DE3908902A1 - Vorrichtung zur unterdrueckung von leitungsgefuehrten stoersignalen bei einem elektronik-modul - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Unter­ drückung von leitungsgeführten Störsignalen bei einem Elektronik-Modul mit herausgeführten Anschlußstiften, bestehend aus einer außerhalb des Elektronik-Moduls befindlichen Filterschaltung.

Es ist bekannt, hochfrequente Störanteile aus einer zeitab­ hängigen Spannung durch eine Filterschaltung herauszufiltern. Auf Seite 9 der 7. Auflage des Buches "Halbleiter-Schaltungs­ technik" von U. Tietze und Ch. Schenk aus dem Jahre 1985 ist in Abbildung 2.1 die einfachste Form eines Tiefpasses dargestellt. Ein Siebkondensator C ist zwischen einen eine Signalspannung führenden Anschluß und den Massepol eingefügt. Durch diese Beschaltung werden höherfrequente Anteile einer Störspannung stärker gedämpft als niederfrequente Anteile. Solche Sieb­ kondensatoren werden im allgemeinen als diskrete Bauteile auf den Leitungsplatinen angebracht, auf denen sich auch die Schaltungen befinden, die die Signalspannungen produzieren. Wenn bei einer solchen Anordnung die Zuleitungen zu dem Siebkondensator zu lang sind, weisen sie eine nennenswerte Induktivität auf. Diese Induktivität bildet mit dem Sieb­ kondensator zusammen einen Schwingkreis, der ein anderes Dämpfungsverhalten aufweist, als der Siebkondensator für sich. Auch bei komplizierteren Filterschaltungen tritt eine Änderung der Filtereigenschaften durch das Anbringen von längeren Zuleitungen auf, insbesondere dann, wenn die Leitungsinduk­ tivität nicht reproduzierbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Unterdrückung von leitungsgeführten Störsig­ nalen bei einem Elektronik-Modul mit herausgeführten Anschluß­ stiften zu schaffen, die über Zuleitungen mit möglichst geringer Induktivität verfügt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filterschaltung realisiert ist als eine Leiterplatine, bestehend aus mehreren gegeneinander isolierten, leitenden Schichten, wobei die Leiterplatine Bohrungen zur Durchführung und Kontaktierung von Anschlußstiften des Elektronik-Moduls aufweist und wobei durch die Gestaltung von Leiterbahnen und -flächen auf der Leiterplatine Induktivitäten und Kapazitäten realisiert sind, die die Filterschaltung bilden.

Die beschriebene Leiterplatine kann direkt an derjenigen Außen­ fläche des Elektronik-Moduls angebracht werden, an der die Anschlußstifte herausgeführt sind. Die Leiterplatine liegt dann zwischen dem Elektronik-Modul und einer Grundplatine, in die das Elektronik-Modul eingelötet ist. Die einzelnen Anschluß­ stifte des Elektronik-Moduls können durch die Bohrungen in der Leiterplatine hindurchgeführt werden, ohne daß sie mit den leitenden Schichten der Leiterplatine leitend verbunden sind. Diejenigen Anschlußstifte, mit denen die Filterschaltung ver­ bunden werden soll, werden mit der Leiterplatine verlötet, mit einem leitenden Kleber verklebt, oder durch eine Schneid­ klemmverbindung verbunden. Die leitenden Schichten der Leiter­ platine werden so strukturiert, daß bestimmte Leiterbahnen und Leiterflächen übrig bleiben. Durch die Leiterbahnen und Leiterflächen auf der Leiterplatine können Kapazitäten, Induktivitäten und ohmsche Widerstände realisiert werden. Aus diesen Elementen können Filterschaltungen zum Ausfiltern von Störsignalen aufgebaut werden. Es sind im Normalfall die Signaleingänge und -ausgänge sowie die Betriebsspannungs­ versorgung des Elektronik-Moduls mit der Filterschaltung zu verbinden. Die entsprechenden Anschlußstifte müssen also jeweils mit einer leitenden Schicht der Leiterplatine elek­ trisch leitend verbunden werden. Die vorgeschlagene Ver­ wirklichung einer Filterschaltung in einer Leiterplatine er­ möglicht es, das Elektronik-Modul wahlweise mit oder ohne die Filterschaltung in eine Grundplatine einzubauen oder sogar das Elektronik-Modul mit einer Filterschaltung nachzurüsten. Zu diesem Zweck muß das Elektronik-Modul aus der Grundplatine ausgelötet werden und es müssen die Anschlußstifte des Elektronik-Moduls durch die Bohrungen der Leiterplatine hindurchgeführt und wieder in der Grundplatine verlötet werden. Die Filterschaltung ist auf diese Weise auch sehr platzsparend untergebracht.

Die Erfindung kann dadurch ausgestaltet werden, daß die Leiter­ platine aus einer mehrlagigen, metallbeschichteten Keramik be­ steht.

Bei einer solchen metallbeschichteten Keramik läßt sich die Schichtdicke der einzelnen leitenden bzw. isolierenden Schichten sehr genau einhalten, so daß Kapazitäten mit hoher Präzision realisiert werden können. Insbesondere mit Keramiken, die eine Dielektrizitätskonstante aufweisen, die sehr viel größer als 1 ist, lassen sich große Kapazitätswerte realisieren.

Weiterhin kann die Erfindung dadurch ausgestaltet werden, daß die Leiterplatine aus einer beidseitig metallbeschichteten Epoxidharzplatte besteht.

Die Verwendung einer handelsüblichen, beidseitig metallbeschich­ teten Epoxidharzplatte hat den Vorteil, daß solche Platten sehr leicht zu beschaffen und sehr kostengünstig sind. Die Platten lassen sich, insbesondere bei einer Beschichtung mit Kupfer, sehr einfach mit gängigen Ätzverfahren bearbeiten. Solche Epoxidharzplatten sind mechanisch sehr belastbar.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Leiterplatine aus einem Halbleitermaterial besteht, in welches Leiterflächen und Leiterbahnen durch entsprechende Dotierung eingebracht worden sind.

Innerhalb einer Leiterplatine aus einem Halbleitermaterial können durch die Dotierung auf sehr engem Raum sehr komplizierte Strukturen von Leiterbahnen und Leiterflächen realisiert werden. Die Schichtdicken der leitenden und der isolierenden Schichten können sehr klein gehalten werden, so daß beispielsweise große Kapazitäten zwischen leitenden Schichten verwirklicht werden können. In der Leiterplatine können durch entsprechende Dotierung auch Sperrschichtkapa­ zitäten realisiert werden.

Weiterhin kann die Erfindung dadurch ausgestaltet werden, daß wenigstens eine der Schichten der Leiterplatine aus einem Material besteht, dessen relative magnetische Permeabilität größer als 1 ist.

Die Herstellung wenigstens einer der Schichten der Leiterplatine aus einem Material mit einer großen relativen magnetischen Permeabilität hat den Vorteil, daß auch höhere Induktivitäten durch spiralförmig angeordnete Leiterbahnen auf der Platine leicht zu verwirklichen sind.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß Induktivitäten auf der Leiterplatine durch spiralförmig gewundene Leiterbahnen realisiert sind.

Durch Anpassung der Größe der Spirale kann eine Induktivität in gewünschter Höhe erzeugt werden.

Die Kapazitäten sind auf der Leiterplatine in der einfachsten Form eines Flächenkondensators verwirklicht. Die Kapazität hängt von der Größe der Leiterflächen und von dem Abstand zwischen ihnen ab. Wenn die Leiterplatine mehr als zwei leitende Schichten aufweist, kann der Abstand zwischen den Leiterflächen, die die Kondensatorplatten bilden, unter­ schiedlich gewählt werden. Wenn mehr als zwei leitende Flächen deckungsgleich übereinanderliegen, läßt sich auf diese Weise auch eine Serienschaltung von Kondensatoren verwirklichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 Das Elektronik-Modul und die Leiterplatine in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die Leiterplatine mit den durchgesteckten Anschluß­ stiften des Elektronik-Moduls in einer Draufsicht,

Fig. 3 die Leiterplatine in einer Seitenansicht,

Fig. 4 eine typische Filterschaltung in einem schematischen Schaltplan.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht die Leiterplatine 1 und darüber das Elektronikmodul 7 mit den Anschlußstiften 10, 11, 12, 13, 14, 15. Die Anschlußstifte werden durch die Bohrungen 5 der Leiterplatine 1 gesteckt. Sie ragen auf der anderen Seite aus der Leiterplatine 1 hervor und werden in einer nicht dargestellten Grundplatine verlötet. Es sind in der Figur nicht alle aus dem Elektronik-Modul herausgeführten Anschlußstifte dargestellt. Einige der dargestellten Anschlußstifte werden mit der Leiterplatine 1 verlötet.

Fig. 2 zeigt die Leiterplatine 1 in einer Draufsicht. Die Leiterplatine 1 besteht aus drei Schichten von denen eine - die mittlere - isolierend ist. Die isolierende Schicht besteht aus einer Epoxidharzplatte. Die beiden leitenden Schichten sind zu beiden Seiten der Epoxidharzplatte in Form von Kupferschichten aufgebracht. Aus der Kupferschicht 4 sind durch Ätzen eine Leiterbahn 8 und Leiterflächen 6, 9 herausgearbeitet. Die Leiter­ fläche 9 ist über eine Leiterbahn und ein Lötauge mit dem Anschlußstift 10 durch Lötung leitend verbunden. Aus der anderen Kupferschicht 2 ist genau deckungsgleich zur Leiter­ fläche 9 und ihr gegenüberliegend eine weitere Leiterfläche herausgearbeitet, die leitend mit dem Anschlußstift 13 ver­ bunden ist. Dadurch ist zwischen den Anschlußstiften 10 und 13 ein Plattenkondensator realisiert. Die Leiterfläche 6 ist mit dem Anschlußstift 12 des Elektronik-Moduls leitend verbunden. Sie bildet mit einer weiteren Leiterfläche, die ihr in der anderen Kupferschicht 2 deckungsgleich gegenüberliegt und mit dem Anschlußstift 15 leitend verbunden ist, einen Plattenkondensator. Die Leiterbahn 8 ist auf der einen Seite mit dem Anschlußstift 11 leitend verbunden. Auf der anderen Seite verläuft sie in einer Spirale um die Bohrung 5, durch die der Anschlußstift 14 ragt und ist mit diesem Anschlußstift leitend verbunden. Durch die spiralförmige Ausgestaltung der Leiterbahn 8 weist diese eine erhöhte Leitungsinduktivität auf. Zwischen den Anschlußstiften 11 und 14 ist somit im wesentlichen ein induktiver Widerstand realisiert.

Der Anschlußstift 11 ist intern im Elektronik-Modul nicht belegt. Er wird auf der Grundplatine mit dem Anschluß für die Betriebsspannung des Elektronik-Moduls verbunden. Die Anschluß­ stifte 13 und 14 sind über eine Leiterbahn auf der Leiter­ platine verbunden. Über den Anschlußstift 13 wird die Betriebs­ spannung dem Elektronik-Modul zugeführt. Die Anschlußstifte 10, 15 sind mit dem Massepol des Elektronik-Moduls leitend verbunden. Die auf der Leiterplatine realisierte Schaltung ist in der Fig. 4 schematisch wiedergegeben.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Leiterplatine 1 mit den leitenden Metallschichten 2 und 4 und der isolierenden Epoxid­ harzschicht 3.

Fig. 4 zeigt schematisch einen typrischen Schaltplan für eine Schaltung, wie sie auf der Leiterplatine 1 realisiert ist. Auf der rechten Seite der Schaltung liegt zwischen dem Punkt 11 und dem Massenpol 15 die Betriebsspannung u _B , die auf der Grund­ platine zur Verfügung steht. Der Punkt 11 ist über den induktiven Widerstand 18 mit dem Punkt 14 verbunden, der seinerseits mit dem Punkt 13 leitend verbunden ist. Zwischen dem Punkt 13 und dem Punkt 10, der mit der elektrischen Masse leitend verbunden ist, liegt die Spannung u an, die dem Elektronik-Modul 7 als Betriebsspannung zugeführt wird. Zwischen den Punkten 13 und 10 liegt der Kondensator 19, dessen eine Kondensatorplatte die Leiterfläche 9 bildet. Durch die beschriebene Schaltung ist ein Tiefpaß realisiert, der hochfrequente Störanteile aus der Betriebsspannung heraus­ filtert. Der induktive Widerstand 18 bildet zusammen mit dem Kondensator 19 in der vorliegenden Filterschaltung ein Tiefpaßfilter.

Der Anschlußstift 12 des Elektronik-Moduls führt eine Ausgangs- Signalspannung. Der Anschlußpunkt 12 des dargestellten Schalt­ planes ist über den zweiten Kondensator 16 mit dem Massepol der Schaltung verbunden. Eine Kondensatorplatte des Kondensators 16 besteht aus der Leiterfläche 6. Durch diesen zweiten Konden­ sator 16 werden hochfrequente Störanteile der Ausgangssignale weggeführt. Durch die Wahl der Kapazität des zweiten Konden­ sators 16, also indirekt durch die Größe der Leiterfläche 6, kann die Grenzfrequenz bestimmt werden, die die Filterschaltung noch durchläßt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Unterdrückung von leitungsgeführten Stör­ signalen bei einem Elektronik-Modul mit herausgeführten An­ schlußstiften, bestehend aus einer außerhalb des Elektronik- Moduls befindlichen Filterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung realisiert ist als eine Leiterplatine (1), bestehend aus mehreren gegeneinander isolierten, leitenden Schichten (2, 3, 4), wobei die Leiterplatine (1) Bohrungen (5) zur Durchführung und Kontaktierung von Anschlußstiften (10, 11, 12, 13, 14, 15) des Elektronik-Moduls (7) aufweist und wobei durch die Gestaltung von Leiterbahnen (8) und Leiterflächen (9, 6) auf der Leiterplatine (1) Induktivitäten (18) und Kapazitäten (16, 19) realisiert sind, die die Filterschaltung bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatine (1) aus einer mehrlagigen, metallbeschichteten Keramik besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatine (1) aus einer beidseitig metallbeschichteten Epoxidharzplatte (3) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatine (1) aus einem Halbleitermaterial besteht, in welches Leiterflächen und Leiterbahnen durch entsprechende Dotierung eingebracht worden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schichten (2, 3, 4) der Leiterplatine (1) aus einem Material besteht, dessen relative magnetische Permeabilität größer als 1 ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Induktivitäten auf der Leiterplatine (1) durch spiralförmig gewundene Leiterbahnen (8) realisiert sind.