DE69009165T2 - Drahtverbindungssystem. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Drahtverbindungen zwischen einer Menge elektrischer Bauelemente, die auf einer metallkaschierten Leiterplatte montiert sind, und insbesondere auf ein System zum Verringern der gegenseitigen Kopplung zwischen benachbarten Drahtverbindungen zur weitgehenden Eliminierung von Übersprechen zwischen parallelen elektrischen Schaltungen.
• Beim Aufbau elektrischer Schaltungen werden verschiedene Aufbauformen benutzt. Die Aufbauform variiert gemäß den Arten der Bauelemente, die miteinander zu verbinden sind, Beispielsweise benutzt eine allgemeine Aufbauform die Verbindung zahlreicher Schaltungsmodule auf einer Leiterplatte, die dazu dient, die Schaltungsmodule zu tragen. Häufig ist die Leiterplatte mit einer elektrisch leitenden Folie, wie z.B. einer Metallfolie, plattiert, zumindest auf ihrer Oberseite, die den Modulen gegenüberliegt. Teile der Folie können weggeschnitten sein, um leitende Streifen zu bilden, die die verschiedenen Anschlüsse der Schaltungsmodule miteinander verbinden. In dem Fall bestimmter Module wird das Herstellen der Schaltung durch die Verwendung relativ kurzer Drahtsegmente erleichtert, die iin Abstand von der Leiterplatte angeordnet sind und eine direkte Verbindung zwischen verschiedenen Anschlüssen der Schaltungsmodule herstellen.
• Eine Situation von besonderem Interesse, die den oben erwähnten Aufbau mit den externen Drahtsegmenten verwendet, findet sich in optischen Nachrichtenverbindungen, in denen Festkörper-Laser als sendende Elemente zum Erzeugen von Lichtimpulsen kurzer Dauer verwendet werden, die von einzelnen der Laser in entsprechende Glasfasern eines Satzes von Glasfasern abgestrahlt werden, die eine optische Übertragungsleitung bilden. Z.B. kann ein Festkörper-Laser in der Form einer Diode aus Gallium-Aluminium- Arsenid aufgebaut sein, die einen Lichtimpuls bei Erregung der Diode mit einem geeigneten Stromimpuls erzeugt.
• Ein elektrooptischer Sender, der einen Satz von Laserdioden verwendet, kann durch Verwenden einer Leiterplatte aufgebaut werden, die die Laser-Treiberschaltungen und die Laserdioden trägt, wobei die Letzteren durch die Treiberschaltungen unter Strom gesetzt werden. Die Treiberschaltungen werden als einzelne Module ausgebildet. Ebenso ist jede der Laserdioden als ein einzelner Modul ausgebildet, der Anschlüsse für das Aufnehmen des elektrischen Stromes einschließt und auch einen Licht- Ausgangsanschluß aufweist, über den Licht zu einem Ende einer Glasfaser gerichtet wird. Aufgrund der räumlichen Formen der Module ist es gegenwärtige Herstellungspraxis, einige der Anschlüsse der Module durch die metallische Folie oder Plattierung auf einer Leiterplatte zu verbinden, während andere der Anschlüsse durch Segmente elektrisch leitender Drähte miteinander verbunden sind.
• Bei einer typischen Anordnung der elektrooptischen Sender sind die Module in einem Satz paralleler Kanäle angeordnet, wobei jeder Kanal einen Treibermodul aufweist, die Laserdiode und eine Glasfaser. Die Drahtsegmente, die die Bauelemente der betreffenden Kanäle miteinander verbinden, sind parallel zueinander in einer Gruppierung von Drahtsegmenten angeordnet.
• Ein Problem tritt dadurch auf, daß die Drahtsegmente genügend nahe beieinander sind, um ein bedeutsames Ausmaß an gegenseitiger magnetischer Kopplung der elektrischen Signale einzuführen, die durch die Drahtsegmente in den betreffenden Signalkanälen geleitet werden. Dies hat Übersprechen oder Kopplung von Signalen zwischen den Kanälen zur Folge. Die Zuverlässsigkeit der elektrooptischen Nachrichtenverbindung wird verringert, da das Übersprechen als eine Quelle von Störspannungen wirkt, die Fehler in der Nachrichtenverbindung einführen können. Es sei bemerkt, daß in dem typischen elektrooptischen Nachrichtenverbindungssystem Pulsmodulation eines optischen Trägers verwendet wird. Pulsmodulationsgeschwindigkeiten in der Höhe von ein GHz(Gigahertz)sind gegenwärtig verfügbar. Bei so hohen Pulsfrequenzen können Drahtsegmente, die Längen von etwa einem Millimeter oder weniger aufweisen, eine starke magnetische Kopplung für das Übersprechen zwischen den Drahtsegmenten aufweisen.
• Als Beispiel für den Aufbau elektrischer Schaltungen mit Leiterplatten offenbart das US Patent 4 758 805 von Yamazaki et al in den Fig. 7 und 19 Verbindungen in der Form von Teilschleifen von Anschlußstiften zu leitenden Streifen auf einer Leiterplatte. Ein ähnlicher Aufbau ist in den Fig. 2 und 8 des US Patentes 4 782 310 von Saburi et al dargestellt.
• Im US Patent 3 963 920 ist ein integriertes System zur Umwandlung optischer in elektrische Signale und ein Gerät dafür offenbart. In WO 83/04157 ist ein Gerät offenbart, das dazu gedacht ist, ein elektronisches Bauelement und/oder eine Schaltung, die mit der Halterung der letzteren integriert ist, vor Störungen (Spannungen) zu schützen, die durch ein äußeres elektromagnetisches Feld erzeugt werden. Beide Strukturen haben verschiedene Nachteile.
• Das vorher erwähnte Problem wird überwunden und andere Vorteile werden bereitgestellt durch ein System zum Verbinden von Bauelementen auf einer Leiterplatte, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, bei dem Verbindungen hergestellt werden sowohl durch leitende Streifen auf einer Fläche der Platte als auch durch Drahtsegmente, die im Abstand von der Leiterplatte angeordnet sind.Gemäß der Erfindung liefert das System eine Modifikation von Verbindungen durch Drahtsegmente durch serielles Verbinden jedes Drahtsegmentes mit einer Konfiguration von Streifenleitern, die für eine gegenseitige magnetische Kopplung zwischen benachbarten Signalkanälen sorgt, die von entgegengesetztem Sinn zu einer gegenseitigen Kopplung zwischen den Drahtsegmenten ist. Durch die Einführung sowohl positiver als auch negativer Koeffizienten der Gegeninduktivität gibt es eine bedeutsame Aufhebung des Obersprechens. Während es theoretisch möglich ist, die gegenseitige Kopplung und das Übersprechen vollständig aufzuheben, gibt es in der Praxis beim Aufbau der Schaltung eines elektrooptischen Senders mit mehreren Kanälen eine gewisse Variation bei der Konfiguration der verschiedenen Drahtsegmentteile, so daß die entgegengesetzte gegenseitige Kopplung, die innerhalb der Konfiguration der leitenden Streifen gebildet wird, nicht vollständig die gegenseitige Kopplung zwischen den Drahtsegmenten ausgleichen und kompensieren kann. Daher kann das Verbindungssystem nach der Erfindung eine bedeutende Aufhebung der gegenseitigen Kopplung und des Übersprechens erreichen.
• Die mit dem Aufbau der kompensierenden gegenseitigen Kopplung verbundene Methodik kann wie folgt erklärt werden. Eine Gruppierung von Drahtsegmenten, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei jedes Drahtsegment Teil eines Übertragungskanales für elektrooptische Signale ist, kann als eine Gruppierung von Schleifen oder Teilschleifen angesehen werden, die in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind. Die Ebenen sind senkrecht zu der metallplattierten Oberfläche der Leiterplatte. Diese Anordnung der Schleifen ist ähnlich der koaxialen Anordnung der Drahtschleifen in einem Solenoid, bei dem ein magnetisches Feld Flußlinien aufweist, die es durchsetzen und die entsprechenden Drahtschleifen in dem Solenoid gleichmäßig verketten. Wie bekannt sind in solch einer Konfiguration von Schleifen die Koeffizienten der Induktivität und der gegenseitigen Kopplung beide positiv. Es gibt jedoch eine alternative Konfiguration, die durch Betrachten des Falles zweier Schleifen des oben erwähnten Solenoids betrachtet werden kann. Durch Verschieben einer der beiden Schleifen relativ zu der anderen Schleife, so daß die beiden Schleifen Seite an Seite in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und die Richtungen des positiven Stromflusses (im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn) in beiden Schleifen als gleich beibehalten werden, ist es offensichtlich, daß ein in einer ersten der Schleifen induziertes Magnetfeld sich in einem kreisförmigen Pfad krümmen muß, um die zweite Schleife aufzunehmen. Daher durchsetzt das Magnetfeld die zweite Schleife in der zum vorherigen Fall umgekehrten Richtung. Dies hat eine negative Gegeninduktivität zur Folge.
• Die Entwicklung der gewünschten kompensierenden Gegeninduktivität wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erreicht durch Atzen elektrisch leitender Kontaktflächen in der Metallfolie, die als Plattierung der Leiterplatte dient. Das Ätzen liefert eine Einfassung, die jede Kontaktfläche abgrenzt und die Kontaktfläche vom Rest der Plattierung isoliert. Bei der Anordnung paralleler Signalkanäle sind die Kontaktflächen Seite an Seite angeordnet, wobei jede Kontaktfläche von ihrer isolierenden Einfassung umgeben ist, und die Einfassungen aufeinanderfolgender Kontaktflächen durch elektrisch leitende Streifen getrennt sind. Jeder elektrisch leitende Streifen dient als ein Pfad für das Übertragen von Strom zwischen Schaltungsmodulen der entsprechenden Signalkanäle.
• Jedes Drahtsegment erstreckt sich, anstatt sich über die volle Entfernung von einem Schaltungsmodul bis zum nächsten Schaltungsmodul in dem Signalkanal zu erstrecken, nur soweit wie ein Ende der leitenden Kontaktfläche in dem Signalkanal. Darauf fließt der Strom aus dem Drahtsegment längs der Kontaktfläche über eine vorgegebene Entfernung, wonach der Strom von der Kontaktfläche zu dem nächsten Bauelement geleitet wird. Die Verbindung von der Kontaktfläche zu dem nächsten Bauelement kann entweder durch eine weitere Schleife oder eine Teilschleife des Drahtsegmentes ausgeführt werden oder kann durch einen Streifenleiter ausgeführt werden, der sich von der Kontaktfläche zu dem nächsten Schaltungsmodul erstreckt. Strom, der durch eine Drahtschleife in einem Signalkanal fließt, fließt über die Schleife in einer Ebene senkrecht zu der plattierten Oberfläche der Leiterplatte. Jedoch fließt Strom, der zu dem nächsten Bauelement über die Kontaktfläche weiterfließt, in der Ebene der Plattierung. Strom, der von dem voraufgehenden Bauelement über den leitenden Streifen zwischen benachbarten Einfassungen zurückfließt, fließt auch innerhalb der Ebene der Plattierung. Die ab- und zurückfließenden Ströme sind in der Nachbarschaft der Kontaktfläche koplanar und erzeugen effektiv eine Stromschleife, die parallel zu der plattierten Fläche der Leiterplatte angeordnet ist.
• Die oben beschriebene Ausbildung der zwei Schleifen in jedem Kanal sorgt für eine Schleife, die senkrecht zu der plattierten Fläche ist, und für eine zweite Schleife, die parallel zu der plattierten Fläche der Leiterplatte ist. Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Kanäle parallel zueinander angeordnet sind, können die Schleifen, die senkrecht zu der plattierten Fläche angeordnet sind, elektrisch in Form einer positiven gegenseitigen magnetischen Kopplung beschrieben werden, während die Schleifen der nachfolgenden Kanäle, die parallel zu der plattierten Fläche liegen, elektrisch gekennzeichnet werden können als solche mit einer negativen gegenseitigen magnetischen Kopplung. Die Schleifen, die parallel zu der plattierten Fläche liegen, können verlängert werden und können verbreitert werden, um für eine geometrische Konfiguration zu sorgen, die einen gewünschten Betrag an gegenseitiger Kopplung aufweist, um die gegenseitige Kopplung der Gruppen von Drahtsegmenten aufzuheben.
• Insbesondere wächst die gegenseitige Kopplung mit wachsender Länge eines Segmentes der isolierenden Einfassung, die zwischen den leitenden Streifen und der Kontaktfläche in jedem Kanal liegt, und wächst ebenfalls mit wachsender Breite des Einfassungssegmentes. Dies stimmt mit der allgemeinen Theorie der gegenseitigen Kopplung überein, nach der die Kopplung proportional zu dem Betrag des magnetischen Flusses ist, der jede Schleife verkettet. Daher können durch Benutzen einer vorgegebenen Länge für jedes der Drahtsegmente bei der Ausbildung der Drahtschleifen senkrecht zu der plattierten Fläche die Abmessungen der Kontaktflächen, die Abmessungen der isolierenden Einfassungen, die die betreffenden Kontaktflächen umgeben, und die Dimensionen der leitenden Streifen, die die benachbarten Einfassungen der betreffenden Kontaktflächen trennen, ausgewählt werden, um für den erforderlichen Betrag an gegenseitiger Kopplung zu sorgen, um die gegenseitige Kopplung unter den Drahtschleifen aufzuheben. Daher erreicht die Erfindung ihr Ziel, die unerwünschte gegenseitige Kopplung und das damit verbundene Übersprechen zwischen benachbarten Signalkanälen im wesentlichen aufzuheben.
• Die genannten Aspekte und andere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert, in der:
• Fig. 1 eine vereinfachte, teilweise stilisierte perspektivische Ansicht eines elektrooptischen Übertragungssystems mit Modulen für elektronische Bauelemente ist, die von einer Leiterplatte getragen werden, und in dem elektrische Verbindungen sowohl durch Drahtschleifen als auch Streifenleiter gemäß der Erfindung hergestellt werden,
• Fig. 2 eine Draufsicht auf einen vergrößerten fragmentarischen Teil der Fig. 1 ist, wobei wichtige Abmessungen der Struktur der Kontaktfläche darin gekennzeichnet sind,
• Fign.3A und 3B zusammen die magnetische Kopplung mit einer positiven und negativen gegeseitigen Induktivität zwischen einem Paar elektrisch leitender Drahtschleifen demonstrieren, die in verschiedenen Konfigurationen der Lage relativ zueinander angeordnet sind, und
• Fig. 4 eine teilweise stilisierte Draufsicht eines zu der Struktur der Fig. 2 alternativen Ausführungsbeispieles zeigt.
• Es wird auf die Fign. 1 -2 Bezug genommen. Darin ist eine Schaltung 10 in dem Sendeteil eines elektrooptischen Übertragungssystems 12 dargestellt, wobei die Schaltung auf einer Leiterplatte 14 aufgebaut ist und Schaltungsmodule 16 (Laser-Treibermodule) einschließt, die auf einer Oberseite 18 der Leiterplatte 14 aufliegen. Der Ausdruck "Oberseite" wird der Einfachheithalber beim Beschreiben der Leiterplatte 14, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, benutzt, wobei es sich versteht, daß in der Praxis die Leiterplatte 14 horizontal, vertikal oder in irgendeiner anderen Orientierung ausgerichtet sein kann. Die Leiterplatte 14 ist aus elektrisch isolierendem, dielektrischem Material gebildet, wie etwa in Epoxid eingebetteten Glasfasern als Beispiel oder aus einem Siliziumsubstrat als weiteres Beispiel und schließt eine elektrisch leitende Plattierung 20 ein, die zumindest einen Teil der Oberseite 18 bedeckt.
• Typischerweise ist die Plattierung 20 aus einer dünnen Metallfolie, wie etwa einer Kupferfolie, gebildet.
• Ebenfalls ist ein Satz von Festkörperlasern 22 in der Schaltung eingeschlossen, wobei jeder Laser 22 typischerweise aus einer Diode aus Gallium-Aluminium-Arsenid gebildet ist. Jeder der Laser 22 ist in modularer Form aufgebaut und kann durch die Platte 14 oder eine separate (nicht dargestellte) Auflage getragen werden, die koplanar mit der Platte 14 ist. Jeder Laser 22 hat zwei elektrische Anschlüsse, nämlich einen ersten Anschluß 24, der sich in einem oberen Teil des Lasers 22 befindet, und einen zweiten Anschluß 26, der sich an einem Bodenteil des Lasers 22 befindet. Elektrischer Strom wird dem Laser 22 über die Anschlüsse 24 und 26 zugeführt zur Aktivierung des Lasers, um Strahlung auszusenden, die als Licht bezeichnet werden kann, obgleich solche Strahlung zum Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums gehören kann, wobei eine typische Wellenlänge 840 Nanometer beträgt.
• Das Übertragungssystem 12 schließt ein Glasfaserkabel 28 ein, das einzelne Fasern 30 besitzt, die optisch mit entsprechenden der Laser 22 gekoppelt sind. Jeder der Laser 22 hat einen (in den Figuren nicht dargestellten) Ausgangsanschluß, durch den Licht emittiert wird, um auf eine Endfläche 32 einer entsprechenden Glasfaser 30 aufzutreffen, die vor dem Laserausgangsanschluß angeordnet ist. Die Fasern 30 und das Kabel 28 werden durch eine geeignete Auflage 34 in ihrer Position gehalten, die auf der Platte 14 oder auf einem anderen (nicht dargestellten) Aufbau neben der Platte 14 stehen kann.
• Jeder der Schaltungsmodule 16 kann mit einem (nicht dargestellten) Satz von zahlreichen Kontakten versehen sein, um eine elektrische Verbindung mit anderen Schaltungselementen, einschließlich der Stromversorgungen und Signalgeneratoren, herzustellen, die in der Zeichnung weggelassen wurden, um die Darstellung der erfinderischen Merkmale der Schaltung 10 zu erleichtern. Elektrische Verbindung mit solchen Kontakten kann durch elektrische Streifenleiter hergestellt werden, die innerhalb der Plattierung 20 gemäß beim Aufbau von Leiterplatten gut bekannten Herstellungsverfahren gebildet wurden. Von besonderem Interesse beim Praktizieren der Erfindung ist die Tatsache, daß jeder Schaltungsmodul 16 ein Paar von Ausgangsanschlüssen aufweist, nämlich einen ersten Anschluß 36, der sich auf einer Oberseite des Moduls 16 befindet, und einen zweiten Anschluß 38, der sich am Boden des Moduls 16 befindet, um elektrischen Treiberstrom zum Aktivieren des Lasers 22 abzugeben. Gemäß der Erfindung liefert jeder der Schaltungsmodule 16 Strom zu einem einzigen der Laser 22. Die Verbindung der Anschlüsse 36 und 38 eines Moduls 16 mit den Anschlüssen 24 bzw. 26 des entsprechenden Lasers 22 wird wie folgt hergestellt, um für einen Pfad für den Stromfluß zwischen dem Modul 16 und dem Laser 22 zu sorgen. Der Strom fließt längs dieses Pfades von dem ersten Anschluß 36 des Moduls 16 zu dem ersten Anschluß 24 des Lasers 22 und kehrt zu dem Modul 16 von dem zweiten Anschluß 26 des Lasers 22 zu dem zweiten Anschluß 38 des Moduls 16 zurück. Die Verbindung des ersten Anschlusses 36 mit dem ersten Anschluß 24 erfolgt durch eine serielle Verbindung eines Ausgangsleiters 40 einer elektrisch leitenden Kontaktfläche 42 und einem Eingangsleiter 44.
• Die Kontaktfläche 42 wird aus Material der Plattierung 20 gebildet und ist als eine Insel ausgebildet, die von einer elektrisch isolierenden Einfassung 46 umgeben ist, die die Kontaktfläche 42 von dem Rest der Plattierung 20 trennt. Die Einfassung 46 wird durch Wegätzen des metallischen Materials der Plattierung 20 gebildet und kann als ein leerer Trog (wie in der Zeichnung abgebildet) stehengelassen werden oder kann mit elektrisch isolierendem Vergußmaterial, wie etwa Epoxid, gefüllt werden. Die Verbindung zwischen jedem der Module 16 und seinem entsprechenden Laser 22 wird in der gleichen Weise hergestellt, wobei eine Kontaktfläche 42 zwischen jedem der Module 16 und seinem entsprechenden Laser 22 angeordnet ist.
• Daher sind, wie in den Fign. 1-2 dargestellt, die Kontaktflächen 42 Seite an Seite in einer Anordnung angeordnet, wobei jede Kontaktfläche 42 von ihrer Einfasssung umgeben ist. Die Einfassung 46 einer der Kontaktflächen 42 ist durch einen elektrisch leitenden Streifen 48 von der Einfassung 46 der nächsten Kontaktfläche 42 getrennt. Der leitende Streifen 48 dient als Rückleitungspfad und stellt eine Verbindung zwischen dem zweiten Anschluß 26 eines Lasers 22 und dem zweiten Anschluß 38 des entsprechenden Moduls 16 her. Der Rückleitungspfad für den Strom, der durch einen Streifen 48 gebildet wird, befindet sich an der rechten Seite der Kontaktfläche 42, um für die gleiche Konfiguration der Verbindungsstruktur zwischen jedem der Module 16 und ihren entsprechenden Lasern 22 zu sorgen. Jeder Modul 16 kann mit seinem Laser 22 und der Verbindungsstruktur als ein Signalkanal 50 betrachtet werden. Falls erwünscht, können die Rückpfade für den Strom, die durch die Streifen 48 gebildet werden, an der linken Seite jeder der Kontaktflächen 42 angeordnet werden (nicht dargestellt); es ist jedoch bei der Anwendung der Erfindung wichtig, daß der Rückweg für den Strom, der durch den Streifen 48 bereitgestellt wird, sich an derselben Seite der Kontaktfläche 42 in jedem der Signalkanäle 50 befindet.
• Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein Teil des Moduls 16 weggeschnitten worden, um die Verbindung des zweiten Anschlusses 38 mit der Plattierung 20 und dem Streifen 48 zu zeigen, der aus der Plattierung 20 gebildet wurde. Die Ausgangsleitung 40 des Moduls 16 erstreckt sich von dem ersten Anschluß 36 des Moduls 16 zu einem ersten Endteil der Kontaktfläche 42, auf die als Vorderseite Bezug genommen wird. Der Eingangsleiter 44 erstreckt sich von einem zweiten Endteil der Kontaktfläche 42, auf den als Rückseite Bezug genommen wird, zu dem ersten Anschluß 24 des Lasers 22. Ein Teil des Lasers 22 ist weggeschnitten, um den zweiten Anschluß 26 und seine Verbindung zu einem vergrößerten distalen Ende 52 des Streifens 48 zu zeigen. Das distale Ende 52 ist vergrößert worden, um das Anbringen des zweiten Anschlusses 26 auf dem Streifen 48 zu erleichtern. Es sei bemerkt, daß das distale Ende 52 von dem Rest der Plattierung 20 durch eine elektrisch isolierende Begrenzung 54 getrennt ist, die sich von der Einfassung 46 einer Kontaktfläche 42 in einem Signalkanal 50 zu der Einfassung 48 der Kontaktfläche 42 in dem nächsten Signalkanal erstreckt. Vorzugsweise wird die Begrenzung 54 durch Wegätzen von Material der Plattierung 20 gebildet, um einen Trog zu bilden. Die Begrenzung 54 kann in der Form eines offenen Troges belassen werden oder mit elektrisch isolierendem Vergußmaterial, wie etwa Epoxid, gefüllt werden.
• Zwecks alternativer Ausführungsbeispiele für die Ausbildung der Erfindung sei bemerkt, daß bei einem experimentellen Modell der Erfindung die Begrenzungen 54 nicht gebildet wurden und die distalen Enden 52 der Streifen 48 elektrischen Kontakt mit dem Rest der Plattierung 20 hatten. Als Folge würde der elektrische Rückstrom des Lasers 22 aufgrund des spezifischen Widerstandes der Metallplattierung 20 hauptsächlich über den Streifen 48, der dem zweiten Anschluß 26 am nächsten liegt, und den zweiten Anschluß 38 des Signalkanals 50 fließen. Jedoch würde der Rückstrom auch durch andere der Streifen 48 fließen. Trotzdem erzeugte dieses experimentelle Modell der Erfindung eine nützliche Aufhebung der Gegeninduktivität zwischen den Signalkanälen, da ein größerer Teil des Stromes durch einen der Streifen 48 fließt. Um jedoch eine genauere Beeinflussung des Aufhebens der Gegeninduktivität zu erhalten, ist es vorzuziehen, wohldefinierte Pfade des Stromflußes zu haben. Solche wohldefinierten Pfade erhält man durch eine Ausbildung der Begrenzung 54, wie das in den Fign. 1 und 2 dargestellt ist, um sicherzustellen, daß der gesamte Rückstrom eines Lasers 22 innerhalb des Streifens 48 des Signalkanals 50 fließt statt daß er unter andere der Streifen 48 verteilt wird. Demgemäß ist die Begrenzung 54 in jedem der Signalkanäle 50 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen.
• Jeder der Ausgangsleiter 40 und jeder der Eingangsleiter 44 ist in dem Ausführungsbeispiel aus einer Teilschleife eines elektrisch leitenden Materials, wie etwa einem Kupferdraht, aufgebaut, und ist in einer Ebene, z.B. der Ebene 56, orientiert, die senkrecht zu der Oberseite 18 der Platte 14 ist. Die Drahtschleifen der Ausgangsleiter 40 sind Seite an Seite in einer Gruppierung angeordnet.In gleicher Weise sind die Drahtschleifen der Eingangsleiter 44 Seite an Seite in einer Gruppierung angeordnet. Die Anordnung der Drahtschleifen der Ausgangsleiter 40 erlaubt das Erzeugen von Magnetfeldern, die durch Ströme erzeugt werden, die in den Ausgangsleitern 40 fließen, wobei die Magnetfelder einen Fluß aufweisen, der die Schleifen verkettet, um für einen positiven Koeffizienten der gegenseitigen Kopplung zu sorgen. In ähnlicher Weise erzeugen Ströme, die in den Eingangsleitern 44 fließen, einen magnetischen Fluß, der die Schleifen so verkettet, daß er für einen positiven Koeffizienten der gegenseitigen Kopplung sorgt.
• In jedem der Signalkanäle 50 gibt es eine Teilschleife 58 in der Ebene der Plattierung 20, die in Fig. 1 durch eine Strichlinie dargestellt ist, in der der Strom zu einem Laser 22 längs einer Seite einer isolierenden Einfassung 46 fließt, und von dem Laser 22 längs der gegenüberliegenden Seite der isolierenden Einfassung 46 zurückfließt. Die Richtungen des Stromflußes sind durch Pfeile in der Schleife 58 angegeben. Zu Erleichterung der Beschreibung wird auf die Teilschleife lediglich als auf eine Schleife Bezug genommen, wobei es sich versteht, daß die Schleife aus nur zwei parallelen Strompfaden besteht, die parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten eines Segmentes einer Begrenzung 46 angeordnet sind. In jedem der Signalkanäle 50 fließt der Strom im Uhrzeigersinn in jede der Schleifen 58.
• Das Fließen von Strömen in den Schleifen 58 erzeugt einen magnetischen Fluß, der die Schleifen in einer Richtung durchsetzt, die normal zu der Ebene der Plattierung 20 ist,und läuft in einer Flußpfadebene senkrecht zu der Plattierungsebene um, um eine benachbarte Schleife 58 aufzunehmen, um für einen Koeffizienten der gegenseitigen Kopplung zu sorgen, der negativ ist. Daher werden benachbarte Signalkanäle 50 magnetisch verkettet durch sowohl positive als auch negative Komponenten der Gegeninduktivität. Durch Einrichten der Länge und Breite des Segmentes der Einfassung 46 in jeder Schleife 58 können die negative und die positive Komponente der Gegeninduktivität gleichgemacht werden, so daß sie sich aufheben. Das Aufheben der Gegeninduktivität ist ein Hauptmerkmal der Erfindung, das das Übersprechen zwischen den verschiedenen Signalkanälen 50 bedeutend verringert.
• Das Aufheben der Gegeninduktivität ist unter Bezugnahme auf die Fign. 3A und 3B demonstriert. In Fig. 3A sind zwei Drahtschleifen 60 und 62 koaxial zueinander um eine Achse 64 angeordnet und sind benachbart zueinander, eine über der anderen, angeordnet. Ströme fließen im positiven Sinn in jeder der Schleifen 60 und 62 im Gegenuhrzeigersinn, wie das durch die Pfeile an jeder der Schleifen angegeben ist. In Fig. 3B ist die Schleife 62 nach links verschoben und neben die Schleife 60 und koplanar zu ihr gesetzt worden. Der positive Sinn des Stromflußes bleibt in jeder der Schleifen 60 und 62 der Gegenuhrzeigersinn, wie das durch die Pfeile der Schleifen angegeben ist. In Fig. 3A ist der magnetische Fluß, der durch den Strom in jeder der beiden Schleifen erzeugt wird, längs der Achse 64 nach unten gerichtet und verkettet beide der Schleifen 60 und 62. In Fig. 3B ist der durch den Strom in der Schleife 60 erzeugte Fluß nach unten durch die Schleife 60 gerichtet und verläuft längs eines gekrümmten Pfades, um die Schleife 62 in der Aufwärtsrichtung zu durchsetzen. Dies ist das Gegenteil der in Fig. 3A dargestellten Situation, bei der der durch den Strom in der Schleife 60 erzeugte Fluß durch die Schleife 62 abwärts gerichtet ist. Als Ergebnis hat die Gegeninduktivität in der Situation nach Fig. 3A einen Sinn, der dem Sinn der Gegeninduktivität in der Situation nach Fig. 3B entgegengesetzt ist.
• In Fig. 3A wird als Antwort auf eine positive Änderung der Größe des Stromflußes in der Schleife 60 eine zurückwirkende elektromotorische Kraft induziert, die einen Spannungsabfall in der positiven Stromflußrichtung in der Schleife 60 erzeugt, was einen positiven Wert der Induktivität bedeutet. Es wird auch ein positiver Spannungsabfall in der Richtung des Stromes in der Schleife 62 erzeugt, was einen positiven Koeffizienten der Gegeninduktivität bedeutet. Im Gegensatz dazu erzeugt in der Situation nach Fig. 3B eine positive Zunahme des Stromflußes in der Schleife 60 einen positiven Spannungsabfall in der Schleife 62, der entgegengesetzt zur Richtung des positiven Stromflußes gerichtet ist, was einen negativen Koeffizienten der Gegeninduktivität bedeutet. Beim Vergleichen der beiden in den Fign. 3A und 3B dargestellten Situationen mit der Anordnung der elektrischen Leiter nach Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Anordnungen der Teilschleifen der Ausgangsleiter 40 und der Eingangsleiter 44 der Anordnung der Schleifen 60 und 62 der Fig. 3A entsprechen.
• Die Anordnung der Schleifen 58, die in der gemeinsamen Ebene der Plattierung 20 angeordnet sind, entspricht der Anordnung der Schleifen 60 und 62 in Fig. 3B. Daher erfahren die verschiedenen Signalkanäle 50 eine magnetische Kopplung über die positive Gegeninduktivität der Ausgangsleiter 40 und der Eingangsleiter 44, während sie eine magnetische Kopplung über die negative Gegeninduktivität in den Schleifen 58 erfahren. Wie oben bemerkt, werden gemäß der Erfindung die Dimensionen der stromleitenden Elemente in den Schleifen 58 so festgelegt, daß sie für eine Größe der negativen gegenseitigen Kopplung sorgen, die die positive gegenseitige Kopplung aufhebt, um eine bedeutende Verringerung des Übersprechens unter den Signalkanälen zu erzeugen.
• Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Schaltungsmodule 16 umgeordnet wurden, um den ersten Anschluß am Boden des Moduls 16 anzuordnen, wobei der erste Anschluß als 36A an seiner Stelle am Boden des Moduls 16 angegeben ist. Mit dieser Konfiguration der Module 16 werden die Ausgangsleiter 40 nach Fig. 2 eliminiert. Die Verbindung des ersten Anschlusses 36A in jedem der Module 16 wird hergestellt durch einen Streifenleiter 66, der aus dem Material der Plattierung 20 gebildet ist. Der Streifenleiter 66 erstreckt sich von dem Anschluß 36A zur Vorderseite der entsprechenden Kontaktfläche 42. Im Hinblick auf das Entfernen des Ausgangsleiters 40 gibt es weniger Kopplung des Magnetfeldes unter den Signalkanälen 50 durch die Gegeninduktivität mit dem positiven Koeffizienten. Demgemäß muß die Konfiguration jeder der Schleifen 58 geändert werden, um die Größe der Kopplung mit einem negativen Koeffizienten der Gegeninduktivität zu verringern.
• Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Konfiguration der Einfassung, die in Fig. 4 als Einfassung 46A angegeben ist, geändert worden gegenüber der Einfassung 46 nach den Fign. 1 und 2, um die neue Verbindung zwischen dem ersten Anschluß 36A und der Kontaktfläche 42 anzupassen. Darin ist die Länge der Kontaktfläche 42 zwischen dem vorderen und hinteren Teil der Kontaktfläche verringert, um für eine verringerte Kopplung zwischen den Schleifen 58 zu sorgen. Bei jeder Konfiguration der Ausführungsbeispiele nach den Fign. 1 und 4 sorgt die Erfindung für eine wesentliche Aufhebung der magnetischen Kopplung zur Verringerung des Übersprechens, um eine verbesserte digitale Nachrichtenverbindung mit verminderter Fehlerrate bereitzustellen.
• Es sei bemerkt, daß jede Anzahl von Signalkanälen 50 verwendet werden kann. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind in Fig. 2 nur drei der Kanäle dargestellt. Bei dem vorher erwähnten experimentellen Modell waren jedoch vier der Kanäle 50 aufgebaut. Viel mehr Kanäle können auf einer einzigen Leiterplatte aufgebaut werden, z.B. kann es zweiunddreißig Kanäle geben. Beim Aufbau des vorgenannten experimentellen Modells wurden die folgenden Dimensionen verwendet. Die Dimensionen sind in Fig. 2 angegeben, Der Abstand A der Mittellinien zwischen benachbarten Kanälen ist gleich 200 Mikrometer. Die Länge B eines Drahtsegmentes, das entweder als Leiter 40 oder 42 verwendet wird, ist gleich 500 Mikrometer, der Querschnitt des Drahtes ist quadratisch und mißt 25 Mikrometer auf einer Seite. Die Länge C einer Kontaktfläche 42 ist gleich 500 Mikrometer. Die Breite D einer Kontaktfläche 42 ist gleich 125 Mikrometer. Die Breite E eines Segmentes der Einfassung 46, die eine Kontaktfläche 42 umgibt, ist gleich 25 Mikrometer. Die Breite F des leitenden Streifens 48 zwischen den Einfassungen 46 aufeinanderfolgender Kontaktflächen 42 ist gleich 25 Mikrometer. Die Höhe G (Fig. 1) eines Lasers 22 ist gleich 150 Mikrometer, wobei dies etwa gleich der Höhe eines Schaltungsmoduls 16 ist.

Claims (4)

1. System zum elektrischen Verbinden jedes der Bauelemente einer ersten Gruppierung (16) von elektrischen Strom abgebenden Bauelementen an ein entsprechendes Bauelement einer zweiten Gruppierung (22) von elektrischen Strom aufnehmenden Bauelementen in solch einer Weise, daß eine Vielzahl paralleler, unabhängiger Signalkanäle gebildet wird, die im wesentlichen frei von Übersprechen untereinander sind, wobei das Verbindungssystem umfaßt:

eine Leiterplatte (14), die eine elektrisch leitende Plattierung (20) aufweist, die zur Bildung elektrisch leitender Pfade (42, 48) ausgeschnitten ist, auf der die erste Gruppierung (16) und die zweite Gruppierung (22) von elektrischen Bauelementen montiert sind, so daß sie einander gegenüberliegen,

eine Vielzahl von Drahtsegmenten (40), die im Abstand von der Leiterplatte und voneinander und Seite an Seite in einer Gruppierung angeordnet sind, wobei jedes der Drahtsegmente ein erstes und ein zweites Ende aufweist, und die ersten Enden der Drahtsegmente mit einem ersten Anschluß (36) an jedem der betreffenden Bauelemente der ersten Gruppierung (16) verbunden sind,

eine Vielzahl von länglichen, elektrisch leitenden Kontaktflächen (42), die als Inseln in der Plattierung gebildet sind, Seite an Seite und im Abstand in einer Gruppierung angeordnet sind, die der Gruppierung der Drahtsegmente gegenüberliegt, wobei jede der länglichen Kontaktflächen von einer isolierenden Einfassung (46) umgeben ist, die die Kontaktfläche von dem Rest der Plattierung isoliert, und jede der länglichen Kontaktflächen einen ersten Endteil und einen zweiten Endteil gegenüber dem ersten Endteil aufweist, wobei die ersten Endteile der Kontaktflächen mit dem zweiten Ende jedes der entsprechenden Drahtsegmente der Gruppierung von Drahtsegmenten verbunden sind, und die zweiten Endteile der Kontaktflächen mit einem ersten Anschluß (24) an jedem der entsprechenden Bauelemente der zweiten Gruppierung (22) verbunden sind, wodurch das Abgeben von elektrischen Stromsignalen von jedem Bauelement der ersten Gruppierung zu einem entsprechenden Bauelement der zweiten Gruppierung über das Drahtelement und die leitende Kontaktfläche, die dazwischen in Reihe geschaltet sind, ermöglicht wird ,und

eine Gruppierung elektrisch leitender Streifen (48) , die in der Plattierung gebildet sind und zwischen aufeinanderfolgenden der länglichen, leitenden Kontaktflächen angeordnet sind, wobei die isolierenden Einfassungen voneinander durch die leitenden Streifen getrennt sind, und die leitenden Streifen sich von der zweiten Gruppierung (22) von Bauelementen zu der ersten Gruppierung (16) von Bauelementen erstrecken, um für die elektrische Verbindung zwischen einem zweiten Anschluß (26) an jedem Bauelement der zweiten Gruppierung und einem zweiten Anschluß (38) an jedem entsprechenden Bauelement der ersten Gruppierung zu sorgen, wodurch die Rückleitung des elektrischen Stromes von jedem Bauelement der zweiten Gruppierung zu dem entsprechenden Bauelement der ersten Gruppierung ermöglicht wird, und jeder der leitenden Streifen daher für das Rückleiten des elektrischen Stromes geeignet ist und deshalb in Kombination mit dem entsprechenden einen der seriell verbundenen Drahtsegmente und leitenden Kontaktflächen, die so für das Liefern von elektrischem Strom geeignet sind, einen entsprechenden der parallelen unabhängigen Signalkanäle bildet,

wobei jedes der Drahtsegmente so angeordnet ist, daß es eine erste Teilschleife bildet, die in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der Plattierung angeordnet ist, und die ersten Schleifen für eine magnetische Kopplung mit einer ersten Gegeninduktivität unter aufeinanderfolgenden der Drahtsegmente sorgen, und wobei es in jedem Signalkanal ein Segment eines leitenden Streifens gibt, der für die Rückleitung des elektrischen Stromes geeignet ist, das der länglichen, leitenden Kontaktfläche benachbart ist, die für das Abgeben des elektrischen Stromes geeignet ist, wobei jedes der leitenden Streifensegmente in Kombination mit seiner länglichen, leitenden Kontaktfläche eine zweite Teilschleife (58) definiert, die parallel zu der Plattierungsebene liegt, und die zweiten Schleifen für eine magnetische Kopplung mit einer zweiten Gegeninduktivität unter aufeinanderfolgenden der zweiten Schleifen sorgen, wobei die zweite Gegeninduktivität dazu neigt, die erste Gegeninduktivität zur Verhinderung von Übersprechen zwischen den Signalkanälen aufzuheben.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die länglichen Kontaktflächen eine rechteckige Form aufweisen.

3. System nach Anspruch 2, weiter enthaltend eine zweite Vielzahl von Drahtsegmenten (44), die im Abstand von der Leiterplatte und voneinander und Seite an Seite in einer Gruppierung angeordnet sind, die der Gruppierung von länglichen, leitenden Kontaktflächen gegenüberliegt, wobei jedes der Drahtsegmente der zweiten Vielzahl von Drahtsegmenten ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, und die Drahtsegmente für das Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den zweiten Endteilen der länglichen, leitenden Kontaktflächen und dem ersten Anschluß jedes der entsprechenden Bauelemente der zweiten Gruppierung geeignet sind, und die Drahtsegmente zu diesem Zweck mit ihren ersten Enden mit dem zweiten Endteil jeder der entsprechenden Kontaktflächen der zweiten Gruppierung von Kontaktflächen verbunden sind, und ihre zweiten Enden mit dem ersten Anschluß (24) an jedem der entsprechenden Bauelemente der zweiten Gruppierung (22) verbunden sind.

4. Elektrooptischer Sender zur Erzeugung und Übertragung von optischen Signalen über Glasfasern, wobei der Sender einschließt:

eine Platine (14), die eine elektrisch leitende Plattierung (20) darauf aufweist, die ausgeschnitten ist, um elektrisch leitende Pfade zu bilden,

eine Gruppierung von Festkörperlasern (22), die auf der Leiterplatte angeordnet sind, um Licht einer Gruppierung von Glasfasern (30) zuzuführen,

eine Gruppierung von Laser-Treibermodulen (16), die auf der Leiterplatte vor der Gruppierung von Lasern angeordnet sind, und

ein System zum Verbinden jedes der Treiber (16) mit einem entsprechenden Laser (22) zum Anregen des Lasers für das Erzeugen von Lichtsignalen, in solch einer Weise, daß eine Vielzahl paralleler unabhängiger Signalkanäle gebildet wird, die im wesentlichen frei von Übersprechen untereinander sind, wobei das Verbindungssystem umfaßt

- eine Vielzahl von Drahtsegmenten (40), die in einem Abstand von der Leiterplatte und voneinander und Seite an Seite in einer Gruppierung angeordnet sind, wobei jedes der Drahtsegmente ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, und die ersten Enden der Drahtsegmente mit einem ersten Anschluß (36) jedes der entsprechenden Treiber (16) verbunden sind,

- eine Vielzahl länglicher, elektrisch leitender Kontaktflächen (42), die als Inseln in der Plattierung gebildet sind, Seite an Seite und mit Abstand in einer Gruppierung angeordnet sind,die der Gruppierung von Drahtsegmenten gegenüberliegt, wobei jede der länglichen Kontaktflächen von einer isolierenden Einfassung (46) umgeben ist, die die Kontaktfläche von dem Rest der Plattierung isoliert,und jede der länglichen Kontaktflächen einen ersten Endteil und einen zweiten Endteil gegenüber dem ersten Endteil aufweist, wobei die ersten Endteile der Kontaktflächen mit dem zweiten Ende jedes der entsprechenden Drahtsegmente der Gruppierung von Drahtsegmenten verbunden sind, und die zweiten Endteile der Kontaktflächen mit einem ersten Anschluß (24) an jedem der Laser (22) verbunden sind, wodurch die Abgabe von elektrischen Stromsignalen von jedem Treiber an einen entsprechenden Laser über das Drahtsegment und die leitende Kontaktfläche, die dazwischen seriell verbunden sind, ermöglicht wird, und

- eine Gruppierung elektrisch leitender Streifen (48), die in der Plattierung gebildet und zwischen aufeinanderfolgenden der länglichen, leitenden Kontaktflächen angeordnet sind, wobei die isolierenden Einfassungen voneinander durch die leitenden Streifen getrennt sind, die leitenden Streifen sich von den Lasern (22) zu den Treibern (16) erstrecken, um für eine elektrische Verbindung zwischen einem zweiten Anschluß (26) an jedem der Laser und einem zweiten Anschluß (38) an einem entsprechenden jedes der Treiber zu sorgen, wodurch die Rückleitung von elektrischem Strom von jedem Laser zu dem entsprechenden Treiber ermöglicht wird, und auf diese Weise in Kombination mit dem entsprechenden der seriell miteinander verbundenen Drahtsegmente und leitenden Kontaktflächen, die für das Abgeben des elektrischen Stromes geeignet sind, ein entsprechender der parallelen unabhängigen Signalkanäle gebildet wird,

wobei jedes der Drahtsegmente so angeordnet ist, daß es eine erste Teilschleife bildet, die in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der Plattierung angeordnet ist, und die ersten Schleifen eine magnetische Kopplung mit einer ersten Gegeninduktivität unter aufeinanderfolgenden der Drahtsegmente bilden, und bei dem in jedem Signalkanal ein Segment des leitenden Streifens für die Rückleitung des eletrischen Stromes geeignet ist, das zur länglichen, leitenden Kontaktfläche benachbart ist, die für das Liefern des elektrischen Stromes geeignet ist, wobei jedes leitende Streifensegment in Kombination mit der länglichen leitenden Kontaktfläche eine zweite Teilschleife (58) parallel zu der Plattierungsebene definiert, und die zweiten Schleifen für eine magnetische Kopplung mit einer zweiten Gegeninduktivität unter aufeinanderfolgenden der zweiten Schleifen sorgen, und die zweite Gegeninduktivität dazu neigt, die erste Gegeninduktivität zur Verhinderung von Übersprechen unter den Signalkanälen aufzuheben.