DE4232268A1 - Oberflächenmontierbarer Baustein, insbesondere für Koppelelemente und hohe Datenraten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen oberflächenmontierbaren Bau­ stein entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Oberflächenmontierbare Bausteine, die auch als SMD (Surface Mounted Devices)-Bausteine bezeichnet werden, dienen in zunehmenden Maße auch für die Verarbeitung digitaler Si­ gnale mit Bitraten von wenigstens einigen hundert Mbit/s. Bei diesen hohen Datenraten ist eine möglichst kurze Lei­ terbahnführung auf den für die Aufnahme der Bausteine vor­ gesehenen Leiterplatten notwendig. Dabei können Probleme dadurch entstehen, daß ab einer bestimmten Komplexität der Schaltung bzw. einer entsprechenden Anzahl der Anschlüsse die gewünschte kreuzungsfreie Verbindung mit möglichst kurzen Leiterbahnen nicht mehr erreicht werden kann. Eine Ausweichmöglichkeit besteht dann in der Verwendung von mehrlagigen Leiterplatten, bei denen Durchkontaktierungen zwischen den einzelnen Ebenen der Leiterplatte kreuzungs­ freie Verbindung ermöglichen. Im Hinblick auf die hohen Datenraten ergibt sich dabei das Problem, daß die Eingangs­ anschlüsse der Bausteine und der gesamten Leiterplattenan­ ordnung mit diesem Baustein wellenwiderstandsrichtig abzu­ schließen sind. Dieses Problem wird besonders dann gravie­ rend, wenn die Eingangssignale der Leiterplattenanordnung durch Leiterbahnen auf zwei Bausteine aufgeteilt werden soll. Bei der Verwendung von angepaßten passiven Leiter­ bahnverzweigungen ergibt sich dabei das Problem, daß die Verbindungen zu den Leiterplatten in der Regel über Lei­ tungen mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm erfolgt, für eine passive Leiterbahnverzweigung auf zwei Bausteinan­ schlüsse aber die Parallelschaltung von zwei Leiterbahnen mit einem Wellenwiderstand von 100 Ohm vorzusehen ist, die aber auf den üblicherweise verwendeten Leiterplatten der­ zeit kostengünstig nicht herstellbar sind.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen oberflächenmontierbaren Baustein der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß dieser bei hohen Da­ tenraten und einer Vielzahl von Anschlüssen kreuzungsfrei­ er Verbindungen auf einer Leiterplatte ermöglicht und eine wellenwiderstandsrichtige Anpassung der Eingangsanschlüsse zweier Bausteine an eine 50 Ohm-Eingangsleitung erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Baustein der eingangs erwähnten Art gelöst, der durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die Möglichkeit, auch weiterhin die üblichen Herstellungstech­ niken für diese Bausteine verwenden zu können, zusätzliche Vorteile ergeben sich dadurch, daß eine angepaßte passive Leiterbahnverzweigung an eine Eingangsleitung möglich ist, so daß durch den Wegfall aktiver Verzweigungen in Form von Gattern oder Verstärkern Platz auf der Leiterplatte und Verlustleistung eingespart und die Zuverlässigkeit der gesamten Anordnung erhöht wird. Eine im Hinblick auf die Anwendung in Koppelfeldern für Datenraten von etwa 600 Mbit/s besonders vorteilhafte Ausbildung eines erfindungs­ gemäßen Bausteins ist in den Patentansprüchen 2 und 3 be­ schrieben, der Patentanspruch 4 enthält eine zweckmäßige Weiterbildungen dieses Bausteins.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 die Schaltung eines Teiles eines Koppel­ feldes, in der der erfindungsgemäße Bau­ stein verwendet werden soll und

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen SMD-Baustein und

Fig. 3 die Realisierung der Schaltung nach Fig. 2 mit erfindungsgemäßen SMD-Bausteinen.

Der erfindungsgemäße SMD-Baustein dient zur Realisierung des in Fig. 1 dargestellten Teils eines Koppelfeldes oder Koppelnetzes. Der dargestellte Teil weist eine sogenannte "Trichterstruktur" auf, bei der die Signale von 4 logischen Eingängen E1 . . . E4 mittels sechs Koppelelementen KE1 . . . KE6 jeweils paarweise zusammengefaßt und an zwei logischen Aus­ gängen A1, A2 abgegeben werden. Jeder der logischen Eingän­ ge und Ausgänge umfaßt dabei 80 einzelne Eingangsanschlüsse, so daß der Schaltungsteil nach der Fig. 1 insgesamt 320 Eingangsanschlüsse und 160 Ausgangsanschlüsse mit den ent­ sprechenden Verbindungen zu den Koppelelementen enthält, wobei die Koppelelemente ihrerseits jeweils 80 einzelne Koppelschaltungen mit jeweils 2 Eingängen und einem Aus­ gang enthalten. Für die Zusammenfassung der Eingangssignale dienen in einer ersten Ebene ein erstes bis viertes Koppel­ element KE1 . . . KE4 mit je zwei Eingangsgruppen, die jeweils 80 auch als Eingangspins bezeichnete Einzelanschlüsse um­ fassen. Die Ausgangssignale dieser Koppelelemente werden durch ein fünftes und sechstes Koppelelement KE5, KE6 zu­ sammengefaßt und an einen ersten bzw. zweiten logischen Ausgang A1, A2 abgegeben. Die Eingangsgruppen der Koppelele­ mente sind dabei im Hinblick auf die logische Verknüpfung der Eingangssignale gleichwertig. Die Verbindungen in der Fig. 1 zeigen also nicht die einzelnen Verdrahtungen zwi­ schen den viel logischen Eingängen und den Einzelanschlüs­ sen der Koppelschaltungen, sondern deren gruppenweise Zu­ sammenfassung. Der erste logische Eingang E1 ist ebenso wie die anderen Eingänge über 80 einzelne Verbindungen mit den ersten Eingangsgruppen und der zweite logische Eingang ist entsprechend mit den zweiten Eingangsgruppen des ersten und dritten Koppelelementes KE1, KE3 verbunden. Entsprechend sind der dritte logische Eingang E3 mit den ersten Eingangs­ gruppen und der vierte logische Eingang E4 mit den zweiten Eingangsgruppen des zweiten und vierten Koppelelementes KE2, KE4 verbunden. Zur Zusammenfassung der Ausgangssignale des ersten bis vierten Koppelelementes ist der Ausgang des ersten Koppelelementes KE1 mit der ersten Eingangsgruppe und der Ausgang des zweiten Koppelelementes KE2 mit der zweiten Ein­ gangsgruppe des fünften Koppelelementes KE5 verbunden, ent­ sprechend sind der Ausgang des dritten Koppelelementes KE3 mit der ersten Eingangsgruppe und der Ausgang des vierten Koppelelementes KE4 mit der zweiten Eingangsgruppe des sechsten Koppelelementes KE6 verbunden. Aus der Fig. 6 ist erkennbar, daß jeder der logischen Eingänge mit einer Eingangsgruppe von zwei Koppelelementen verbunden ist, die Eingangsanschlüsse von jeweils einer Eingangsgruppe beider Koppelelemente sind also bei der Realisierung wellenwider­ standsrichtig parallel zu schalten.

In der Fig. 2 ist der erfindungsgemäße SMD-Baustein dar­ gestellt, der jeweils eines der Koppelelemente KE1 . . . KE6 der Schaltung nach der Fig. 1 umfaßt. Bei der üblichen Ausbildung derartiger SMD-Bausteine sind die Anschlüsse an den Außenseiten des Bausteins herausgeführt. Erfindungsge­ mäß sind nun diese Anschlüsse nur an drei Außenseiten des SMD-Bausteins herausgeführt. Alle Einzelanschlüsse der einen Eingangsgruppe sind gemeinsam an einer Außenseite mit in Pfeilrichtung ansteigender Nummer der Anschlüsse herausge­ führt, an einer dieser Außenseite unmittelbar benachbarten Außenseite sind die Anschlüsse der anderen Eingangsgruppe ebenfalls mit in Pfeilrichtung ansteigender laufender Num­ mer herausgeführt und dieser Anschlußseite gegenüber die Gruppe der Ausgangsanschlüsse und gegebenenfalls der Poten­ tialanschlüsse, wobei die laufende Nummer auch hier in Pfeilrichtung ansteigt. Die Spiegelachse SPA durchschnei­ det den Baustein dabei diagonal am Schnittpunkt der beiden mit den Anschlüssen für die Eingangsgruppen belegten Außen­ seiten einerseits und andererseits am Endpunkt der Außen­ seite für die Ausgangs- und Potentialanschlüsse. Die Pfeil­ richtung, also die Anstiegsrichtung für die laufende Nummer der Anschlüsse ist dabei so gewählt, daß jeweils der An­ schluß der Eingangsgruppen und der Ausgangspotentialan­ schlüsse in der Nähe der Spiegelachse liegt, eine inverse Anordnung ist aber ebenso möglich. Da die Anschlüsse für die beiden Eingangsgruppen gleichwertig sind, können diese Anschlüsse - allerdings nur gruppenweise - miteinander ver­ tauscht werden.

In der Fig. 3 sind sechs der erfindungsgemäßen SMD-Bau­ steine nach Fig. 2 auf einer Leiterplatte so angeordnet, daß sich kreuzungsfreie Verbindungen und im Hinblick auf die Hochfrequenzdesign-Regeln auch optimale kurze Leiter­ bahnverbindungen ergeben. Die sich entsprechend den sechs Koppelelementen KE1 . . . KE6 ergebenden sechs SMD-Bausteine sind dabei so angeordnet, daß bei Fig. 3a der erste Bau­ stein KE1 auf der Oberseite und der dritte Baustein KE3 auf der Unterseite befestigt sind, bei 3b) sind auf der Oberseite der Leiterplatte der vierte Baustein KE4 und auf der Unterseite der zweite Baustein KE2 angeordnet. In der Zeichnung sind durch schwarze Pfeile die Anschlußbe­ legungen des auf der Oberseite angeordneten Bausteins und durch schraffierte Pfeile die Anschlußbelegungen des auf der Unterseite montierten Bausteins dargestellt. Außerdem ist bei 3c) der fünfte Baustein KE5 auf der Oberseite und bei 3d) der sechste Baustein KE6 auf der Unterseite der Leiterplatte montiert.

Der erste und der dritte sowie der vierte und der zweite Baustein sind so montiert, daß die entsprechend der Schal­ tung nach Fig. 1 parallel zu schaltenden Eingangsan­ schlüsse zwar auf getrennten Oberflächenseiten aber an der gleichen Stelle der Leiterplatte anliegen, so daß diese Eingangsanschlüsse leicht durch entsprechend vorgesehene Durchkontaktierungen zu verbinden und damit parallel zu schalten sind. Dabei ist auch erkennbar, daß die An­ schlüsse der Eingangsgruppen in gleicher Pfeilrichtung und damit in der richtigen Reihenfolge übereinander liegen, während die Ausgangsanschlüsse dieser Bausteine getrennt liegen, da diese Ausgangsanschlüsse nicht parallel zu schalten, sondern mit den entsprechenden Eingangsanschlüs­ sen des fünften und sechsten Bausteins KE5, KE6 zu verbin­ den sind. Es ist dabei erkennbar, daß von den Ausgangsan­ schlüssen A des ersten Bausteins KE1 zur entsprechenden Eingangsgruppe des fünften Bausteins KE5 wegen der unmittel­ bar benachbarten Anordnung nur sehr kurze Leiterbahnen als Verbindungen benötigt werden, dies gilt auch für die Aus­ gangsanschlüsse A′ des zweiten Bausteins KE2 zur zweiten Eingangsgruppe des fünften Bausteins KE5. Bei der Verbin­ dung der Ausgangsanschlüsse des zweiten und des vierten Bausteins KE2, KE4 zu den Eingangsanschlüssen des fünften bzw. sechsten Bausteins KE5, KE6 werden zusätzlich Durch­ kontaktierungen benötigt, da die entsprechenden Anschlüsse auf unterschiedlichen Oberflächenseiten der Leiterplatte liegen. Eine sehr kurze Verbindung ergibt sich schließlich zwischen den Ausgangsanschlüssen A′ des dritten Bausteins KE3 und den zugeordneten Eingangsanschlüssen E′ des sechs­ ten Bausteins KE6, da in diesem Falle beide Anschlußgruppen an der Unterseite der Leiterplatte unmittelbar benachbart über einfache und sehr kurze Leiterbahnsegmente verbindbar sind.

Aus der Fig. 3 ist erkennbar, daß sich bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Bausteine trotz komplexer Schaltun­ gen eine sehr übersichtliche und wenig aufwendige Leiter­ plattenanordnung zur Realisierung der Schaltung nach Fig. 1 ergibt.

Claims (6)

1. Oberflächenmontierbarer Baustein mit einer Vielzahl jeweils gleichartiger Eingangs- und Ausgangsanschlüsse und mit einem oberflächenmontierbarem, sogenannten SMD-Gehäuse, bei dem an Anschlußseiten eine Vielzahl von Anschlüssen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse in wenigstens zwei Eingangs­ gruppen (E) aufgeteilt sind,
daß jede der Eingangsgruppen (E) an einer Außenseite des Bausteins angeordnet ist und daß die Eingangsgruppen (E) symmetrisch zu einer Spiegelachse angeordnet sind, die parallel zu den Oberflächenseiten des Bausteins und der Leiterplatte verläuft.

2. Oberflächenmontierbarer Baustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer weiteren Außenseite gemeinsam Ausgangs- und zugeordnete Potentialanschlüsse (A) vorgesehen sind, so daß bei der Belegung von zwei Außenseiten mit Eingangsan­ schlüssen (E) die vierte Außenseite davon frei bleibt.

3. Oberflächenmontierbarer Baustein nach Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelachse (SPA) für die Eingangsgruppen (E) vom Schnittpunkt der beiden, mit den Eingangsgruppen (E) beleg­ ten Außenseiten diagonal über den Baustein und parallel zu den beiden größeren Oberflächenseiten verläuft und daß vom Schnittpunkt der beiden Außenseiten aus die laufende Nummer der Einzelanschlüsse der Eingangsgruppen (E) ansteigt.

4. Oberflächenmontierbarer Baustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingangsgruppen zusätzlich Potentialanschlüsse zugeordnet sind, die wie die Eingangsanschlüsse aufge­ teilt und angeordnet sind.

5. Oberflächenmontierbarer Baustein nach Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelachse (SPA) für die Eingangsgruppen (E) vom Schnittpunkt der beiden mit den Eingangsgruppen belegten Außenseiten diagonal über den Baustein und parallel zu den beiden größeren Oberflächenseiten verläuft und daß vom Schnittpunkt der beiden Außenseiten aus die laufende Nummer der Einzelanschlüsse der Eingangsgruppen (E) ab­ fällt.

6. Oberflächenmontierbarer Baustein nach Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die laufende Nummer der Anschlüsse der Ausgänge (A) in entgegengesetzter Richtung zu der der auf der gegenüber­ liegenden Außenseite angebrachten Eingangsanschlüsse an­ steigt.