WO2010102797A1 - Einrichtung zur verminderung des signalrauschens - Google Patents

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Frank Vogelsang
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    • H05K9/0066—Constructional details of transient suppressor
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    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03H2001/0021—Constructional details
    • H03H2001/0057—Constructional details comprising magnetic material

Definitions

  • the invention has for its object to provide a simple way to reduce the signal noise in an electrical signal transmitting electrical component.
  • any type of electrical component is understood in which time-varying electrical voltage or current signals occur.
  • this also electromechanical and electronic components are understood.
  • Signal noise is generally understood to mean a disturbance variable with a wide non-specific frequency spectrum.
  • the signal noise can be generated by internal and external noise sources.
  • Various causes of internal noise sources are already known from the literature, such.
  • Thermal noise also known as Johnson noise, or shot noise.
  • Another internal noise source is the generation recombination noise in semiconductors.
  • External noise sources are z. B. electromagnetic interference sources (EMC), z. B. with 50 Hz AC voltage operated power lines, radio stations or electrical appliances. As an external noise source, the cosmic background noise is still known.
  • EMC electromagnetic interference sources
  • the magnetic field generator forms an effective shielding arrangement for the electrical component for shielding the electrical component against external interference radiation.
  • the electrical component is in the range of the magnetic field of the magnetic field generator. In this case, minor relative movements between the magnetic field generator and the electrical component are not detrimental to the effective operation of the invention.
  • the electrical component should be at least in the area in which the magnetic field is to be shielded, a substantially immovable arrangement with respect to the magnetic field generator or its magnetic field, so that it can be assumed that a static magnetic field.
  • the magnetic field generator generates a substantially static magnetic field.
  • the magnetic field generator can advantageously z. B. may be formed as a permanent magnet or having a permanent magnet.
  • permanent magnets In comparison with electromagnets, permanent magnets have the advantage that they do not require an electrical energy supply for generating the static magnetic field. Therefore, permanent magnets can easily be used to practice the invention in areas where no power supply is available for generating the magnetic field.
  • a permanent magnet consumes no electrical energy, so that permanent magnets are also advantageous in terms of low energy consumption.
  • the magnetic field generator has a spatial extent in a plane substantially perpendicular to the north pole-south pole axis of the magnetic field generator.
  • the magnetic field generator has at least one overlap region with the electrical component in the direction of observation along the north pole-south pole axis.
  • This has the advantage that at least a part of the electrical component, namely the part located in the overlap region, lies in the direct area of action of the magnetic field lines of the magnetic field generator.
  • the magnetic flux density is particularly high, so that a particularly effective reduction of the signal noise is achieved.
  • the magnet may be arranged, for example, directly above or below or in the electrical component.
  • the electrical component is designed as an electrical circuit board with a plurality of electrical components. trained.
  • it can be, for example, the circuit board of a hi-fi amplifier or radio receiver, which is arranged in an arrangement of an upper and a lower magnetic field generator. It is additionally advantageous to provide the electrical conductor tracks of the circuit board with silver. Compared to the usual copper coatings of printed circuit boards this further signal improvement of the signals to be transmitted is possible.
  • FIGS. 1 to 9 show various embodiments of signal noise reduction devices.
  • like reference numerals are used for corresponding elements.
  • an electrical component 6 is shown in which, for example, an interference radiation 7 generates an undesired signal noise.
  • the device 6 may, for. B. be an electrical line or an electronic component such as a semiconductor device.
  • a magnetic field generator 1 is arranged above the component 6, arranged.
  • the magnetic field generator 1 is formed for example as a permanent magnet.
  • the permanent magnet 1 has a north pole 2 and a south pole 3.
  • the permanent magnet 1 generates a magnetic field, which is shown in FIG. 1 on the basis of field lines 5.
  • the field lines run from the north pole 2 to the south pole 3.
  • the electrical component 6 is arranged relatively close under the permanent magnet 1, so that the magnetic field generated by the permanent magnet 1 with high magnetic flux density flows through the device 6.
  • the magnetic flux density B in the component 6 is 1.29 to 1.37 Tesla, while the magnetic flux density emitted by the electrical component 6, which is induced by the electrical signal, is approximately 0.3 Tesla. Accordingly, the theoretical, d. H. without the noise reduction occurring, caused by the signal noise portion of the emanating from the electrical component 6 magnetic flux density, e.g. at 0.1 Tesla.
  • an electrical component in the form of an electrical circuit board 9 is arranged between a magnetic field generator 1 and a further magnetic field generator 8.
  • the circuit board 9 has arranged thereon components such.
  • the magnetic field 5 generated by the magnetic field generators 1, 8 causes a reduction of the signal noise in the microprocessor 10, the resistor 11, the capacitor 12, the transistor 17 and the conductor tracks of the printed circuit board.
  • Fig. 7 is a similar arrangement as shown in Fig. 6, but with a plurality of ring magnets 1, which are arranged one behind the other.
  • each of the south pole 3 of a ring magnet is assigned to the north pole 2 of an adjacent ring magnet, so that there is a kind of magnetic series connection.
  • the series arrangement of the ring magnets 1 there is an effective reduction of the signal noise of the current signal (i (t)) flowing through the conductor 12.
  • FIG. 8 shows a further arrangement, which is similar to the arrangement of FIG. 7, in that the previously explained arrangement of ring magnets 1 and the line 12 guided through the openings 16 of the ring magnets 1 are also provided.
  • the lead 12 is a conductor in a cable 15.
  • the lead 15 may be formed as a shielded coaxial lead, for example, in which the lead 12 forms the inner conductor of the coaxial lead.
  • a connector 13, 14 is connected, which has a housing 13 and an electrical plug contact 14.
  • the connector is provided for insertion in a mating associated with a socket.
  • the plug contact 14 contacts a corresponding socket contact and thus establishes an electrical connection.
  • the ring magnets 1 are arranged within the housing 13 as shown in FIG. This is a compact feasible way to reduce the signal noise in electrical cables specified.
  • the electrical plug contact is designed as a permanent magnet with a pin-shaped design.
  • the permanent magnet 14 of the conductor 12 of the cable 15 is electrically connected, so that a signal transmission of the signals transmitted via the conductor 12 via the permanent magnet 14 and thus takes place on the corresponding contact of the associated socket.
  • the pin-shaped permanent magnet 14 may be disposed in a tube of conductive material, e.g. a tube of silver.
  • the ring magnets 1 can be arranged in this arrangement either inside or outside of the housing 13 of the connector.
  • the ring magnets 1 are arranged outside of the housing 13 adjacent to the housing. Furthermore, the housing 13 is made of a magnetizable material, such as a ferrous material. As a result, the transmission of the magnetic flux z. B. favors from the north pole of the pin-shaped permanent magnet 14 to its south pole. Another advantage is that by the arrangement of the ring magnets 1 outside the housing 13, the housing 13 can be further reduced, d. H. can be reduced in diameter and length.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung des Signalrauschens in einem elektrische Signale übertragenden elektrischen Bauelement (6, 9, 10, 11, 12, 13, 15). Es wird eine einfach herstellbare Möglichkeit zur Verminderung des Signalrauschens in einem elektrische Signale übertragenden elektrischen Bauelement angegeben. Hierzu ist wenigstens ein Magnetfelderzeuger (1, 8, 14) zur Erzeugung eines im Wesentlichen statischen Magnetfelds (5) vorgesehen, wobei das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11, 12, 13, 15) starr im Verhältnis zum Magnetfelderzeuger (1, 8, 14) angeordnet ist, derart dass die von dem Magnetfelderzeuger (1, 8, 14) auf das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11, 12, 13, 15) einwirkende magnetische Flussdichte (B) das Signalrauschen erheblich vermindert.

Description

Einrichtung zur Verminderung des Signalrauschens
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung des Signalrauschens in einem elektrische Signale übertragenden elektrischen Bauelement gemäß dem Patentanspruch 1.
In heutzutage verwendeten elektronischen Geräten wird überwiegend mit elektrischen Signalen, d. h. mit elektrischen Spannungen und Strömen, gearbeitet, die relativ klein und damit empfindlich gegen Störungen sind. Dennoch ist eine hohe Güte der Signalübertragung in vielen Bereichen wichtig. Beispielsweise im Bereich der Hifi-Geräte erzeugen auch geringe äußere Störsignale bereits unerwünschte Rausch- und Störanteile auf den Nutzsignalen. Zudem weisen heutige elektronische Schaltkreise auch ein nicht zu vernachlässigendes Eigenrauschen auf, durch das die Nutzsignale beeinträchtigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare Möglichkeit zur Verminderung des Signalrauschens in einem elektrische Signale übertragenden elektrischen Bauelement anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend sei als ein elektrische Signale übertragendes elektrisches Bauelement jede Art von elektrischem Bauelement verstanden, in dem zeitlich wechselnde elektrische Spannungs- oder Stromsignale auftreten. Insbesondere seien hierunter auch elektromechanische und elektronische Bauelemente verstanden. Beispielsweise werden als solche Bauelemente elektrische Steckverbinder, elektrische Leitungen, elektrische Schaltungen, z. B. in Form von bestückten Leiterplatten, oder einzelne elektrische oder elektronische Bauelemente wie Mikroprozessoren verstanden.
Unter einem Signalrauschen wird allgemein eine Störgröße mit breitem unspezifischem Frequenzspektrum verstanden. Das Signalrauschen kann durch innere und äußere Rauschquellen erzeugt werden. Verschiedene Ursachen innerer Rauschquellen sind bereits aus der Literatur bekannt, so z. B. das thermische Rauschen, auch als Johnson-Rauschen bekannt, oder das Schrot-Rauschen. Eine weitere interne Rauschquelle ist das Generations-Rekombinations- Rauschen in Halbleitern. Äußere Rauschquellen sind z. B. elektromagnetische Störquellen (EMV), z. B. mit 50 Hz Wechselspannung betriebene Stromleitungen, Rundfunksender oder elektrische Hausgeräte. Als äußere Rauschquelle ist weiterhin das kosmische Hintergrundrauschen bekannt.
Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine signifikante Verminderung des z.B. durch die zuvor genannten Rauschquellen hervorgerufenen Signalrauschens mittels eines Magnetfelderzeugers, der in vorteilhafter Weise in bestimmter Art bezüglich des elektrischen Bauelements angeordnet ist. Die Anordnung erfolgt vorteilhaft derart, dass die von dem Magnetfelderzeuger auf das elektrische Bauelement einwirkende magnetische Flussdichte (B) erheblich größer ist als die von den elektrischen Signalen erzeugte, von dem elektrischen Bauelement ausgehende mittlere magnetische Flussdichte (B). Hierdurch erfolgt eine relativ starke Einwirkung des Magnetfelds auf das elektrische Bauelement, verglichen mit den transportierten elektrischen Signalen und den darin enthaltenen Rauschanteilen, oder verglichen mit dem durch die Signale oder Rauschanteile im zeitlichen Mittel induzierten Magnetfeld. Das relativ starke Magnetfeld bewirkt eine Vergleichmäßigung der Elektronenbewegung des elektrischen eine Vergleichmäßigung der Elektronenbewegungen in den Atomen des Materials des elektrischen Bauelements, wodurch insbesondere die durch innere Rauschquellen erzeugten Rauschanteile vermindert werden. Vorteilhaft schirmt das relativ starke Magnetfeld zusätzlich das innerhalb des Magnetfelds gelegene elektrische Bauelement vor den äußeren Störquellen ab, so dass die Rauschanteile äußerer Rauschquellen in dem Signal verringert werden. Insgesamt lässt sich hierdurch eine Verminderung des Signalrauschens um wenigstens 85 dB erzielen.
Vorteilhaft ist das elektrische Bauelement starr im Verhältnis zum Magnetfelderzeuger angeordnet. Hierdurch wird eine Relativbewegung zwischen dem e- lektrischen Bauelement und dem Magnetfelderzeuger vermieden.
Vorteilhaft bildet der Magnetfelderzeuger dabei eine wirksame Abschirmungsanordnung für das elektrische Bauelement zur Abschirmung des elektrischen Bauelements gegen äußere Störstrahlung.
Zudem wird auch die Abstrahlung elektromagnetischer Felder aus dem elektrischen Bauelement in die Umgebung durch den Magnetfelderzeuger reduziert. Hierdurch bewirkt die Erfindung auch einen Schutz anderer Bauelemente in benachbarter Position zu einem stark strahlenden Bauelement, da durch das umhüllende statische Magnetfeld die abgestrahlte Energie reduziert wird. Hierdurch können elektrische Bauelemente näher zueinander positioniert werden, ohne dass es zu elektromagnetischen Unverträglichkeiten kommt. Insgesamt wird die elektromagnetische Verträglichkeit von elektrischen Bauelementen verbessert. Hierdurch können einschlägige EMV-Richtlinien mit verringertem Aufwand eingehalten werden. Eine gegenseitige Beeinflussung elektrischer Bauelemente wird insgesamt reduziert. Grundsätzlich ist anzustreben, dass das elektrische Bauelement starr im Verhältnis zum Magnetfelderzeuger angeordnet ist, derart, dass die von dem Mag- netfelderzeuger auf das elektrische Bauelement einwirkende magnetische Flussdichte das Signalrauschen erheblich vermindert. Entsprechend befindet sich das elektrische Bauelement im Bereich des Magnetfelds des Magnetfelderzeugers. Hierbei sind geringfüge Relativbewegungen zwischen dem Magnetfelderzeuger und dem elektrischen Bauelement für die effektive Wirkungsweise der Erfindung nicht schädlich. Jedoch sollte das elektrische Bauelement zumindest in dem Bereich, in dem durch das Magnetfeld eine Abschirmung erfolgen soll, eine im Wesentlichen unbewegliche Anordnung bezüglich des Magnetfelderzeugers bzw. dessen Magnetfelds vorliegen, so dass von einem statischen Magnetfeld ausgegangen werden kann.
Im Ergebnis wird durch die Erfindung ein zu schützendes elektrisches Bauelement vor äußeren Störanteilen geschützt und von eigenen inneren Störanteilen weitgehend befreit.
Gemäß der Erfindung wird ein magnetisches Kraftfeld um das elektrische Bauelement herum erzeugt, das äußere Störstrahlung abschirmt, da die Energie der üblicherweise vorhandenen Störquellen geringer ist als die Energie des Magnetfelds im Bereich des elektrischen Bauelements. Durch das magnetische Kraftfeld ergibt sich zusätzlich eine Qualitätsverbesserung in dem elektrischen Bauelement, z. B. in einer Elektronik, in Kabeln und Steckern, da diese Bauelemente störungsfreier arbeiten können und darin auch feinste Signale übertragen werden können.
Es wurde herausgefunden, dass die rauschvermindernden vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung bereits bei einer magnetischen Flussdichte von B = 0,5 Tesla in üblichen Hifi-Geräten spürbar werden. Besonders vorteilhaft wird eine Verminderung des Signalrauschens bei magnetischen Flussdichten im Bereich von B = 1 ,29 bis 1 ,42 Tesla erreicht. Vorteilhaft erzeugt der Magnetfelderzeuger ein im wesentlichen statisches Magnetfeld. Der Magnetfelderzeuger kann vorteilhaft z. B. als Permanentmagnet ausgebildet sein oder einen Permanentmagneten aufweisen. Gegenüber Elektromagneten haben Permanentmagneten den Vorteil, dass sie keine elektrische Energiezufuhr zur Erzeugung des statischen Magnetfelds benötigen. Daher können Permanentmagneten leicht zur Ausführung der Erfindung in Bereichen eingesetzt werden, in denen keine Stromversorgung für die Erzeugung des Magnetfelds zur Verfügung steht. Zudem verbraucht ein Permanentmagnet auch keine elektrische Energie, so dass Permanentmagneten auch im Hinblick auf einen geringen Energieverbrauch vorteilhaft sind.
Die Erfindung kann jedoch auch mit Elektromagneten realisiert werden. Hierbei ist der Elektromagnet mit einem zeitlich im wesentlichen unveränderlichen Strom zu beaufschlagen, so dass sich ein im wesentlichen statisches Magnetfeld ergibt. Hierbei wirken sich relativ langsame Änderungen des Stroms nicht nachteilig aus. Die Frequenz solcher Änderungen sollte in einem Bereich unterhalb weniger Hertz liegen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Magnetfelderzeuger eine räumliche Ausdehnung in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Nordpol-Südpol-Achse des Magnetfelderzeugers auf. Der Magnetfelderzeuger weist in Betrachtungsrichtung entlang der Nordpol-Südpol-Achse wenigstens einen Überlappungsbereich mit dem elektrischen Bauelement auf. Dies hat den Vorteil, dass zumindest ein Teil des elektrischen Bauelements, nämlich der in dem Überlappungsbereich gelegene Teil, im direkten Einwirkbereich der Magnetfeldlinien des Magnetfelderzeugers liegt. In diesem Bereich ist die magnetische Flussdichte besonders hoch, so dass eine besonders effektive Verminderung des Signalrauschens erzielt wird. Im Falle eines horizontal angeordneten Flachmagneten als Magnetfelderzeuger kann der Magnet beispielsweise direkt über oder unter oder auch in dem elektrischen Bauteil angeordnet sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Magnetfelderzeuger eine den Magnetfelderzeuger von dem Nordpol zum Südpol durchdringende Öffnung auf. Das elektrische Bauelement ist dabei durch die Öffnung geführt. In einer Ausführungsform kann der Magnetfelderzeuger vorteilhaft als Ringmagnet ausgeführt sein. Solche Ringmagnete sind als Permanentmagnete relativ einfach im Handel erhältlich. Im Falle eines elektrischen Bauelements, das eine längliche Form aufweist, z. B. ein Kabel, können die Ringmagnete relativ einfach auf dem Kabel platziert werden, um eine Rauschverminderung zu bewirken. Die genannte Weiterbildung der Erfindung umfasst jedoch auch andere Formen von Magnetfelderzeugern mit einer Öffnung, beispielsweise Flachmagnete mit einer im wesentlichen rechteckigen Öffnung im mittleren Bereich, innerhalb derer elektrische Bauelemente wie beispielsweise mikroelektronische Halbleiterbauelemente angeordnet werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl von Magnetfelderzeugern hintereinander angeordnet. Die Magnetfelderzeuger sind dabei derart angeordnet, dass jeweils der Nordpol eines Magnetfelderzeugers einem Südpol eines benachbarten Magnetfelderzeugers zugewandt ist. Auf diese Weise kann mit kleinen kostengünstigen Magneten ein relativ starkes Magnetfeld erzeugt werden. Die genannte Hintereinander-Anordnung von Magnetfelderzeugern kann auch vorteilhaft bei lang gestreckten elektrischen Bauelementen, wie z. B. Kabeln, verwendet werden, z. B. um eine Mehrzahl von Ringmagneten auf dem Kabel anzuordnen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind ein erster und ein zweiter Magnetfelderzeuger im Abstand voneinander angeordnet. In einem zwischen den Magnetfelderzeugern gebildeten Raum ist das elektrische Bauelement zumindest zum Teil angeordnet. Hierdurch kann das elektrische Bauelement effektiv gegenüber äußeren Störeinflüssen abgeschirmt werden. Vorteilhaft wird durch eine solche Anordnung das elektrische Bauelement im Be- reich besonders hoher magnetischer Flussdichte angeordnet, so dass auch eine besonders effektive Unterdrückung des Signalrauschens sowohl von den inneren als auch von den äußeren Rauschquellen erzielt wird. Diese Anordnung erlaubt zudem einen kompakten Aufbau von Magnetfelderzeugern und elektrischem Bauelement.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das elektrische Bauelement als Kabel ausgebildet, das in einem Endbereich einen elektrischen Steckverbinder aufweist. Im Bereich des Steckverbinders ist eine Mehrzahl von Ringmagneten aneinander gereiht angeordnet, die einen elektrischen Leiter des Kabels umgeben. Die genannte Anordnung erlaubt eine kompakte und einfach montierbare Maßnahme zur Verminderung des Signalrauschens in elektrischen Kabeln und Steckverbindern. Die Anordnung der Ringmagnete kann vorteilhaft beispielsweise in dem Gehäuse des Steckverbinders oder außerhalb des Steckverbinders im Endbereich des Kabels erfolgen, an das der Steckverbinder angrenzt. Gegenüber bekannten, nicht mit den Ringmagneten versehenen Kabeln ergeben sich durch diese Anordnung keine Nachteile bezüglich der Handhabung, da die Ringmagnete weitgehend verborgen angeordnet sind und somit eine praktische Benutzung eines solchen Kabels nicht beeinträchtigen.
Das Vorsehen solcher Ringmagnete an Kabeln hat insbesondere im sog. High- End-Bereich von Hifi-Anlagen große Vorteile, da die Tonsignale mit erheblich besserer Qualität von einem Gerät zum anderen übertragen werden können, weil durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ringmagnete der überwiegende Teil des Signalrauschens unterdrückt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Leiter des Kabels im Bereich des Steckverbinders elektrisch mit einem stiftförmigen Permanentmagneten verbunden. Der Permanentmagnet ist als elektrischer Steckkontakt in einen dem Steckverbinder als Gegenstück zugeordneten weiteren Steckverbinder einsteckbar. Hierdurch kann die bereits erläuterte Signalver- besserung durch Rauschunterdrückung bei den Kabeln noch weiter verbessert werden. Vorteilhaft wirkt der stiftförmige Permanentmagnet direkt als Teil des Steckverbinders, nämlich als ein elektrischer Steckkontakt. Beispielsweise bei Rundsteckern kann der stiftförmige Permanentmagnet dann als innerer Kontaktstift des Steckverbinders ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der elektrische Steckverbinder eine Außenhülse aus magnetisierbarem Material auf. Die zuvor erwähnte Mehrzahl von Ringmagneten ist zumindest zum Teil außerhalb der Außenhülse angeordnet und umgibt den Leiter. Durch die Ausbildung der Außenhülse aus magnetisierbarem Material kann der magnetische Fluss im Bereich des Steckverbinders effizient weitergeleitet werden, auch bei außerhalb des Steckverbinders angeordneten Ringmagneten. Die genannte Anordnung der Ringmagnete außerhalb des Steckverbinders erlaubt eine kompakte Ausführung des Steckverbinders mit geringem Durchmesser, da die Ringmagnete sozusagen hinter den Steckverbinder verlagert sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elektrische Bauelement als mikroelektronisches Halbleiterbauelement, z. B. als Mikroprozessor, ausgebildet. Der Magnetfelderzeuger ist in Form eines Flachmagneten auf dem Gehäuse des Halbleiterbauelements angeordnet. Der Flachmagnet kann beispielsweise auf das Gehäuse des Halbleiterbauelements aufgeklebt sein. Vorteilhaft kann der Flachmagnet auch in das Gehäuse des Halbleiterbauelements integriert sein, d.h. beispielsweise in das Gehäusematerial eingeformt sein. Hierdurch ergibt sich eine unmittelbare Einwirkung des vom Flachmagneten ausgestrahlten magnetischen Felds auf das elektrische Bauelement und somit eine besonders effektive Rauschverminderung. Zudem ist eine kompakte Platz sparende Anordnung des Flachmagneten möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elektrische Bauelement als elektrische Leiterplatte mit einer Mehrzahl elektrischer Komponen- ten ausgebildet. Vorteilhaft kann es sich beispielsweise um die Leiterplatte eines Hifi-Verstärkers oder Rundfunkempfängers handeln, die in einer Anordnung aus einem oberen und einem unteren Magnetfelderzeuger angeordnet ist. Es ist zusätzlich vorteilhaft, die elektrischen Leiterbahnen der Leiterplatte mit Silber zu versehen. Gegenüber den üblichen Kupferbeschichtungen von Leiterplatten ist hierdurch eine weitere Signalverbesserung der zu übertragenden Signale möglich.
Neben den bereits erwähnten Anwendungen der Erfindung im Bereich von Hifi- Geräten, insbesondere im High-End-Bereich, sind weitere vorteilhafte Anwendungsbereiche der Erfindung elektrische Geräte, in denen Signale mit extrem geringen Signalstärken verarbeitet werden müssen, z. B. medizinische Geräte wie Computertomografen oder Rasterelektronenmikroskope. Vorteilhaft ist die Erfindung auch in der Telekommunikation, in der Sensor-Technologie und in Einrichtungen der Luft- und Raumfahrt, z. B. in Satelliten, anwendbar. Ebenfalls vorteilhaft ist eine Anwendung der Erfindung im Bereich von Computern und Mikroprozessoren. Infolge der erfindungsgemäßen Möglichkeit zur Verminderung des Signalrauschens ist es möglich, Mikroprozessoren mit kleineren internen Signalamplituden zu betreiben und hierdurch mit höheren Taktfrequenzen zu betreiben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elektrische Bauelement eine Photovoltaik-Zelle (Solarzelle). Vorteilhaft ist der Magnetfelderzeuger oberhalb und/oder unterhalb der Photovoltaik-Zelle angeordnet, ähnlich wie dies in der Figur 3 für eine Leiterplatte 9 dargestellt ist. Durch die Verwendung des Magnetfelderzeugers wird bei Photovoltaik-Zellen ein positiver Effekt in Form eines zusätzlichen Elektronenflusses verzeichnet, wodurch im Ergebnis die Energieausbeute bei einer Photovoltaik-Zelle verbessert werden kann. Selbstverständlich sollte der Magnetfelderzeuger in Bezug auf die Photovoltaik- Zelle derart angeordnet sein, dass kein unerwünschter Schattenwurf auf die für die Einstrahlung des Sonnenlichts vorgesehene Fläche der Photovoltaik-Zelle fällt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Die Fig. 1 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Einrichtungen zur Verminderung des Signalrauschens. In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Gemäß Fig. 1 ist ein elektrisches Bauelement 6 dargestellt, in dem beispielsweise eine Störstrahlung 7 ein unerwünschtes Signalrauschen erzeugt. Das Bauelement 6 kann z. B. eine elektrische Leitung oder ein elektronisches Bauteil wie ein Halbleiterbauelement sein. Oberhalb des Bauelements 6 ist ein Magnetfelderzeuger 1 angeordnet. Der Magnetfelderzeuger 1 ist beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildet. Der Permanentmagnet 1 weist einen Nordpol 2 und einen Südpol 3 auf. Der Permanentmagnet 1 erzeugt ein Magnetfeld, das in der Fig. 1 anhand von Feldlinien 5 dargestellt ist. Die Feldlinien verlaufen von dem Nordpol 2 zu dem Südpol 3 hin. Das elektrische Bauelement 6 ist dabei relativ dicht unter dem Permanentmagneten 1 angeordnet, so dass das vom Permanentmagneten 1 erzeugte Magnetfeld mit hoher magnetischer Flussdichte das Bauelement 6 durchströmt.
Die magnetische Flussdichte B in dem Bauelement 6 liegt beispielsweise bei 1 ,29 bis 1 ,37 Tesla, während die von dem elektrischen Bauelement 6 ausgehende magnetische Flussdichte, die durch das elektrische Signal induziert wird, dagegen bei etwa 0,3 Tesla liegt. Entsprechend liegt der theoretische, d. h. ohne die Rauschverminderung auftretende, durch das Signalrauschen hervorgerufene Anteil der von dem elektrischen Bauelement 6 ausgehenden magnetischen Flussdichte z.B. bei 0,1 Tesla.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einem ersten Magnetfelderzeuger 1 und einem zweiten Magnetfelderzeuger 8. Die Magnetfelderzeuger 1 , 8 sind in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet. Zwischen den Magnetfelderzeugern 1 , 8 ist das elektrische Bauelement 6 angeordnet. Wie erkennbar ist, liegt das elektrische Bauelement 6 in einem Bereich, der mit den Magnetfelderzeugern 1 , 8 überlappt. Hierdurch wird das elektrische Bauelement 6 von den magnetischen Feldlinien 5 mit hoher Flussdichte direkt durchströmt, was eine effektive Verminderung des Signalrauschens zur Folge hat.
In einer Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist ein elektrisches Bauelement in Form einer elektrischen Leiterplatte 9 zwischen einem Magnetfelderzeuger 1 und einem weiteren Magnetfelderzeuger 8 angeordnet. Die Leiterplatte 9 weist darauf angeordnete Bauelemente wie z. B. einen Mikroprozessor 10, einen Widerstand 11 , einen Kondensator 12 und einen Transistor 17 auf. Das von den Magnetfelderzeugern 1 , 8 erzeugte magnetische Feld 5 bewirkt eine Verminderung des Signalrauschens in dem Mikroprozessor 10, dem Widerstand 11 , dem Kondensator 12, dem Transistor 17 und den Leiterbahnen der Leiterplatte 9.
Gemäß Fig. 4 ist ein als mikroelektronisches Halbleiterbauelement ausgebildetes elektrisches Bauelement 10 dargestellt, das über einen eigenen Magnetfelderzeuger 1 verfügt. Der Magnetfelderzeuger 1 ist hierbei als Flachmagnet ausgebildet, der auf dem Gehäuse des Halbleiterbauelements 10 angeordnet ist. Hierdurch ist ebenfalls eine unmittelbare Einwirkung des Magnetfelderzeugers 1 auf das Bauelement 10 und somit eine hohe magnetische Flussdichte bei zugleich relativ kompaktem Aufbau der Anordnung möglich. Die Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des Halbleiterbauelements 10 als Seitenansicht in Schnittdarstellung. Gemäß Fig. 5 ist der Flachmagnet 1 in das Gehäuse des Halbleiterbauelements 10 eingeformt, z.B. eingegossen. Der Flachmagnet 1 ist dabei direkt oberhalb einer integrierten Schaltung 18 angeordnet.
In der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt, bei der der Magnetfelderzeuger in Form eines Ringmagneten 1 ausgebildet ist. Der Ringmagnet 1 weist ebenfalls einen Nordpol 2 und einen Südpol 3 auf. Magnetische Feldlinien 5 erstrecken sich von dem Nordpol 2 zu dem Südpol 3. Der Ringmagnet 1 weist in der Mitte eine Öffnung 16 auf, die den Magneten vollständig durchdringt. Als elektrisches Bauelement 6 ist ein längliches Element vorgesehen, z. B. ein Kabel, das durch die Öffnung 16 hindurch geführt ist. Als elektrisches Signal ist ein zeitveränderliches Stromsignal (i(t)) dargestellt, das die Leitung 6 durchfließt. Der Ringmagnet 1 bewirkt einerseits eine Abschirmung der Leitung 6 gegen äußere Störstrahlung 7. Zudem bewirkt der Ringmagnet 1 eine Verringerung von Rauschanteilen in dem Signal (i(t)), die von inneren Rauschquellen stammen. Beim Durchfließen des Ringmagneten wird das Signal (i(t)) von solchen Rauschanteilen weitgehend befreit.
In der Fig. 7 ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 6 dargestellt, jedoch mit einer Mehrzahl von Ringmagneten 1 , die hintereinander angeordnet sind. Hierbei ist jeweils der Südpol 3 eines Ringmagneten dem Nordpol 2 eines benachbarten Ringmagneten zugeordnet, so dass sich eine Art magnetische Reihenschaltung ergibt. Es entsteht dabei ein magnetisches Feldbild, das in der Fig. 7 ebenfalls durch Feldlinien 5 dargestellt ist. Infolge der Hintereinander-Reihung der Ringmagneten 1 erfolgt eine wirksame Verminderung des Signalrauschens des durch den Leiter 12 fließenden Stromsignals (i(t)).
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Anordnung, die insofern der Anordnung der Fig. 7 ähnelt, als dass ebenfalls die zuvor erläuterte Aneinanderreihung von Ringmagneten 1 sowie die durch die Öffnungen 16 der Ringmagnete 1 geführte Leitung 12 vorgesehen ist. Gemäß Fig. 8 ist die Leitung 12 beispielsweise ein Leiter in einem Kabel 15. Das Kabel 15 kann beispielsweise als abgeschirmte Koaxialleitung ausgebildet sein, bei der der Leiter 12 den inneren Leiter des Koaxialkabels bildet. An das Kabel 15 ist ein Steckverbinder 13, 14 angeschlossen, der ein Gehäuse 13 sowie einen elektrischen Steckkontakt 14 aufweist. Der Steckverbinder ist zum Einstecken in eine als Gegenstück zugeordnete Buchse vorgesehen. Hierbei kontaktiert der Steckkontakt 14 einen entsprechenden Buchsenkontakt und stellt damit eine elektrische Verbindung her. Vor- teilhaft sind gemäß Fig. 8 die Ringmagneten 1 innerhalb des Gehäuses 13 angeordnet. Hiermit wird eine kompakt realisierbare Möglichkeit zur Verminderung des Signalrauschens in elektrischen Kabeln angegeben.
Gemäß Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform des zuvor erläuterten Kabels mit Steckverbinder dargestellt, bei der der elektrische Steckkontakt als stiftför- miger Permanentmagnet 14 ausgebildet ist. An den Permanentmagneten 14 ist der Leiter 12 des Kabels 15 elektrisch angeschlossen, so dass eine Signalübertragung der über den Leiter 12 übertragenen Signale über den Permanentmagneten 14 und damit auf den entsprechenden Kontakt der zugeordneten Buchse erfolgt. Der stiftförmige Permanentmagnet 14 kann in einem Röhrchen aus leitfähigem Material angeordnet sein, z.B. einem Röhrchen aus Silber. Hierdurch kann die elektrische Verbindung von dem Leiter 12 zu dem Buchsen-Kontakt hergestellt werden. Die Ringmagnete 1 können in dieser Anordnung wahlweise innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 13 des Steckverbinders angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Ringmagnete 1 außerhalb des Gehäuses 13 angrenzend an das Gehäuse angeordnet. Weiterhin ist das Gehäuse 13 aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise einem eisenhaltigen Material, hergestellt. Hierdurch wird die Weiterleitung des magnetischen Flusses z. B. von dem Nordpol des stiftförmigen Permanentmagneten 14 zu dessen Südpol begünstigt. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Anordnung der Ringmagnete 1 außerhalb des Gehäuses 13 das Gehäuse 13 weiter verkleinert werden kann, d. h. in seinem Durchmesser und seiner Länge verringert werden kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Verminderung des Signalrauschens in einem elektrische Signale übertragenden elektrischen Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15), mit wenigstens einem Magnetfelderzeuger (1 , 8, 14) zur Erzeugung eines im Wesentlichen statischen Magnetfelds (5), wobei das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15) starr im Verhältnis zum Magnetfelderzeuger (1 , 8, 14) angeordnet ist, derart dass die von dem Magnetfelderzeuger (1 , 8, 14) auf das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15) einwirkende magnetische Flussdichte (B) das Signalrauschen erheblich vermindert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (1 , 8, 14) einen Permanentmagneten aufweist oder als Permanentmagnet ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (1 , 8, 14) eine räumliche Ausdehnung in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Nordpol-Südpol-Achse des Magnetfelderzeugers (1 , 8, 14) aufweist, wobei der Magnetfelderzeuger (1 , 8, 14) in Betrachtungsrichtung entlang der Nordpol-Südpol-Achse wenigstens einen Überlappungsbereich mit dem elektrischen Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15) aufweist.
4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfelderzeuger (1 , 8, 14) eine den Magnetfelderzeuger von dem Nordpol zum Südpol durchdringende Öffnung (16) aufweist und das elektrische Bauelement (12) durch die Öffnung (16) geführt ist.
5. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Magnetfelderzeugern (1 , 8, 14) hintereinander angeordnet ist, wobei jeweils der Nordpol eines Magnetfelderzeugers einem Südpol eines benachbarten Magnetfelderzeugers zugewandt ist.
6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Magnetfelderzeuger (8) vorgesehen ist, der im Abstand von einem ersten Magnetfelderzeuger (1) angeordnet ist, wobei der Nordpol des einen Magnetfelderzeugers dem Südpol des anderen Magnetfelderzeugers zugewandt ist, und wobei das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15) zumindest zum Teil in dem zwischen den Magnetfelderzeugern (1 , 8) gebildeten Raum angeordnet ist.
7. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15) als Kabel (15) ausgebildet ist, das in einem Endbereich einen elektrischen Steckverbinder (13, 14) aufweist, wobei im Bereich des Steckverbinders (13, 14) eine Mehrzahl von Ringmagneten (1) aneinandergereiht angeordnet ist, die einen elektrischen Leiter (12) des Kabels (15) umgeben.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) des Kabels (15) im Bereich des Steckverbinders (13, 14) elektrisch mit einem stiftförmigen Permanentmagneten (14) verbunden ist, der als elektrischer Steckkontakt in einen dem Steckverbinder (13, 14) als Gegenstück zugeordneten weiteren Steckverbinder einsteckbar ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Steckverbinder (13, 14) eine Außenhülse (13) aus magneti- sierbarem Material aufweist und die Mehrzahl der Ringmagneten (1) zumindest zum Teil außerhalb der Außenhülse (13) den Leiter (12) umgebend angeordnet sind.
10. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15) als mikro-elektronisches Halbleiterbauelement (10) ausgebildet ist, wobei der Magnetfelderzeuger (1) in Form eines Flachmagneten auf oder in dem Gehäuse des Halbleiterbauelements (10) angeordnet ist.
11. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (6, 9, 10, 11 , 12, 13, 15) als elektrische Leiterplatte (9) mit einer Mehrzahl elektrischer Komponenten (10, 11 , 12) ausgebildet ist.
12. Elektrische Leiterplatte, insbesondere nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterbahnen der Leiterplatte (9) Silber enthalten oder aus Silber bestehen.
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