DE10030154A1 - Elektronisches Gerät mit einer einseitig bedruckten Schaltplatte - Google Patents

Abstract

Ein elektronisches Gerät ist für einen Anschluß an die Anzeige-Instrumente der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges mit einer einseitig bedruckten Schaltplatte ausgebildet, die einen Spannungsregler (30) zur Lieferung einer Regelspannung an eine erste Leitung (32) aufweist, parallel zu welcher eine geerdete Rückleitung (34) mit dem Spannungsregler verbunden ist, wobei mit den beiden Leitungen ein Microregeler (38), der einen integrierten Mikroprozessor als Taktgeber für einen Schrittschaltmotor (22A, 22B, 22C, 22D) eines Anzeige-Instruments aufweist, an einer Vielzahl von Klemmen (40, 42, 48, 50, 56, 58, 64, 66) über jeweils mit einem Drahtleiter ausgebildete Anschlußleitungen (44, 46, 52, 54, 60, 62, 68, 70) verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät zum Anschluß an die Anzeige-Instrumente der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges.

Die für Kraftfahrzeuge konzipierten elektronischen Geräte müssen in erster Linie funktionell zuverlässig sein. Dabei stellt sich häufig die Forderung, daß mit den verschiedenen elektronischen Systemen, die bei einem Kraftfahrzeug vorhanden sind, eine elektromagnetische Kompatibilität eingehalten wird, wobei dafür als wichtiger Aspekt sicherzustellen ist, daß alle Geräte hinsichtlich der ausgestrahlten Emissionen vertretbare Grenzen einhalten können.

Bei den mit Schaltplatten ausgebildeten elektronischen Geräten hat es sich bis jetzt als zweckmäßig erwiesen, diese Schaltplatten beidseits mit einer gedruckten Schaltung zu versehen. Eine solche doppelseitige Anordnung hat den beträchtli­ chen Vorteil einer elektromagnetischen Kompatibilität versprochen, weil damit sichergestellt werden kann, daß die Wege, welche die mit den Schaltungen weiter­ geleiteten Signale zu durchlaufen haben, so kurz wie möglich ausgebildet werden können. Die Leitungen für die Signale können nämlich bei einer solchen doppelsei­ tigen Anordnung einer gedruckten Schaltung auf die beiden Seiten der Schaltplatte aufgeteilt werden mit einer Verbindung über eine in der Schaltplatte vorgesehene Durchtrittsöffnung, wobei es gleichzeitig keine Probleme darstellt, die beiden Seiten der Platte auch mit geerdeten Leitungen zu versehen, um so eine geeignete Signal­ rückmeldung zu erhalten. Bei einer solchen doppelseitigen Anordnung unter Vor­ gabe von möglichst kurzen Wegstrecken für die Weiterleitung der Signale ist daher gleichzeitig auch gewährleistet, daß die Signale nur eine geringe Abstrahlung weg von der Schaltplatte besitzen.

Wenngleich daher eine doppelseitig mit einer gedruckten Schaltung versehene Schalttafel entsprechende Vorteile aufweist, ergeben sich doch unter Berücksichti­ gung der Herstellungskosten auch entscheidende Nachteile. Für die Verhältnisse der elektronischen Ausstattung für die Anzeige-Instrumente der Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges muß deshalb auch generell festgehalten werden, daß dafür solche beidseits bedruckten Schaltplatten die teuerste Komponente ergeben, selbst unter Einbeziehung der Möglichkeit, daß für mehrere Instrumente ein gemeinsamer Mikroprozessor in die elektronische Ausstattung mit einbezogen wird.

Für eine Reduzierung der Kosten wird häufig auch die Einbeziehung eines Schritt­ schaltmotors angedacht, mit welchem insbesondere Zeigerinstrumente schrittweise fortgeschaltet werden. Sofern solche Schrittschaltmotoren vorgesehen werden, werden dafür meistens auch Microregler mitverwendet, weil damit Gebrauch ge­ macht werden kann von deren integrierter Fähigkeit, eine Vielzahl von Zeigerin­ strumenten unter Mitwirkung eines Schrittschaltmotors anzutreiben.

In der Umgebung solcher elektronischer Geräte mit beidseitig bedruckten Schalt­ platten, Schrittschaltmotoren und Microreglern arbeiten die teilweise eingesetzten Microprozessoren mit Taktfrequenzen meistens von einigen MHz, sodaß sich daraus hinsichtlich der abgestrahlten Emissionen leicht erhebliche Probleme erge­ ben. Wenn bei einem Microregler eine Antriebsmöglichkeit für einen Schrittschalt­ motor vorgesehen ist, dann ist er meistens mit mehreren Anschlußklemmen verse­ hen, an welche für die verschiedensten Zwecke eine geregelte Spannung angelie­ fert wird. So wird bsp. an einer bestimmten Eingangsklemme eine geregelte 5 V Spannung angeliefert, um einen Kernbereich des Microreglers mit einer Leistung zu versorgen, wobei der Kernbereich des Microreglers normal ein digitaler Mikropro­ zessor ist. An weiteren Eingangsklemmen sowie jeweils zugeordneten Rücklei­ tungsklemmen des Microreglers liegt ebenfalls eine 5 V Regelspannung an, um die Regelausgänge des Microreglers für einen oder mehrere Schrittschaltmotoren mit einer Leistung ebenso zu versorgen wie Eingänge und Ausgänge des Microreglers für generelle Zwecke und auch für die Versorgung des Microreglers mit einer analogen Spannung.

Der Strom, der von einem Microregler verbraucht und auch wieder zurückgeführt wird, kann in der Umgebung eines Spannungsreglers mit der Anordnung an einer Schaltplatte eine beträchtliche Abstrahlung von Emissionen ergeben. Ein bekann­ tes elektronisches Gerät mit der Zielsetzung einer Minimierung von abgestrahlten Emissionen besteht aus einer beidseitig bedruckten Schaltplatte, bei welcher ein 5 V Regler mit einem einzigen Knoten verbunden ist, von welchem mehrere 5 V Leitungen sternförmig an die einzelnen Eingänge des Microreglers abgezweigt sind, die eine Versorgung mit einer 5 V Regelspannung benötigen. Der einzige Knoten ist dabei über einen Kondensator geerdet, der dazu beiträgt, eine solche sternförmige Konfiguration von einzelnen Anschlußleitungen an verschiedene Eingänge des Microreglers elektromagnetisch geräuscharm zu halten, wobei ein weiterer Beitrag für eine Verringerung der abgestrahlten Emissionen dadurch erreichbar ist, daß für die Rückleitung der Signale die vorerwähnten kurzen Weg­ strecken eingehalten werden. Zusätzlich vorgesehene T-Filter helfen bei diesen bekannten elektronischen Geräten noch zusätzlich zu einer Kleinhaltung der abge­ strahlten Emissionen.

Die Herstellungskosten solcher elektronischer Geräte könnten wahrscheinlich verringert werden, wenn die Schaltplatten nur an einer Seite mit einer gedruckten Schaltung versehen werden und wenn auch die Anzahl der Filter reduziert wird. Bei einer einseitig bedruckten Schaltplatte kann jedoch eine sternförmige Konfiguration der einzelnen Signalleitungen nicht realisiert werden, weil dafür eine viel zu geringe Flexibilität hinsichtlich der Verlegung der einzelnen Leitungen zur Verfügung steht. Bei einer einseitig bedruckten Schaltplatte fehlt darüber hinaus die Möglichkeit für ein entsprechend großzügiges Vorsehen von geerdeten Rückleitungen, sodaß hierbei auch das Problem einer Kleinhaltung der abgestrahlten Emissionen besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Gerät mit einer Schaltplatte zu konzipieren, die sich nur einseitig bedrucken läßt und daher für einen Anschluß an die Anzeige-Instrumente der Instrumententafel eines Kraftfahr­ zeuges billiger herstellbar ist als die bekannten, zweiseitig bedruckten Schaltplat­ ten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem elektronischen Gerät gelöst, welches die Merkmale des Patentanspruches 1 beinhaltet. Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Gestaltungen des erfindungsgemäßen Gerätes sind in den weite­ ren Ansprüchen erfaßt und ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungs­ gemäßen Gerätes. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Schaltplatte, deren erfindungsgemäße Ausbildung für die Anzeige-Instrumente der Instrumententafel gemäß Fig. 1 konzipiert wurde, und

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Schaltungsanordnung, die für die Rückseite der Schaltplatte gemäß Fig. 2 vorgesehen ist.

Für die in Fig. 1 dargestellte Instrumententafel 10 eines Kraftfahrzeuges wird vorausgesetzt, daß dafür mehrere Zeigerinstrumente 12 vorgesehen sind sowie eine Flüssigkristall-Anzeige 16, die alle schrittweise angetrieben bzw. fortgeschaltet werden sollen. Es stehen dafür verschiedene Schrittschaltmotoren 22A, 22B, 22C und 22D für den Antrieb der Zeigerinstrumente 12 zur Verfügung, die alle auf der einen Seite einer Schaltplatte 20 angeordnet sind.

In Fig. 2 ist die Vorderseite der Schaltplatte 20 gezeigt. Auf dieser Vorderseite befindet sich keine gedruckte Schaltung, sondern befinden sich lediglich einzelne Drahtleiter 26 neben den vorerwähnten Schrittschaltmotoren, wobei die beiden Enden jedes Drahtleiters durch eine Durchtrittsöffnung in der Schaltplatte 20 hin­ durchgeführt sind für einen gelöteten Anschluß an die Schaltungsanordnung, die für die Rückseite der Schaltplatte vorgesehen ist.

Die funktionelle Gestaltung der gedruckten Schaltung ist gemäß der Darstellung in Fig. 3 mit einem Spannungsregler 30 verwirklicht, bei welchem es sich um einen einzigen integrierten Schaltkreis handeln kann oder um eine Kombination von mehreren elektronischen Komponenten, die eine geregelte Ausgangsspannung bereitstellen lassen. Der Spannungsregler 30 wird von der bei einem Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden 12 V Batteriespannung versorgt, die also als eine unge­ regelte Eingangsspannung dem Spannungsregler 30 zugeleitet wird, der daraus eine geregelte Ausgangsspannung von bsp. 5 V ableitet. Diese 5 V Regelspannung wird an eine angeschlossene Leitung 32 einer Verteiler- bzw. Busleitung angelie­ fert, parallel zu welcher mit einem Abstand von etwa 2 mm, insbesondere von etwa 1 mm, eine Rückleitung 34 verlegt ist, die unmittelbar neben dem Spannungsregler 30 bei 36 geerdet ist und durch einen Kondensator C1 eine Verbindung mit der die Regelspannung führenden Leitung 32 aufweist.

Die beiden Leitungen 32 und 34 sind mit mehreren Anschlußklemmen eines Micro­ reglers 38 verbunden. Der Microregler 38 ist gemäß dem Verständnis der vorlie­ genden Erfindung ein elektronisches Gerät mit einem integrierten Microprozessor, der Schrittschaltmotoren direkt antreiben kann. Ein Microregler dieser Ausbildung ist bsp. unter dem Produktnamen 780973 A MCU von der NEC Corporation zu erhalten.

Eine Anschlußklemme 40 des Microreglers 38 ist für den Leistungseingang des den Kernbereich des Microreglers bildenden Microprozessors vorgesehen. Eine Klem­ me 42 ist für die zu der Klemme 40 zugehörige Rückleitung vorgesehen, wobei der Anschluß der beiden Klemmen 40, 42 an die beiden Leitungen 32 und 34 über Anschlußleitungen 44 und 46 vorgenommen und zwischen den beiden Klemmen ein T-Filter 43 zwischengeschaltet ist. Mit der gestrichelten Darstellung der An­ schlußleitungen 44 und 46 ist verdeutlicht, daß sich diese Anschlußleitungen auf der Vorderseite der Schaltplatte 20 befinden und also für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel durch zwei Drahtleiter 26 verwirklicht sind, deren eine Enden also an den Klemmen 40 und 42 und deren andere Enden an den beiden Leitungen 32 und 34 angelötet sind. Mit der Anordnung des T-Filters 43, der im übrigen als einziger Filter des gesamten Gerätes vorgesehen ist, wird eine wesentliche Dämp­ fung von allen Frequenzen größer als die Grundfrequenz des Microreglers 38 erreicht, die typischerweise etwa 8 MHz beträgt. Durch den T-Filter 43 kann daher die Stromanforderung des Microreglers 38 präzise gefiltert werden, die der Micro­ regler als Taktgeber für die verschiedenen Schrittschaltmotoren benötigt, während alle Stromkomponenten mit einer höheren Frequenz, bei welchen es sich um Oberwellen der Grundtaktfolge des Microreglers 38 handelt, den T-Filter 43 nicht passieren können.

Der Microregler 38 weist daneben eine weitere Anschlußklemme 48 auf, über welche die analoge Antriebsspannung für einen integrierten A/D-Wandler angelie­ fert wird. Auch diese Anschlußklemme 48 sowie eine zugehörige, über einen Kondensator C2 verbundene Rückleitungsklemme 50 sind über Anschlußleitungen 52 und 54 mit den beiden Leitungen 32 und 34 verbunden, wobei auch die An­ schlußleitungen 52, 54 durch entsprechende Drahtleiter 26 an der Vorderseite der Schaltplatte 20 bereitgestellt sind.

Eine weitere Anschlußklemme 56 ist zusammen mit einer zugehörigen Rücklei­ tungsklemme 58 über Anschlußleitungen 62 und 60 mit den beiden Leitungen 32 und 34 verbunden, wobei auch hier zwischen den beiden Klemmen ein Kondensa­ tor C3 zwischengeschaltet ist. Die Anschlußklemme 56 ergibt den peripheren Leistungseingang des Microreglers 38, wobei mit "peripherer Leistungseingang" die Versorgung der Eingänge und Ausgänge des Microreglers angesprochen ist, die für einen generellen Zweck vorgesehen sind.

Eine weitere Anschlußklemme 64 ist über eine Anschlußleitung 68 mit der Leitung 32 verbunden und hat auch hier über einen Kondensator C4 eine Verbindung mit einer zugehörigen Rückleitungsklemme 66, die über eine Anschlußleitung 70 mit der geerdeten Leitung 34 verbunden ist. Über die Anschlußklemme 64 wird eine Leistung an Antriebsmotoren mit einer H-Brückenschaltung angeliefert, mit welchen der Microregler 38 versorgt ist.

Wie vorstehend bereits angemerkt wurde, filtert der T-Filter 43 als die einzige vorgesehene Filtervorrichtung alle Oberwellen einer höheren Frequenz, die den beiden Klemmen 40 und 42 aus den beiden Leitungen 32 und 34 angeliefert wer­ den könnten. Durch den T-Filter 43 werden daneben aber auch alle übrigen Ein­ gänge des Microreglers 38 gleich wirksam gefiltert, wobei es dafür wesentlich ist, daß die Anschlußleitungen 44 und 46 der Klemmen 40 und 42 in unmittelbarer Nähe des Spannungsreglers 30 mit den beiden Leitungen 32 und 34 verbunden sind und diese beiden Leitungen 32 und 34 sehr eng beieinander verlegt sind, damit die Rückkoppelung mit dem Spannungsregler 30 minimiert wird.

Um weiterhin die digitalen Emissionen des den Kernbereich des Microreglers 38 bildenden Microprozessors zu minimieren, ist der Microregler 38 mit einer großen Erdungsplatte 80 unterlegt, die über eine Verbindungsleitung mit der Anschluß­ klemme 42 und damit über die Anschlußleitung 46 mit der geerdeten Leitung 34 verbunden ist. Die Erdungsplatte 80 ist andererseits gegen alle übrigen, geerdeten Rückleitungsklemmen des Microreglers 38 isoliert, also gegen die Klemmen 50, 58 und 66.

Mit dem Microregler 38 ist weiterhin auch ein Kristalloszillator 82 verbunden, der das Taktsignal zum Antrieb des Microreglers 38 liefert. Der geerdete Anschluß des Kristalloszillators 82 ist mit der Anschlußklemme 42 zusammengeführt, sodaß hier eine gemeinsame Anschlußverbindung mit der geerdeten Leitung 34 besteht. Sämtliche Emissionen des Kristalloszillators 82 sind daher gegen die übrigen Rückleitungsklemmen 50, 58 und 66 isoliert.

Mit den Leitungen 90, 92, 94 und 96 der gedruckten Schaltung sind die Anschluß­ leitungen an die Schrittschaltmotoren 22A, 22B, 22C und 22D bezeichnet. Bei diesen Anschlußleitungen handelt es sich jeweils um Mehrfachleitungen für die üblichen Mehrfachanschlüsse von Schrittschaltmotoren, und eine solche Mehr­ fachleitung ist auch die Anschlußleitung 97 an die Flüssigkristall-Anzeige 16, die ebenfalls durch den Microregler 38 fortgeschaltet wird. Daneben sind noch weitere Verbraucher 98 an die Leitungen 32 und 34 angeschlossen.

Claims (9)

1. Elektronisches Gerät zum Anschluß an die Anzeige-Instrumente (12) der In­ strumententafel (10) eines Kraftfahrzeuges, mit einer Schaltplatte (20), die nur an einer Plattenseite mit einer gedruckten Schaltung versehen ist, wobei

• - ein mit der Batteriespannung versorgter Spannungsregler (30) an einer Aus­ gangsklemme mit einer eine Regelspannung führenden ersten Leitung (32) und an einer Eingangsklemme mit einer im wesentlichen parallel verlegten, geerdeten zweiten Leitung (34) einer Verteilerleitung verbunden ist,
• - ein Microregler (38) an einer Vielzahl von Eingangsklemmen (40, 48, 56, 64) über Anschlußleitungen (44, 52, 62, 68) mit der die Regelspannung führen­ den ersten Leitung (32) und an einer entsprechenden Vielzahl von Rücklei­ tungsklemmen (42, 50, 58, 66) über entsprechende Anschlußleitungen (46, 54, 60, 70) mit der geerdeten zweiten Leitung (34) verbunden ist, und
• - wenigstens ein Schrittschaltmotor (22A, 22B, 22C, 22D) an der Schalt­ platte (20) angeordnet ist, der eine Anschlußverbindung (90, 92, 94, 96) mit einem Schrittschaltantrieb-Regelbereich des Microreglers (38) aufweist zum Antrieb wenigstens eines zugeordneten Anzeige-Instruments (12) der In­ strumententafel (10).

2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ schlußleitungen (44, 52, 62, 68) der Eingangsklemmen (40, 48, 56, 64) und die Anschlußleitungen (46, 54, 60, 70) der Rückleitungsklemmen (42, 50, 58, 66) des Microreglers (38) an der zweiten Plattenseite verlegt und mit Drahtleitern (26) gebildet sind, die über an ihren Enden vorgesehene Durchtrittsöffnungen der Schaltplatte (20) mit den Klemmen des Microreglers (38) und mit den bei­ den Leitungen (32, 34) der Verteilerleitung verbunden sind.

3. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Microregler (38) einen integrierten, zum Antrieb des wenigstens einen Schrittschaltmotors (22A, 22B, 22C, 22D) vorgesehenen Mikroprozessor aufweist, dessen Anschlußleitungen (44, 46) an die beiden Leitungen (32, 34) der Verteilerleitung an den betreffenden Eingangs- und Rückleitungsklemmen (40, 42) des Microreglers über einen T-Filter (43) miteinander verbunden sind.

4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückleitungsklemme (42) des integrierten Microprozessors mit einer dem Microregler (38) unterlegten Erdungsplatte (80) verbunden ist.

5. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Microregler (38) ein Oszillator (82) verbunden ist, der an einer geerdeten Anschlußklemme über eine mit dem Mikroprozessor gemein­ same Anschlußleitung (46) mit der geerdeten Leitung (34) der Verteilerleitung verbunden ist.

6. Elektronisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Os­ zillator ein Kristalloszillator (82) ist.

7. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Leitungen (32, 34) der Verteilerleitung in einem ge­ genseitigen Abstand von etwa 2 mm, insbesondere von etwa 1 mm, parallel zueinander verlegt sind.

8. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit dem Mikroprozessor gemeinsame Anschlußleitung (46) des Microreglers (38) an die geerdete Leitung (34) der Verteilerleitung näher an dem Spannungsregler (30) verlegt ist als alle restlichen Verbindungsleitun­ gen (52, 54, 60, 62, 68, 70) des Microreglers (38) mit den beiden Leitungen (32, 34) der Verteilerleitung.

9. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen die beiden Leitungen (32, 34) der Verteilerleitung und/ oder zwischen jedes Paar von Eingangs- und Rückleitungsklemmen (40, 42, 48, 50, 56, 58, 64, 66) des Microreglers (38) jeweils ein Kondensator (C1, C2, C3, C4) zwischengeschaltet ist.