DE60018034T2

DE60018034T2 - Elektronischer aufbau mit schaltplatte zur unterdrückung von elektromagnetischen interferenzen

Info

Publication number: DE60018034T2
Application number: DE60018034T
Authority: DE
Inventors: David Pels; Viatcheslav Pronkine; P. Sean RYAN; C. Ronald VALENTI
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: DE60018034D1; WO2001019154A1; US6858793B1; EP1138183B1; JP2003508936A; EP1138183A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der elektromagnetischen Interferenz und insbesondere auf ein elektronisches Gebilde, das elektromagnetische Interferenz von IEEE-1394 Verbindungselementen unterdrückt.
Die IEEE-1394 Spezifikation schafft eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zwischen Anordnungen, und eignet sich insbesondere für die Hochgeschwindigkeitskommunikation von Videoinformation zwischen Bildanordnungen, Computern, Recordern und dergleichen untereinander. Eine IEEE-1394 Anordnung arbeitet mit einer Bitrate von bis zu 400 Megabits in der Sekunde (höhere Bitraten sind möglich), mit kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten. Dieses Umschalten mit hoher Geschwindigkeit führt zu ausgestrahlten Emissionen bis in den Gigaherzbereich hinein. Diese Emissionen sind insbesondere prominent bei Verbindungselementen, und zwar wegen der relativ höheren Impedanz, die durch die Verbindung von Stiften eingeführt wird, welche die HF-Signale tragen.
1 zeigt eine Beispielstechnik zum Unterdrücken elektromagnetischer Interferenz an einem Verbindungselement 130, und zwar unter Anwendung herkömmlicher bekannter Techniken. In 1 ist eine Printplatte (PCB) 120 dargestellt, die in einem Chassis 110 vorgesehen ist, Das Chassis 110 ist leitend und bildet ein Bezugserdpotential 101. Das Verbindungselement 130 hat eine leitende Außenhülle, die zum Reduzieren elektromagnetischer Emissionen von den Stiften oder den Büchsen in dem Verbindungselement 130, die zum Verbinden externer Signale mit Elementen 125 auf der Printplatte 120 vorgesehen sind. Die IEEE-1394 Spezifikation erfordert, dass die Außenhülle des Verbindungselementes 130 gegenüber dem Bezugserdpotential 101 galvanisch isoliert ist. Die Öffnung 112 in dem Chassis 110 für das Verbindungselement 130 ist dazu vorgesehen, dass eine Trennung zwischen der Außenhülle des Verbindungselementes 130 und dem Chassis 110 beibehalten wird. Zum Schaffen der gewünschten Abschirmung von hochfrequenten elektromagnetischen Emissionen wird die Außenhülle des Verbindungselementes 130 mit dem Chassis 110 gekoppelt, und zwar über einen oder mehrere Kondensatoren 160. Wie in 1 dargestellt, wird, wenn ein (nicht dargestelltes) Kabel, das die HF-Signale zu der Printplatte 120 trägt, über das Verbindungselement 130 verbunden wird, eine Erdungsstromstrecke 105 gebildet, die durch die Außenhülle des Verbindungselementes 130, durch ein Verbindungselement 121 auf der Printplatte 120 durch den Kondensator 160 zu einem Erdungsleiter 120 auf der Printplatte 120, und danach durch eine Kopplung des Verbindungselementes 122 zu dem Chassis 110, und zurück über das Kabel läuft.
Bei den sehr hohen Frequenzen der IEEE-1394 Kommunikationen reduzieren Millimeter der Erdungsstrecke die Effektivität der elektromagnetischen Abschirmung des Verbindungselementes beträchtlich.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erdungsstromstrecke eines galvanisch isolierten Verbindungselementes, wie eines IEEE-1394 Verbindungselementes, zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird dadurch erfüllt, dass das elektronische Gebilde, wie in dem Anspruch 1 definiert, vorgesehen wird. In einer Ausführungsform ist eine EMI Unterdrückungsplatte vorgesehen, die ein galvanisch isoliertes Verbindungselement an der Öffnung in einem Chassis umgibt, das für das Vorbindungselement vorgesehen ist. Die Platte ist vorgesehen zum Liefern einer unmittelbaren HF-Kopplung zu der Chassiserdung. Die Platte umfasst eine Schaltungsplatte, die zwei Leiter umfasst, die mit einem oder mehreren Kondensatoren gekoppelt sind. Der eine Leiter ist mit einer Außenhülle des Verbindungselementes in Verbindung und der andere Leiter ist mit der Chassiserdung in Verbindung. Dadurch, dass an der Stelle der Verbindungsöffnung in dem Chassis eine HF-Kopplung zwischen dem Verbindungselement und dem Chassis geschaffen wird, wird die Erdungsstromstrecke zwischen dem Verbindungselement und der Chassiserdung minimiert. Andere Ausführungsformen des elektronischen Gebildes nach der vorliegenden Erfindung sind in den betreffenden Patentansprüchen 2 bis 9 definiert.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Gebildes, wie in den Ansprüchen 10 bis 14 definiert und auf eine Unterdrückungsplatte, insbesondere eine EMI Unterdrückungsplatte, wie in den Ansprüchen 15 bis 20 definiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Beispiel eines Gebildes zum Unterdrücken elektromagnetischer Interferenz an einem Verbindungselement, das herkömmliche, bekannte Techniken anwendet,
2 ein Beispiel eines Gebildes zum Unterdrücken elektromagnetischer Interferenz an einem Verbindungselement nach der vorliegenden Erfindung,
3 eine alternative Darstellung des Beispiels des Gebildes zum Unterdrücken elektromagnetischer Interferenz bei einem Verbindungselement nach der vorliegenden Erfindung,
4 ein Beispiel einer EMI Unterdrückungsplatte nach der vorliegenden Erfindung,
5 ein Schaltbild entsprechend dem Beispiel der EMI Unterdrückungsplatte nach der vorliegenden Erfindung,
6 ein Beispiel einer alternativen EMI Unterdrückungsplatte nach der vorliegenden Erfindung.
In der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Merkmale oder Funktionen.
Die 2 und 3 zeigen ein Beispiel eines Gebildes zum Unterdrücken elektromagnetischer Interferenz bei einem Verbindungselement 130 nach der vorliegenden Erfindung. Eine EMI Unterdrückungsplatte 200 umgibt das Verbindungselement 130 an der Öffnung 112 des Chassis 110, die für das Verbindungselement 130 vorgesehen ist. Die EMI Unterdrückungsplatte 200 umfasst eine Printplatte 220 und ein oder mehrere Kontaktelemente 230, die einen Leiter 240 der Printplatte 220 mit der leitenden Außenhülle des Verbindungselementes 130 verbinden. Ein zweiter Leiter 250 auf der Printplatte 220 ist mit dem Chassis 110 verbunden, vorzugsweise über EMI-Klipschellen und Dichtungen, die in dem Stand der Technik üblich sind. Der erste Leiter 240 und der zweite Leiter 250 sind über einen oder mehreren Kondensatoren 260 elektrisch gekoppelt, wodurch von der Außenhülle des Verbindungselementes 130 zu der Chassiserdung 101 in dem Ausgangsbereich des Verbindungselementes 130 eine HF-Stromstrecke geschaffen wird. Wie durch die Erdungsstromstrecke 205 dargestellt, schafft die Lage der EMI Unterdrückungsplatte 200 in dem Ausgangsbereich eine minimale Längenstrecke, insbesondere im Vergleich zu der herkömmlichen Abschirmungstechnik, dargestellt in 1. Es sei ebenfalls bemerkt, dass wenn die Kopplung mit dem abgeschirmten Verbindungselement etwas symmetrisch ist, werden einige Löschungseffekte auftreten, wodurch die EMI Emissionen von dem Verbindungselement 130 weiter reduziert werden.
3 zeigt eine Anordnung von Teilen für die Unterdrückungsplatte 200. Bei dieser Ausführungsform ist das Kontaktelement 230 ein Satz nachgiebiger Abstreifer oder Kontaktfinger, vorzugsweise aus einer Berylliumkupfer- oder -stahllegierung. Dies nachgiebigen Abstreifer 230 sind derart gebildet, dass unter Spannung an der leitenden Außenhülle des Leiters 130 anliegen, wenn das Verbindungselement durch die Unterdrückungsplatte 200 hindurch eingesteckt wird. Die nachgiebigen Abstreifer 230 sind auf der Printplatte 220 vorgesehen zum Schaffen von Kontakt zwischen der leitenden Außenhülle des Verbindungselementes 130 und dem einen oder mehreren Kondensatoren 260, wie in 4 dargestellt. Die Printplatte 220 umfasst eine Öffnung 212, durch die das Verbindungselement 130 hindurchgeht und um welche die nachgiebigen Abstreifer 230 vorgesehen sind. Die nachgiebigen Abstreifer 230 sind mit dem Verbindungselement 240 auf der Printplatte 220 verbunden, typischerweise mittels eines Lötvorgangs. Die Kondensatoren 260a, 260b und ggf. andere 260c, 260d usw. koppeln den Leiter 240 mit dem Leiter 250 auf der Printplatte 220. Der Leiter 250 ist mit dem Chassis 110 über Klips 221 elektrisch gekoppelt. In 3 ist eine etwaige Kontaktplatte 310 dargestellt, die vorgesehen ist zum Liefern einer Strecke mit einer niedrigen Impedanz zu dem Chassis 110 durch Maximierung des Kontaktgebietes um die Öffnung 112 in dem Chassis 110 herum.
5 ist ein Schaltbild entsprechend dem Beispiel der EMI Unterdrückungsplatte nach der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt können viele HF-Strecken zu der Chassiserdung 101 dadurch vorgesehen werden, dass viele Kondensatoren 260a, b, c, d, usw. verwendet werden.
Obenstehendes illustriert hauptsächlich die Grundlagen der vorliegenden Erfindung. Auf diese Weise dürfte es einleuchten, dass der Fachmann imstande sein wird, mehrere Anordnungen zu schaffen, die obschon an dieser Stelle nicht explizit beschrieben oder dargestellt, die Grundlagen der vorliegenden Erfindung umfassen und folglich im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen. So kann beispielsweise die Unterdrückungsplatte 200 derart konfiguriert werden, dass sie mit dem Verbindungselement 130 integriert ist. Durch Einverleibung der Printplatte 220 und der Kondensatoren 260 in ein Verbindungselement 130 können die nachgiebigen Abstreifer 230 durch eine einfache Lötverbindung zwischen dem Verbindungselement 240 und der Außenhülle des Verbindungselementes 130 ersetzt werden. Es sei ebenfalls bemerkt, dass der Ausdruck "Printplatte" eine Vielzahl von Ausführungsformen umfassen kann, einschließlich starrer, halbstarrer, nachgiebi ger gedruckter Schaltungen und dergleichen. Andere Mittel zum Schaffen eines AC-Kontaktes zwischen der EMI Unterdrückungsplatte 200 und der Außenhülle des Verbindungselementes 130, und eines DC-Kontaktes zwischen der EMI Unterdrückungsplatte 200 und dem Chassis 110 in der Nähe der Öffnung 112 des Chassis 110 dürfte dem Fachmann im Rahmen der vorliegenden Beschreibung einleuchten.
Es sei ebenfalls bemerkt, dass die Figuren zur Illustration dargestellt sind und sollen den Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele begrenzen. Wenn das Verbindungselement 130 beispielsweise nicht den dargestellten einheitlichen Querschnitt hat, können alternative Anordnungen der EMI Unterdrückungsplatte 200 einverleibt werden um eine Verbindung mit der leitenden Außenhülle des Verbindungselementes 130 zu ermöglichen. 6 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform 200', die EMI Unterdrückung für zwei Verbindungselemente schafft. Es sei bemerkt, dass in dieser Ausführungsform 200' die EMI Unterdrückungsplatte derart ausgebildet ist, dass sie die Verbindungselemente an nur drei Seiten umgibt. Diese Konfiguration eignet sich durchaus dafür, dass darin Verbindungselemente 130 untergebracht werden, die Flansche und entsprechende Vorsprünge haben, die einen direkten Durchgang des Verbindungselementes 130 durch eine geschlossene Öffnung in der EMI Unterdrückungsplatte vermeiden. Bei dieser Ausführungsform wird die EMI Unterdrückungsplatte über das Verbindungselement gestülpt, und zwar hinter dem Flansch oder einem anderen Vorsprung. Diese und andere Systemkonfigurationsoptimierungsmerkmale dürften dem Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung einleuchten und liegen in dem Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.

Claims

Elektronisches Gebilde, das die nachfolgenden Elemente umfasst: – ein Gestell (110), das vorgesehen ist zum Bilden einer Chassiserde (101), – wobei das Gestell (110) eine Oberfläche mit einer Öffnung (112) zum Empfangen eines Verbindungselementes (130) hat, – eine erste Printplatte (120), die das Verbindungselement (130) umfasst, – wobei das Verbindungselement (130) Folgendes umfasst: – eine leitende Außenhülle und – eine oder mehrere Steckerbuchsen zum Empfangen von Signalen, die Elementen auf der ersten Printplatte (120) zugeführt werden, und – eine Unterdrückungsplatte (200), die vorgesehen ist zum Liefern einer galvanisch isolierten HF-Kopplung zwischen der leitenden Außenhülle des Verbindungselementes (130) und dem Gestell (110) in der Nähe der Öffnung (112) in dem Gestell (110), die das Verbindungselement (130) empfängt.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 1, wobei die Unterdrückungsplatte (200) das Verbindungselement (130) an wenigstens drei Seiten umschließt.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 1, wobei die Unterdrückungsplatte (200) einen einzigen Teil mit dem Verbindungselement (130) bildet.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 1, wobei die Unterdrückungsplatte (200) Folgendes umfasst: – eine zweite Printplatte (220), die Folgendes umfasst: – ein oder mehrere Kontaktelemente (230), die zwischen der leitenden Außenhülle des Verbindungselementes (130) und einem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220) elektrischen Kontakt schaffen, und – einen oder mehrere Kondensatoren (260), die vorgesehen sind um HF-Signale von dem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220) zu einem zweiten Leiter (250) auf der zweiten Printplatte (220) zu koppeln, die mit der Gestellerde (101) elektrisch gekoppelt ist, wodurch zwischen der Außenhülle des Verbindungselementes (130) und der Gestellerde (101) eine galvanische Isolation geschaffen wird, während zwischen der Außenhülle des Verbindungselementes (130) und der Gestellerde (101) auch eine HF-Kopplung geschaffen wird.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 4, wobei – das Verbindungselement (130) auf der ersten Printplatte (120) vorgesehen ist, so dass es durch die Öffnung (112) hindurchragt, und zwar ohne Kontakt mit dem Gestell (110), wenn die erste Printplatte (120) einwandfrei in dem Gestell (110) angeordnet wird, und – die zweite Printplatte (220) in Übereinstimmung mit der Öffnung (112) auf der Oberfläche des Gestells (110) angeordnet wird.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 4, wobei wenigstens zwei der Kondensatoren (260) auf der zweiten Printplatte (220) vorgesehen sind um eine symmetrische Strecke für die HF-Signale zu der Chassiserde (101) zu schaffen.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 4, wobei wenigstens eines des einen oder der mehreren Kontaktitems (230) einen nachgiebigen Leiter aufweist, der zwischen der leitenden Außenhülle des Leiters (130) und dem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220) über eine Kontaktfederung den elektrischen Kontakt schafft, wobei diese Federung durch eine Verformung des nachgiebigen Leiters aus einer nicht gespannten Orientierung des nachgiebigen Leiters verursacht wird.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 4, wobei wenigstens eines des einen oder mehrerer Kontaktitems (230) einen nachgiebigen Leiter mit wenigstens einem von Berylliumkupfer und Stahl enthält.
Elektronisches Gebilde nach Anspruch 1, wobei die erste Printplatte (120) und die Unterdrückungsplatte (200) wenigstens eines der nachfolgenden Elemente auf weist: – eine starre Schaltungskonfiguration, – eine halbstarre Schaltungskonfiguration, und – eine flexible Schaltungskonfiguration.
Verfahren zum Herstellen eines elektronisches Gebilde, das die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das Schaffen eines Gestells (110), das vorgesehen ist zum Schaffen einer Chassiserdung (101), – wobei das Gestell (110) eine Oberfläche mit einer Öffnung (112) aufweist zum Empfangen eines Verbindungselementes (130), – das Schaffen einer ersten Printplatte (120), die das Verbindungselement (130) umfasst, – wobei das Verbindungselement (130) Folgendes umfasst: – eine leitende Außenhülle und – eine oder mehrere Steckerbuchsen zum Empfangen von Signalen, die Elementen auf der ersten Printplatte (120) zugeführt werden, und – das Schaffen einer Unterdrückungsplatte (200), die vorgesehen ist zum Liefern einer galvanisch isolierten HF-Kopplung zwischen der leitenden Außenhülle des Verbindungselementes (130) und dem Gestell (110) in der Nähe der Öffnung (112) in dem Gestell (110), die das Verbindungselement (130) empfängt, wenn die erste Printplatte (120) und die Unterdrückungsplatte (200) an dem Gestell (110) befestigt werden, und – das Anbringen der ersten Printplatte (120) und der Unterdrückungsplatte (200) an dem Gestell (110).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – dafür sorgen, dass die erste Printplatte (120) und die Unterdrückungsplatte (200) gleichzeitig auftreten, wobei die Unterdrückungsplatte (200) ein integraler Teil mit dem Leiter (130) auf der Printplatte (120) bildet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Unterdrückungsplatte (200) Folgendes umfasst: – eine zweite Printplatte (220), die Folgendes umfasst: – ein oder mehrere Kontaktitems (230), die vorgesehen sind zum Schaffen elektrischen Kontaktes zwischen der leitenden Außenhülle des Leiters (130) und einem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220), wenn die erste Printplatte (120) und die zweite Printplatte (220) an dem Gestell (110) angeordnet werden, und – einen oder mehrere Kondensatoren (260), die vorgesehen sind zum Koppeln von HF-Signalen von dem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220) zu einem zweiten Leiter (250) auf der zweiten Printplatte (220), der mit der Chassiserde (101) elektrisch gekoppelt ist, wenn die Unterdrückungsplatte (200) an dem Gestell (110) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei dieses Verfahren weiterhin Folgendes umfasst: – das Anordnen des Leiters (130) auf der ersten Printplatte (120) so dass er durch die Öffnung (112) hindurchragt, ohne dass dabei das Gestell (110) kontaktiert wird, wenn die erste Printplatte (120) an dem Gestell (110) befestigt wird, und wobei – die Unterdrückungsplatte (200) an der Oberfläche des Gestells (110) entsprechend der Öffnung (1120) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei – wenigstens eines des einen oder mehrerer Kontaktitems (230) einen nachgiebigen Leiter aufweist, der den elektrischen Kontakt zwischen der leitenden Außenhülle des Leiters (130) und dem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220) über eine Kontaktfederung bildet, die durch eine Verformung des nachgiebigen Leiters aus einer nicht gespannten Orientierung des nachgiebigen Leiters gebildet wird, wenn die erste Printplatte (120) und die zweite Printplatte (220) an dem Gestell (110) befestigt werden.
Unterdrückungsplatte (200), die Folgendes umfasst: – eine Printplatte (220), die Folgendes umfasst: – ein oder mehrere Kontaktitems (230), die zwischen der leitenden Außenhülle des Verbindungselementes (130) und einem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220) elektrischen Kontakt schaffen, und – einen oder mehrere Kondensatoren (260), die vorgesehen sind um HF-Signale von dem ersten Leiter (240) auf der zweiten Printplatte (220) zu einem zweiten Leiter (250) auf der zweiten Printplatte (220) zu koppeln, die mit der Gestellerde (101) elektrisch gekoppelt ist, wenn die Unterdrückungsplatte (200) an dem Gestell (110) befestigt wird, wodurch zwischen der Außenhülle des Verbindungselementes (130) und der Gestellerde (101) eine galvanische Isolation geschaffen wird, während zwischen der Außenhülle des Verbindungselementes und der Gestellerde (101) auch eine HF-Kopplung geschaffen wird.
Unterdrückungsplatte (200) nach Anspruch 15, wobei – die Printplatte (220) auf der Oberfläche des Gestells (110) angeordnet ist, und zwar entsprechend einer Öffnung (112) in dem Gestell (110), die vorgesehen ist zum Empfangen des Verbindungselementes (130).
Unterdrückungsplatte (200) nach Anspruch 15, wobei – wenigstens zwei der Kondensatoren (260) auf der Printplatte (220) vorgesehen sind zum Schaffen einer symmetrischen Strecke für die HF-Signale zu der Chassiserde (101).
Unterdrückungsplatte (200) nach Anspruch 15, wobei wenigstens eines der Kontaktitems (230) einen nachgiebigen Leiter aufweist, der zwischen der leitenden Außenhülle des Leiters (130) und dem ersten Leiter (240) auf der Printplatte (220) über eine Kontaktfederung, verursacht durch eine Verformung des nachgiebigen Leiters aus einer nicht gespannten Orientierung des nachgiebigen Leiters den elektrischen Kontakt versorgt.
Unterdrückungsplatte (200) nach Anspruch 15, wobei wenigstens ein Item des einen oder von mehreren Kontaktitems (230) einen nachgiebigen Leiter aufweist, der wenigstens ein Material von Berylliumkupfer und Stahl enthält.
Unterdrückungsplatte (200) nach Anspruch 15, wobei die Printplatte (220) wenigstens eines der nachfolgenden Elemente umfasst: – eine starre Schaltungskonfiguration, – eine halbstarre Schaltungskonfiguration, und – eine biegsame Schaltungskonfiguration.