gebildet. Diese Leiterstücke sind in vorgegebener Weise einander benachbart angeordnet und haben jeweils die Form eines Lötauges 17 bzw. 18. Die als Elektroden der Funkenstrecke dienenden Leiterstücke gehören - wie die Lötaugen bzw. Lötpunkte - zu den Flächen, die von einer Beschichtung der Leiterplatte mit Lötstopplack ausgenommen sind.In the circuit board assembly 1 of FIG. 1, the two electrodes 5 and 7 of the spark gap 6 are each formed by a conductor piece consisting of a piece of conductor track. These conductor pieces are arranged adjacent to one another in a predetermined manner and each have the shape of a solder pad 17 or 18 . The conductor pieces serving as electrodes of the spark gap - like the soldering eyes or soldering points - belong to the areas which are excluded from coating the printed circuit board with solder mask.

Bei der Leiterplattenbaugruppe nach Fig. 2 weisen die beiden zum Eingang der Schaltkreise 2 führenden Leiter bahnen 14 und 15 an einer Stelle einen geringeren Ab stand auf als in ihrem weiteren Verlauf. An dieser Eng stelle 16 bilden die Leiterbahnen 14 und 15 selbst die Elektroden der Funkenstrecke 6. Der gegenseitige Abstand der Leiterbahnen 14 und 15 ist an der Engstelle 16 so bemessen, daß eine vorgegebene Überschlagsspannung von insbesondere etwa 2 kV erzielt wird.In the circuit board assembly of FIG. 2, the two point to the input of the circuits 2 carrying conductors 14 and 15 at a location lower than Ab to stand in its further course. At this narrow point 16 , the conductor tracks 14 and 15 themselves form the electrodes of the spark gap 6 . The mutual distance between the conductor tracks 14 and 15 is dimensioned at the narrow point 16 so that a predetermined breakdown voltage of in particular about 2 kV is achieved.

Bei der Leiterplattenbaugruppe nach Fig. 3 ist die eine Elektrode der Funkenstrecke ein Lötauge, die andere Elektrode eine Leiterbahn. Das Lötauge 17 ist der Lei terbahn 15 in einem vorgegebenen Abstand benachbart an geordnet.In the printed circuit board assembly according to FIG. 3, one electrode of the spark gap is a pad, the other electrode is a conductor track. The pad 17 is the Lei terbahn 15 arranged at a predetermined distance adjacent to.

Die den Fig. 1 bis 3 gezeigten Lötaugen haben jeweils eine quadratische Form, können jedoch von anderer, ins besondere kreisförmiger Gestalt sein.The pads FIGS. 1 to 3 shown have a square shape each, but may be of a different, in particular circular shape.

In den Fig. 1 bis 3 ist der Schaltkreis 2 zusammen mit der vorgeschalteten Schutzschaltung jeweils als Aus schnitt aus der Gesamtschaltung dargestellt, und zwar so, wie er sich bei Betrachtung mit einer Lupe zeigt. Fig. 4 zeigt einen Ersatzstromlauf für die jeweils von der Lupe erfaßten Ausschnitte gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 3.In Figs. 1 to 3 of circuit 2 is shown together with the upstream protective circuit section respectively as off from the overall circuit in such a manner as seen when viewed with a magnifying glass. FIG. 4 shows an equivalent circuit for the sections according to FIG. 1 or FIG. 3 that are respectively captured by the magnifying glass.

Der CMOS-Schaltkreis 2 hat als solcher hochohmige Ein gänge. Der Eingang mit dem Anschluß 12 bezogen auf den an Massepotential liegendem Anschluß 13 ist mit der Schutzschaltung 19 zum Schutz gegen Überspannungen ver sehen. Diese Schutzschaltung ist Bestandteil des Schalt kreises 2. Die Schutzschaltungen von weiteren Eingängen sind in gleicher Weise aufgebaut und daher der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.As such, the CMOS circuit 2 has high-resistance inputs. The input with the terminal 12 with respect to the terminal 13 lying at ground potential is seen with the protective circuit 19 for protection against overvoltages. This protective circuit is part of the circuit 2 . The protective circuits of further inputs are constructed in the same way and are therefore not shown for the sake of clarity.

Den Anschlüssen 12 und 13 des Schaltkreises 2 ist eine zusätzliche Schutzschaltung vorgeschaltet. Diese Schutz schaltung enthält die Funkenstrecke 6 mit den Elektroden 5 und 7 und den Widerstand 4. Die Elektrode 7 der Funken strecke 6 ist über die Leiterbahn 15 mit Massepotential und mit dem Anschluß 13 des Schaltkreises 2 verbunden.An additional protective circuit is connected upstream of the connections 12 and 13 of the circuit 2 . This protective circuit contains the spark gap 6 with the electrodes 5 and 7 and the resistor 4th The electrode 7 of the spark gap 6 is connected via the conductor track 15 to ground potential and to the terminal 13 of the circuit 2 .

In der elektrischen Verbindung zwischen der Funkenstrecke 6 und dem Eingang 12 des Schaltkreises 2 ist der Wider stand 4 angeordnet.In the electrical connection between the spark gap 6 and the input 12 of the circuit 2 , the opposing 4 was arranged.

Der Abstand zwischen den Elektroden 5 und 7 ist insbeson dere derart bemessen, daß sich eine Überschlagsspannung im Bereich von etwa 1 kV bis 3 kV ergibt. Der Widerstand 4 ist hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen der art bemessen bzw. hinsichtlich seiner Bauform so ausge wählt, daß er eine größere Überschlagsspannung hat als die Funkenstrecke 6. Der als Vorwiderstand dienende Wi derstand 4 ist auf der Leiterplatte 1 liegend angeord net. Der Abstand der Lötaugen 10 und 11, in die der Wi derstand 4 eingesetzt ist, ist daher um ein Mehrfaches größer als der gegenseitige Abstand der Elektroden 5 und 7 der Funkenstrecke 6.The distance between the electrodes 5 and 7 is in particular dimensioned such that there is a breakdown voltage in the range of about 1 kV to 3 kV. The resistor 4 is dimensioned in terms of its geometric dimensions of the type or so selected in terms of its design that it has a larger breakdown voltage than the spark gap. 6 Serving as a series resistor Wi resistor 4 is lying on the circuit board 1 angeord net. The distance between the pads 10 and 11 , in which the Wi resistor 4 is inserted, is therefore several times greater than the mutual distance between the electrodes 5 and 7 of the spark gap 6 .

Die Funkenstrecke hat vergleichsweise große Toleranzen der Uberschlagsspannung. Dies stört jedoch nicht, wenn man bei der Bemessung des Widerstandes 4 von dem oberen Grenzwert des Toleranzbereiches der Überschlagsspannung ausgeht. Der Widerstandswert des Widerstandes 4 ist da her derart bemessen, daß der den Eingang des Schaltkrei ses belastende Strom bei dem oberen Grenzwert der Über schlagsspannung der Funkenstrecke 6 noch unterhalb des Maximalstromes liegt, der nach den Kenndaten des Schalt kreises noch zulässig ist, z.B. unterhalb von 20 mA. Er liegt insbesondere im Bereich von etwa 100 kOhm bis 200 kOhm.The spark gap has comparatively large tolerances for the flashover voltage. However, this does not bother if one starts from the upper limit of the tolerance range of the breakdown voltage when dimensioning the resistor 4 . The resistance value of the resistor 4 is dimensioned in such a way that the current loading the input of the switching circuit at the upper limit of the overvoltage voltage of the spark gap 6 is still below the maximum current that is still permissible according to the characteristics of the switching circuit, for example below 20 mA. It is in particular in the range from about 100 kOhm to 200 kOhm.

Schaltkreise können an ihrem Eingang und/oder an ihrem Ausgang mit einer Schutzschaltung versehen sein. Ferner kann die Anordnung zum Überspannungs-Feinschutz inner halb und/oder außerhalb des Schaltkreises vorgesehen sein. Fig. 5 zeigt einen Stromlauf, bei dem am Eingang des Schaltkreises 2 a eine Diodenanordnung mit den Dioden 29 und 30 vorgesehen ist. Dabei ist der Eingang des Schaltkreises 2 a über die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 29 an die Versorgungsspannung +U_v von z.B. +5V und über die Sperrichtung gepolte Diode 30 an Masse geführt.Circuits can be provided with a protective circuit at their input and / or at their output. Furthermore, the arrangement for overvoltage fine protection can be provided inside and / or outside the circuit. Fig. 5 shows a circuit in which a diode arrangement with the diodes 29 and 30 is provided at the input of the circuit 2 a . The input of the circuit 2 a is led via the diode 29 polarized in the forward direction to the supply voltage + U _v of, for example, + 5V and the diode 30 polarized via the reverse direction to ground.

Bei dem Stromlauf nach Fig. 6 liegt eine Diodenanordnung mit den Dioden 29 a und 30 a am Ausgang des Schaltkreises 2 b. Dabei ist der Ausgang des Schaltkreises 2 b über die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 29 a an die Versorgungs spannung +U_v und über die in Sperrichtung gepolte Diode 30 a an Masse geführt. Außerdem ist dem Ausgang eine An ordnung zum Überspannungs-Grobschutz nachgeschaltet, die den Längswiderstand 4 und die Funkenstrecke 6 enthält. Diese Anordnung wird zweckmäßigerweise so ausgestaltet, wie die einem Eingang vorgeschaltete Anordnung zum Über spannungs-Grobschutz.In the circuit of FIG. 6, a diode arrangement is located with the diodes 29 a and 30 b at the output of a circuit 2. The output of the circuit 2 b is passed through the forward polarized diode 29 a to the supply voltage + U _v and through the reverse polarized diode 30 a to ground. In addition, the output is followed by an arrangement for overvoltage protection, which contains the series resistor 4 and the spark gap 6 . This arrangement is expediently designed such as the arrangement upstream of an input for overvoltage coarse protection.

Die Dioden 29 und 30 sind durch die Wirkung der positiven Versorgungsspannung U _v bei Anliegen der systemeigenen Si gnalpegel gesperrt. Bei externen Überspannungen wird je nach Polarität der Überspannung eine der beiden Dioden 29 und 30 leitend.The diodes 29 and 30 are blocked by the action of the positive supply voltage U _v when the system's own signal level is applied. In the case of external overvoltages, one of the two diodes 29 and 30 becomes conductive, depending on the polarity of the overvoltage.

Es kann zweckmäßig sein, bei einer Leiterplattenbaugruppe alle Ein- und Ausgänge elektrostatisch gefährdeter Bau elemente, die auf die Steckerleiste führen, mit je einer Schutzschaltung, bestehend aus einem Widerstand 4 bzw. 4 a und einer Funkenstrecke 6 bzw. 6 a zu versehen.It may be appropriate to provide all inputs and outputs of electrostatically sensitive building elements with a circuit board assembly, which lead to the connector strip, each with a protective circuit consisting of a resistor 4 or 4 a and a spark gap 6 or 6 a .

Müssen die Eingänge der Schaltkreise schnelle Signale verarbeiten, so ist der Wert des Schutzwiderstandes 4 bzw. 4 a begrenzt. In einem solchen Fall werden die Dioden 29, 30 bzw. 29 a, 30 a als zusätzliche Schutzdioden vorge sehen.If the inputs of the circuits have to process fast signals, the value of the protective resistor 4 or 4 a is limited. In such a case, the diodes 29 , 30 and 29 a , 30 a will be seen as additional protective diodes.

Fig. 7 zeigt eine Leiterplattenbaugruppe 1, die an einer ihrer beiden Stirnseiten mit einem als Vielfachstiftlei ste ausgebildeten Steckverbinder 3 versehen ist. In die Lötaugen ist jeweils ein Anschlußstück des Steckverbin ders 3, gebildet durch einen Stift eines Vielfachsteckers, unmittelbar eingesetzt. Die Lötaugen der Leiterplattenbau gruppe, die zur Verbindung der Stifte des Steckverbinders mit den zugeordneten Leiterbahnen dienen, bilden zugleich die Elektroden der Funkenstrecken. Für den Strom, der bei gezündeter Funkenstrecke fließt, ergibt sich ein beson ders kurzer Weg. Beeinflussungen und Störungen weiterer Stromkreise sind daher besonders gering. Fig. 7 shows a printed circuit board assembly 1 , which is provided on one of its two end faces with a connector 3 designed as a multiple pin connector. In each of the soldering eyes a connector of the connector 3 , formed by a pin of a multiple connector, is used immediately. The soldering eyes of the PCB assembly group, which are used to connect the pins of the connector with the assigned conductor tracks, also form the electrodes of the spark gaps. There is a particularly short path for the current that flows when the spark gap is ignited. Interference and interference in other circuits are therefore particularly low.

Ausgehend vom Stiftabstand des gewählten Steckverbinders läßt sich die Überschlagsspannung bzw. die Länge der Fun kenstrecke durch die geometrische Größe der Lötaugen be stimmen.Based on the pin spacing of the selected connector the breakdown voltage or the length of the fun distance due to the geometrical size of the pads vote.

Die Abstände zwischen den Signalspannung führenden Löt augen und den an Massepotential liegenden Lötaugen wer den vorzugsweise so gewählt, daß sich eine Uberschlags spannung von ca. 2 kV ergibt.The distances between the signal voltage leading solder eyes and the earth potentials which is preferably chosen so that there is a rollover voltage of approx. 2 kV results.

Die mit den Stiften verbundenen Lötaugen sind in drei Reihen 21 bis 23 angeordnet. In die Lötaugen der beiden äußeren Reihen 21 und 23 sind mit Signaleingängen ver bundene Stifte des Steckverbinders 3 eingesetzt. Die Löt augen der mittleren Reihe 22 sind über die Leiterbahn 24 miteinander und mit dem Bezugspotential führenden An schluß 25 verbunden.The pads connected to the pins are arranged in three rows 21 to 23 . In the pads of the two outer rows 21 and 23 ver connected pins of the connector 3 are used with signal inputs. The solder eyes of the middle row 22 are connected to each other and to the reference potential leading circuit 25 via the conductor 24 .

Die Leiterplatte 1 ist als Mehrlagenplatte ausgebildet. Die Funkenstrecken sind jeweils auf einer der beiden äu ßeren Ebenen der Leiterplatte, d.h. auf einer der beiden Oberflächen der Leiterplatte 1 angeordnet.The circuit board 1 is designed as a multilayer board. The spark gaps are each arranged on one of the two outer planes of the circuit board, ie on one of the two surfaces of the circuit board 1 .

Weitere Einzelheiten der Leiterplattenbaugruppe nach Fig. 7 gehen aus den Fig. 8 bis 10 hervor.Further details of the printed circuit board assembly according to FIG. 7 emerge from FIGS. 8 to 10.

Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus der Anordnung von Löt augen im Bereich der Stifte des Steckverbinders 3. Die Leiterbahn 24, die die Lötaugen der mittleren Reihe 22 mit dem Masseanschluß 25 verbindet, ist auf der Leiter platte oben angebracht und daher als durchgezogene Li nie dargestellt. Die Leiterbahnen 19, die von den Lötaugen der Reihe 21, d.h. von der stirnseitig außen liegenden Reihe in Richtung zum anderen Ende der Leiterplatte ver laufen, liegen in einer anderen Ebene der Mehrlagenplat te und sind daher strichliert dargestellt. Da die oben auf der Leiterplatte befindlichen Lötaugen der Reihe 21 bis 23 nicht mit Isolierlack bedeckt bzw. frei von einer Isolierung sind und die strichliert dargestellten Lei terbahnen im Innern der Mehrlagenplatte jeweils von einer Isolierstoffschicht bedeckt sind, ist es möglich, die zu den Lötaugen der Reihe 21 führenden Leiterbahnen zwischen Stiften der Stiftleiste hindurchzuführen, ohne daß an dieser Stelle eine Funkenstrecke wirksam wird. Die Lei terbahnen 19 a sind mit den Lötaugen der Reihe 23 verbun den. In die Lötaugen der Reihen 21 und 23 ragen die An schlußstifte 13 des Steckverbinders 3. Abweichend von der in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform kann der Steckverbinder eine weitere Reihe von Anschlußstiften haben, die dann in die Lötaugen der Reihe 22 ragen. Fig. 8 shows a section of the arrangement of solder eyes in the region of the pins of the connector 3rd The conductor 24 , which connects the pads of the middle row 22 to the ground terminal 25 , is mounted on the circuit board above and therefore never shown as a solid Li. The conductor tracks 19 , which run ver from the pads of the row 21 , ie ver from the front end row in the direction of the other end of the circuit board, lie in a different plane of the multi-layer plate and are therefore shown in broken lines. Since the top of the circuit board pads 21 to 23 are not covered with insulating varnish or are free of insulation and the dashed lines in the interior of the multi-layer board are each covered by an insulating layer, it is possible to the pads of the Run row 21 leading conductor tracks between pins of the pin header without a spark gap being effective at this point. The Lei terbahnen 19 a are connected to the pads of the row 23 . In the solder eyes of the rows 21 and 23 project to the pins 13 of the connector 3rd In a departure from the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the plug connector can have a further row of connecting pins, which then protrude into the solder eyes of the row 22 .

Entsprechend dem Aufbau des verwendeten Steckverbinders, der zwei Reihen von Anschlußstiften hat, sind zwei Rei hen 21 und 23 von Lötaugen für Anschlußstifte vorgesehen. Die schwarz dargestellten Lötaugen der mittleren Reihe 22 sind mittels einer an Masse liegenden Leiterbahn mit einander verbunden. Zwischen den Reihen 21 und 22 von Lötaugen befindet sich eine Reihe von Funkenstrecken 6. Eine weitere Reihe von Funkenstrecken 6 liegt zwischen den Reihen 22 und 23 von Lötaugen.According to the structure of the connector used, which has two rows of pins, two rows hen 21 and 23 of pads for pins are provided. The black pads of the middle row 22 are connected to one another by means of a conductor track connected to ground. A row of spark gaps 6 is located between rows 21 and 22 of soldering eyes. Another row of spark gaps 6 is between rows 22 and 23 of pads.

Fig. 9 zeigt von der in Fig. 5 dargestellten Leiterplat tenbaugruppe einen Schnitt IX-IX in vergrößerter Dar stellung. Fig. 9 shows from the printed circuit board assembly shown in Fig. 5 a section IX-IX in an enlarged Dar position.

Fig. 10 zeigt von der in Fig. 5 dargestellten Leiterplat tenbaugruppe einen Schnitt XX in vergrößerter Darstel lung. Fig. 10 shows a section XX of the printed circuit board assembly shown in Fig. 5 in an enlarged representation.

Bei dem in Fig. 11 gezeigten Beispiel hat die Stiftlei ste eine Anzahl von 64 Stiften für Signaleingänge und eine Zahl von 32 zugeordneten an Masse liegenden Stiften. Jeder Stift führt von der Stiftleiste zu einem Lötauge.In the example shown in FIG. 11, the pin header has a number of 64 pins for signal inputs and a number of 32 pins connected to ground. Each pin leads from the pin header to a pad.

Die andere Elektrode führt gegenüber dem Bezugspotential eine Signalspannung. Die gegen das Bezugspotential bzw. Masse Signalspannung führenden Elektroden sind ebenfalls Lötaugen. Die Lötaugen sind entsprechend der Anordnung der Anschlußstifte einer in der Figur nicht dargestell ten Vielfach-Stiftleiste in drei Reihen angeordnet. Die Lötaugen der mittleren Reihe 22 sind über die Vielfach- Stiftleiste mit Masse verbunden. Die Lötaugen der beiden äußeren Reihen 24 und 25 führen im Betriebszustand der Leiterplattenbaugruppe jeweils eine Signalspannung.The other electrode carries a signal voltage with respect to the reference potential. The electrodes leading to the reference potential or ground signal voltage are also pads. The pads are arranged in three rows according to the arrangement of the pins of a multiple pin header, not shown in the figure. The pads of the middle row 22 are connected to ground via the multiple pin header. The solder eyes of the two outer rows 24 and 25 each carry a signal voltage in the operating state of the printed circuit board assembly.

Bei dieser Anordnung gehören die Lötaugen der mittleren Reihe 22 jeweils zwei Funkenstrecken an.In this arrangement, the pads of the middle row 22 each belong to two spark gaps.

Die in Fig. 12 gezeigte Anordnung von Lötaugen unter scheidet sich von der nach Fig. 11 dadurch, daß die schwarz dargestellten Masse-Lötaugen der mittleren Rei he 22 a durch eine einzige breite Masse-Leiterbahn 22 a miteinander verbunden sind. Eine erste Reihe von Funken strecken 6 befindet sich zwischen der Reihe 21 a und der Leiterbahn 22 a, eine zweite Reihe von Funkenstrecken 6 zwischen der Leiterbahn 22 a und der Reihe 23 a von Löt augen.The arrangement shown in Fig. 12 of lands differs from that of FIG. 11 in that the mass pads shown in black height of the middle Rei 22 a by a single wide ground conductor 22 a connected to each other are. A first row of sparks 6 is between the row 21 a and the conductor 22 a , a second row of spark gaps 6 between the conductor 22 a and the row 23 a of solder eyes.

Zweckmäßig ist es, neben einer geschützten Leitung keine ungeschützten Leitungen vorzusehen. Insbesondere ist zu vermeiden, daß von außen kommende oder nach außen führen de Leitungen neben Leitungen verlaufen, die innerhalb der Plattenbaugruppe liegen und mit Eingängen von CMOS- Schaltkreisen oder Mikroprozessoren in Verbindung ste hen. Zumindest ist ein so großer Abstand einzuhalten und/oder eine derartige Isolierung vorzusehen, daß Über schläge nur an den dafür vorgesehenen Stellen möglich sind.It is advisable not to have a protected line provide unprotected lines. In particular is too avoid coming from outside or leading outside de Lines run next to lines that are within the Board assembly and with inputs from CMOS Circuits or microprocessors in connection hen. At least such a large distance must be kept and / or provide such insulation that over only possible in the designated places are.

Claims

1. Printed circuit board assembly with at least one on a circuit board ( 1 ) arranged circuit ( 2 ) which has at least one with a protective circuit for protection against overvoltages input and / or output, characterized in that an input or output upstream each additional Protection circuit contains at least one spark gap ( 6 ), the electrodes ( 5 , 7 ) of which are formed by two mutually adjacent conductor pieces of the circuit board ( 1 ) and that in at least one of the electrical connections between the electrodes ( 5 , 7 ) Spark gap ( 6 ) and the input of the circuit ( 2 ), a resistor ( 4 ) is arranged, which is dimensioned with regard to its geometric dimensions such that it has a larger breakdown voltage than the spark gap ( 6 ).

2. Printed circuit board assembly according to claim 1, characterized in that of the electrodes ( 5 , 7 ) at least one electrode carrying a signal voltage is formed by a pad.

3. Printed circuit board assembly according to claim 2, characterized in that in the event that with several spark gaps of the electrodes ( 5 , 7 ) one is at a reference potential and the other leads to a signal voltage relative to the reference potential, the signal voltage leading to the reference potential Si Electrode through a pad and the other through a connected to the reference potential ne conductor track ( 22 a) are gebil det as a common counter electrode.

4. Printed circuit board assembly according to claim 2, characterized in that a connecting piece of a connector ( 3 ) is used in the soldering eye serving as an electrode.

5. Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 4, characterized in that the printed circuit board ( 1 ) is ausgebil det as a multilayer board, and that the spark gap or the sparks stretch each arranged on one of the two outer levels ( 27 , 28 ) of the printed circuit board are.

6. Printed circuit board assembly according to claim 5, characterized in that between two rows ( 21 , 23 ) of pads, into which connectors connected to the signal inputs of the plug connector ( 3 ) are inserted, a row ( 22 ) each of which leads to a reference potential input is arranged.

7. Printed circuit board assembly according to claim 5, characterized in that between two rows ( 21 a , 23 a ) of pads into which connectors connected to the signal inputs of the plug connector ( 3 ) are inserted, a conductor track ( 2 a) guided to a common reference potential input. is arranged.

8. Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 7, characterized in that the distance between the electrodes ( 5 , 7 ) be measured such that there is a breakdown voltage in the range of about 1 kV to 4 kV.

9. Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 8, characterized in that the resistance value of the resistor ( 4 ) is be measured such that the load on the circuit input current at the upper limit of the tolerance range of the breakdown voltage of the spark gap ( 6 ) is still below the permissible maximum current.

10. Printed circuit board assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the series resistor ( 4 ) on the printed circuit board ( 1 ) is arranged lying.