DE3922238C3 - Ausführung und Anordnung von elektronischen Baugruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausführung und Anordnung von elektronischen Baugruppen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 39 92 686 ist eine derartige Verbindungsleiterplatte bekannt, die eine Mehrzahl von gedruckten mit Bauteilen bestückten Leiterplatten trägt. Diese Verbindungsleiter­ platte ist eine Mehrschicht-Leiterplatte und enthält Übertragungsleitungen, die als Leiterbahnen ausgeführt und mit charakteristischen Impedanzen abgeschlossen sind. Außerdem sind bei dieser Mehrschicht-Verbindungs-Leiter­ platte Stromversorgungsschichten vorgesehen. Damit werden auf der Verbindungs-Leiterplatte optimale Übertragungsbe­ dingungen erreicht. Es ist jedoch in dieser US-PS nichts darüber beschrieben, auf welche Weise der Einfluß von durch Baugruppen verursachten Störungen vermieden werden kann. Außerdem sind Mehrschicht-Leiterplatten (Multilayer) relativ teuer.

Aus der DE-PS 23 35 408 ist eine Schaltungsanordnung zur Realisierung einer Oderfunktion bei der Übertragung schneller digitaler Signale über lange Leitungen be­ kannt. Eine dazu benutzte Sammelleitung besteht aus einer erdsymetrisch abgeschlossenen zweiadrigen Leitung, welche mit Potentialen unterschiedlicher Polarität be­ schaltet ist. Eine derartige Anordnung ist auch im TTL-Kochbuch beschrieben, welches von der Firma Texas Intruments herausgegeben wurde und 1972 erschienen ist. Dort wird ab Seite 267 unter dem Begriff Übertragungs­ systeme mit Differenzsignalen ein sogenannter Party-Line- Betrieb beschrieben. Für eine derartige Übertragung ist eine spezielle Serie von integrierten Leitungstreibern und -empfängern entwickelt worden, welche auf eine zweiadrige Leitung arbeiten, die mit ihrem Wellenwider­ stand abgeschlossen ist. Hierbei sind zwar nicht unbe­ dingt Spannungen unterschiedlicher Polarität erforder­ lich, jedoch sind für jede einzelne Sammelleitung zwei Adern erforderlich, so daß an jeder Sende- und Empfangs­ stelle ein entsprechender Aufwand an Steckkontakten er­ forderlich ist.

Auf der Seite 266 im TTL-Kochbuch ist ein Blockschaltbild des sogenannten Party-Line-Betriebs dargestellt, wobei eine einadrige Leitungsführung angedeutet ist. Um einen möglichst hohen Störabstand zu erreichen, wird vorgeschlagen, (siehe Bild 12.24 auf Seite 67) an die Eingänge der Emp­ fangsverstärker Referenzspannungen anzulegen. Außerdem wird empfohlen, als Kabel verdrillte Leitungen zu verwenden. Eine derartige verdrillte Leitung besteht jedoch auch wieder­ um aus zwei Adern, so daß auch bei einer derartigen Aus­ führungsform zusätzliche Kontaktmittel vorzusehen sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung und Ausführung von elektronischen Baugruppen anzugeben, womit eine Informationsübertragung mit hoher Geschwindig­ keit auf jeweils nur einer Leitung möglich ist, wobei Störungseinflüsse weitgehend unterdrückt werden. Dabei sollen die elektrischen und mechanischen Gegebenheiten so einheitlich sein, daß sich unabhängig von der An­ zahl der in Betrieb befindlichen Baugruppen immer gleichartige Verhältnisse ergeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Merkmalskombination vorgesehen, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß ein aus nur jeweils einer Bus-Sammelleitung bestehendes Parallel-Bus-System optimal von den übrigen Logik­ einheiten, welche sich auf den Baugruppen einer elektronischen Anordnung befinden, optimal entkop­ pelt ist. Durch die einheitliche Anordnung der Sende- und Empfangsschaltungen auf den einzelnen Baugruppen wird erreicht, daß sowohl bei der Minimalbestückung als auch bei der Maximalbestückung und bei allen dazwischen liegenden Variationen immer definierte elektrische Verhältnisse vorliegen. Eine Be­ einflussung des Parallel-Bus-Systems durch von den Logikbereichen ausgehende Störspannungen ist durch die vielfältigen Entkopplungsmaßnahmen nahezu ausgeschlossen. Durch die einadrige Führung der jeweiligen Bus-Sammel­ leitungen ist nur ein Minimum an Steckkontakten erforder­ lich, um die einzelnen Baugruppen miteinander zu verbinden.

In den Unteransprüchen sind Weiterbildungen der Erfindung angegeben, womit für das Gesamtsystem zusätzliche Ver­ besserungen erreicht werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Anordnung von Baugruppen auf einer Verbindungsleiterplatte,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für den Sende- und Empfangsbetrieb bei einer Bus-Sam­ melleitung,

Fig. 3 die Anordnung der Stromzuführungen.

In der Figur ist dargestellt, wie Baugruppen BG steckbar auf einer Verbindungsleiterplatte VLP angeordnet sind. Auf der Verbindungsleiterplatte VLP sind unter anderem Bus-Sammelleitungen BSL und Stromzuführungen als Leiter­ bahnen angeordnet. Die Bus-Sammelleitungen BSL sind aus­ schließlich im oberen Teil der Verbindungsleiterplatte VLP angeordnet, wo sich auch die für das Parallel-Bus- System zuständigen Stromzuführungen +UB, OV-B befinden. Die Bus-Sammelleitungen BSL sind beidseitig mit Wider­ ständen R abgeschlossen, die jeweils dem Wellenwider­ stand einer einzelnen Bus-Sammelleitung BSL entsprechen. Bei der Berechnung dieser Widerstände R wird von einem Mittelwert ausgegangen, der sich bei einer mittleren Bestückung mit Baugruppen BG ergibt.

Jede einzelne Baugruppe BG ist über Stecker St mit der Verbindungsleiterplatte VLP elektrisch steckbar ver­ bunden. Für das Parallel-Bus-System ist ein besonderer Bereich BB auf den Baugruppen BG vorgesehen, der räum­ lich und elektrisch von den übrigen Bereichen, dem Logikbereich LB und dem Anschlußbereich AB, getrennt ist. Ausschließlich im sogenannten Bus-Bereich BB be­ finden sich die Sende- und Empfangsschaltungen SE, wel­ che über einen besonderen Bereich von Steckkontakten Zugang zu den Bus- Sammelleitungen BSL und zu den für das Parallel-Bus-System zuständigen Stromzuführungen haben. Die Sende- und Empfangsleitungen sind durch Konstantstromquellen KQ von dem jeweiligen Logikbereich LB getrennt. Hierdurch ergibt sich eine hochfrequenz­ mäßige Entkopplung, so daß eine gegenseitige Übertragung von hochfrequenten Störsignalen zwischen den Busbereichen BB und den Logikbereichen LB ausgeschlossen ist.

Die Bus-Bereiche BB sind auf jeder Baugruppe BG gleich­ artig ausgeführt, so daß das Layout für die Leiter­ bahnführungen in der geometrischen Anordnung völlig gleichartig ist. Damit wird erreicht, daß jede ein­ zelne Baugruppe BG gegenüber dem Parallel-Bus-System einen gleichartigen definierten elektrischen Wert dar­ stellt, welcher beim Einstecken einer Baugruppe BG auf das Parallel-Bus-System wirkt.

Da die Logikbereiche LB und die Anschlußbereiche AB geometrisch und elektrisch voneinander und auch vom Bus-Bereich BB getrennt sind, können diese in un­ terschiedlicher Ausführung entsprechend den auszuführenden Funktionen gestaltet werden. Die Stromzuführungen +UL, OV-L für den Logikbereich LB und für den Anschlußbe­ reich AB sind getrennt vom Parallel-Bus-System auf dem unteren Teil der Verbindungsleiterplatte VLP unter­ gebracht. Durch diese räumliche Trennung wird zusätzlich erreicht, daß keine Übertragung hochfrequenter Störungen stattfinden kann.

In der Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, wie sie für eine Bus-Sammelleitung BSL vorgesehen ist. Die von der Verbindungsleiterplatte VLP kommende Bus- Sammelleitung BSL ist mit dem Eingang eines als Differenz­ verstärker ausgebildeten Bus-Empfängers BE und mit dem Ausgang einer Konstantstromquelle KQ verbunden. Der andere Eingang des Bus-Empfängers BE ist mit einer Referenzspannungsquelle UR1 verbunden. Mit den je­ weils empfangenen Signalen steuert der Bus-Empfänger BE zwei als Differenzstromquellen DQ1 ausgebildete Konstantstromquellen KQ, so daß der daran angeschlossene, im Logikbereich LB befindliche Logiksender LS das Signal empfangen kann. Dieses Signal wird dann in einem der angewandten Logikfamilie entsprechenden Logikpegel auf dem Logikeingang/-ausgang LE/LA ausgegeben. In umge­ kehrter Richtung gelangt ein über den Logikeingang/-aus­ gang LE/LA eintreffende Signal auf den Logikempfänger LE. Dieser Logikempfänger LE wird durch einen ent­ sprechenden Logikpegel ausgesteuert, welcher an der Empfangs-/Sendeleitung E/S anliegt, wenn ein Signal vom Logikbereich LB auf eine Bus-Sammelleitung BSL gelangen soll. Der Logikempfänger LE ist dann emp­ fangsbereit. Am zweiten Eingang des Logikempfängers LE ist eine Referenzspannungsquelle UR2 angeschlossen, so daß seine Empfangsschwelle eingestellt werden kann. Mit dem vom Logikempfänger LE empfangenen Signal wird eine weitere Differenzstromquelle DQ2 angesteuert, so daß ein Bus-Sender BS ansprechen kann. Dem jeweiligen Signal entsprechend wird die an der Bus-Sammelleitung BSL angeschlossene Konstantstromquelle KQ1 angesteuert, so daß auf der Bus-Sammelleitung BSL das zu sendende Signal erscheint. Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Stromzuführungen der verschiedenen Bereiche, Bus-Bereich BB und Logikbereich LB nur über Konstantstrom­ quellen KQ miteinander verbunden sind. Durch deren Aus­ bildung als Differenzstromquellen DQ1 und DQ2 entstehen jeweils Stromkreise, deren Stromstärke sich bei einem Wechsel des Logikpegels beim Senden und Empfangen nicht ändert. In der Fig. 3 ist schematisch dargestellt, wie getrennte Stromversorgungs-Zuführungen für den Bus-Bereich BB und den Logikbereich LB vorhanden sind. Wenn für die beiden Bereiche BB und LB unterschiedliche Spannungen be­ nötigt werden, so sind getrennte Stromversorgungen SVB für den Bus-Bereich BB und SVL für den Logikbereich LB erforderlich. Getrennte Stromversorgungen können jedoch auch dann benutzt werden, wenn gleiche Spannungen ver­ wendet werden. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, eine für beide Bereiche BB und LB gemeinsame Stromver­ sorgungseinrichtung SVG vorzusehen. Die Stromzuführung sollte jedoch dann weitgehend über getrennte Leitungen erfolgen, welche in der Zeichnung gestrichelt dargestellt sind. In die Leitung, die das von Null-Volt abweichende Potential führt, ist zur Entkopplung ein Hochfrequenz­ filter HFF eingefügt. Die das gemeinsame Null-Volt- Potential OV-B, OV-L führenden Leiterbahnen sind auf der Verbindungsleiterplatte VLP an einer vorbestimmten Stelle P miteinander verbunden. Die Stromversorgung SVB für den Bus-Bereich BB kann auch durch einen Gleichstrom­ wandler realisiert werden, welcher die für das Parallel- Bus-System erforderliche Spannung aus der für den Logik­ bereich LB zur Verfügung stehenden Spannung herstellt. Der Ausgang dieses Geichspannungs-Wandlers ist dann galvanisch getrennt von seinem Eingang.

Außerdem ist in Fig. 3 angedeutet, auf welche Weise über jeweils getrennte Kontakte der Stecker ST die Stromzuführung für den Bus-Bereich BB und den Logikbereich LB auf jeder einzelnen Baugruppe BG er­ folgt. Die gemeinsamen Leiterbahnen für die Stromver­ sorgung sind auf der Verbindungsleiterplatte VLP groß­ flächig ausgeführt. Deshalb ist in Fig. 1 angedeutet, daß die Verbindungsleiterplatte VPL mehrere Lagen aufweist.

Claims (10)

1. Ausführung und Anordnung von elektronischen Baugruppen, die über ein aus einadrigen Bus-Sammelleitungen bestehendes Parallel-Bus-System miteinander verbunden sind und darüber Informationen untereinander austauschen, wofür auf jeder Baugruppe Sende- und Empfangsschaltungen vorgesehen sind, die jeweils an eine der Bus-Sammelleitungen angeschlossen sind und mit hoher Geschwindigkeit Daten senden und empfangen können, wobei diese Bus-Sammelleitungen über eine die Baugruppen untereinander verbindende, mit Steckern bestückte Verbindungsleiterplatte als gedruckte Leiterbahnen geführt sind, wo sie mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bus- Sammelleitungen (BSL) des Parallel-Bus-Systems innerhalb eines nur für die Bus-Sammelleitungen vorgesehenen Bereiches auf der Verbindungsleiterplatte (VLP) zusammen mit nur dafür vorgesehenen Stromzuführungen (+UB, OV-B) angeordnet sind,
daß auf den einzelnen Baugruppen (BG) besondere Bus-Bereiche (BB) mit gleichartigen Layouts ausschließlich für das Bestücken von Sende- und Empfangsschaltungen (SE) vorgesehen sind, welche jeweils von den übrigen, einen Logikbereich aufweisenden Bereichen (LB, AB) auf den Baugruppen (BG) räumlich getrennt sind und eigene elektrisch getrennte Stromzuführungen aufweisen,
daß innerhalb der Sende- und Empfangsschaltungen (SE) Konstantstromquellen (KQ) angeordnet sind, durch welche die Sende- und Empfangsleitungen der Sende- und Empfangsschaltungen von den übrigen Bereichen getrennt sind und welche jeweils eine Hochfrequenz-Entkopplung zwischen dem Busbereich (BB) und dem Logikbereich (LB) einer Baugruppe (BG) bewirken, und
daß die für ein gemeinsames Null-Potential vorgesehenen Stromzuführungen (OV-B, OV-L) nur an einem vorbestimmten Punkt (P) auf der Verbindungsleiterplatte (VPL) miteinander verbunden sind.

2. Ausführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Parallel-Bus-System eine eigene Stromver­ sorgung (SVB) vorgesehen ist.

3. Ausführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Parallel-Bus-System vorgesehene Strom­ versorgung (SVB) aus einem Gleichstromwandler besteht, welcher von einer vorgeordneten Stromversorgungsein­ richtung entkoppelt ist.

4. Ausführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Stromversorgung (SVG) vorgesehen ist, wobei dann ein Hochfrequenz-Sperrfilter (HFF) zwischen die Stromzuführungen (SVG+, +UB) geschaltet ist.

5. Ausführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Entkopplung dienenden, in den Sende- und Empfangsschaltungen (SE) befindlichen Konstantstrom­ quellen (KQ) als Differenzstromquellen (DQ) ausge­ führt sind, wobei der Stromfluß unabhängig vom Signal­ pegel konstant bleibt.

6. Ausführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Sende- und Empfangsschaltungen (SE) die Flankensteilheit der auf das Parallel-Bus-System zu sendenden Daten- oder Taktimpulse individuell einstell­ bar ist, und daß unabhängig davon auch die Ansprech­ schwelle der Empfänger (BE, LE) eingestellt werden kann.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen für das Parallel-Bus-System in einem optimalen Abstand zueinander auf der Verbindungs­ leiterplatte (VLP) angeordnet sind, und daß sich da­ zwischen Schirmleiterbahnen befinden.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiterplatte (VLP) aus mehreren Schichten besteht, wobei die Stromzuführungen (+UB, UV-B, +UL, OV-L) großflächig ausgeführt sind.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sende- und Empfangsschaltungen (SE) in einem integrierten Schaltkreis zusammengefaßt sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Dimensionierung der Abschlußwiderstände (R) ein Mittelwert gebildet wird, der sich aus den elektrischen Werten bei minimaler und maximaler Be­ stückung mit Baugruppen (BG) ergibt.