WO2004100193A1 - Anordnung von leiterelementen - Google Patents

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    • H05K1/165—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistors, capacitors or inductors incorporating printed inductors

Definitions

  • the invention seeks to remedy this. This object is achieved by an arrangement of conductor elements according to one of the claims.
  • Figure 1 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • the general idea on which the invention is based is the compensation of the interference of an electrical circuit (second sub-arrangement) on its surroundings by an arrangement of conductor elements, in which a first sub-arrangement of conductor elements is arranged and arranged according to position and shape and with a second sub-arrangement of conductor elements or an electrical subcircuit is connected in such a way that disruptive influences of the electromagnetic field caused by the arrangement on spatially adjacent third electrical circuits or components are as small as possible.
  • FIG. 1 schematically shows such an arrangement in which the interference (the stray field) of a first inductor L1 (in this case the second sub-arrangement) is to be compensated for by a second inductor Lk (in this case the first sub-arrangement), which has this first inductance is connected in series in the opposite winding direction.
  • This type of switching is intended to ensure that the stray field of the second inductor Lk is opposite to that of the first inductor L1.
  • the desired compensation effect can also be achieved in a good approximation.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the present invention, in which the compensation coil Lk is designed as an approximately spiral air coil, in the center of which the second sub-arrangement is placed, which has an inductance L1.
  • This inductance L1 can also be the effective inductance of the second sub-arrangement in the sense of an equivalent circuit diagram. However, it can also be a discrete coil which is part of the second sub-arrangement, which consists of further components.
  • Such arrangements are particularly advantageous to implement on printed circuit boards or in several layers of the board (so-called multi-layer printed circuit board) of a multi-layer printed circuit or in several layers of an integrated circuit. Due to the availability of several horizontally running layers or layers arranged vertically one above the other in such arrangements, the conductor elements of the partial arrangements can also run vertically one above the other. The necessary electrical connections between the conductor elements can be implemented using suitably placed vias or via holes. Their mutual insulation is brought about by the substrate of the circuit board or suitable insulating layers in the integrated circuit.
  • the turns of the compensation coil Lk shown in FIG. 2 can, for example, run directly one above the other, so that all turns can have the same radius or the geometric properties of the compensation coil can be optimized in a different way without causing insulation or contacting problems would.
  • the first sub-arrangement Lk consists of an air coil with a few turns, which is connected in series with the main inductor Ll in the opposite winding direction.
  • the external magnetic field of the Lges system can be significantly reduced.
  • the invention has a significant reduction in expenditure / costs, simple implementation through space-saving arrangements with a wide range of uses as advantages.
  • the realization by accommodating the air coil on a PCB (printed circuit; printed circuit board) is particularly advantageous.
  • the compensation coil here consists of a few coils
  • Conductor loops Lk which can also run over several layers of the PCB.
  • the actual coil L1 with the opposite winding direction is arranged exactly above it.
  • An application example is the stray field compensation of a DC / DC converter coil using a coil arrangement on a PCB.

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Abstract

Zur Kompensation der Störeinflüsse einer elektrischen Schaltung auf deren Umgebung durch eine Anordnung von Leiterelementen dient eine erste Teilanordnung von Leiterelementen, die nach Lage und Form so angeordnet und beschaffen und mit einer zweiten Teilanordnung von Leiterelementen oder einer elektrischen Teilschaltung so verschaltet ist, dass störende Einflüsse des durch die Anordnung hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes auf räumlich benachbarte dritte elektrische Schaltungen oder Bauelemente möglichst gering sind.

Description

Beschreibung
Anordnung von Leiterelementen
Technische Spulen besitzen die Eigenschaft ein häufig unerwünschtes (ele tro-) magnetisches Streufeld zu erzeugen. Solche Streufelder können in andere Schaltungsteile elektrischer Geräte Störspannungen induzieren, die dann nur schwer oder gar nicht mehr beseitigt werden können. Eine derartige unerwünschte Kopplung von Schaltungsteilen über sogenannte Streuinduktivitäten kann oft nur durch eine räumliche Trennung, ggf. unterstützt durch häufig teure magnetische Schirmmaterialien vermieden werden. Die Folgen einer derartigen Kopplung können nur näherungsweise und mit erheblichem schaltungstechnischen Aufwand mit Hilfe geeigneter Filter beseitigt werden.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung von Leiterelementen nach einem der Patentansprüche gelöst.
Durch die Erfindung kann der Einsatz magnetischer Schirmmaterialien reduziert oder ganz vermieden werden. Das bringt entscheidende Kostenvorteile und im Einsatz in Verbindung mit typische Kleingeräten wie z.B. Mobiltelefonen, tragbaren Computern oder anderen Erzeugnissen der Informations- und Kommunikationstechnik, wie z.B. sogenannten Persönlichen Digitalen Assistenten auch noch Vorteile im Hinblick auf Größe und Gewicht solcher Kleingeräte. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in ihrer Einfachheit und Kombinierbarkeit mit herkömmlichen Methoden und Maßnahmen zur Vermeidung von unerwünschten Kopplungen oder zur nachträglichen Beseitigung ihrer Folgen. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben.
Dabei zeigt
Figur 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeipiels der vorliegenden Erfindung
Figur 2 eine schematische Darstellung eines
Ausführungsbeipiels der vorliegenden Erfindung
Der der Erfindung zugrundeliegende allgemeine Grundgedanke ist die Kompensation der Störeinflüsse einer elektrischen Schaltung (zweite Teilanordnung) auf deren Umgebung durch eine Anordnung von Leiterelementen, bei der eine erste Teilanordnung von Leiterelementen nach Lage und Form so angeordnet und beschaffen und mit einer zweiten Teilanordnung von Leiterelementen oder einer elektrischen Teilschaltung so verschaltet ist, dass störende Einflüsse des durch die Anordnung hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes auf räumlich benachbarte dritte elektrische Schaltungen oder Bauelemente möglichst gering sind.
Figur 1 zeigt schematisch eine solche Anordnung, bei der die Störeinflüsse (das Streufeld) einer ersten Induktivität Ll (in diesem Fall die zweite Teilanordnung) durch eine zweite Induktivität Lk (in diesem Fall die erste Teilanordnung) kompensiert werden soll, die mit dieser ersten Induktivität im entgegengesetzten Wicklungssinn in Serie geschaltet ist. Durch diese Art der Versc altung soll erreicht werden, dass das Streufeld der zweiten Induktivität Lk dem der ersten Induktivität Ll entgegengerichtet ist.
Wählt man die geometrische Form und die gegenseitige Anordnung beider Teilanordnungen in geeigneter Weise, dann lässt sich die gewünschte Kompensationswirkung auch in guter Näherung erreichen.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Kompensationsspule Lk als in etwa spiralförmige Luftspule ausgestaltet ist, in deren Zentrum die zweite Teilanordnung placiert ist, die eine Induktivität Ll aufweist. Diese Induktivität Ll kann dabei auch die effektive Induktivität der zweiten Teilanordnung im Sinne eines Ersatzschaltbildes sein. Es kann sich aber auch um eine diskrete Spule handeln, die Bestandteil der - noch aus weiteren Bauelementen bestehenden - zweiten Teilanordnung ist .
Werden diese beiden Induktivitäten in geeigneter Weise zusammengeschaltet, dann kann hierdurch das Streufeld der Gesamtanordnung minimiert werden.
Derartige Anordnungen sind besonders vorteilhaft auf Platinen von gedruckten Schaltungen oder in mehreren Lagen der Platine (sogenanntes multi layer printed circuit board) einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung oder in mehreren Schichten einer integrierten Schaltung zu realisieren. Durch die Verfügbarkeit mehrerer horizontal verlaufender, vertikal übereinander angeordneter Schichten oder Lagen in derartigen Anordnungen, können die Leiterelemente der Teilanordnungen auch vertikal übereinander verlaufen. Die nötigen elektrischen Verbindungen der Leiterelemente untereinander können dabei über geeignet placierte Durchkontaktierungen oder Weglöcher (sog. via holes) realisiert werden. Ihre gegenseitige Isolation wird dabei durch das Substrat der Platine oder geeignete isolierende Schichten in der integrierten Schaltung bewirkt.
Bei derartigen mehrschichtigen Anordnungen können beispielsweise die Windungen der in Figur 2 gezeigten Kompensationsspule Lk direkt übereinander verlaufen, so dass alle Windungen den gleichen Radius haben können oder die geometrischen Eigenschaften der Kompensationsspule in anderer Weise optimiert werden können, ohne dass es zu Isolations- oder Kontaktierungsproblemen kommen müsste.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die erste Teilanordnung Lk aus einer Luftspule mit wenigen Windungen, die mit der Hauptinduktivität Ll im entgegengesetzten Wicklungssinn in Serie geschaltet ist. Mit einer zweckmäßigen räumlichen Anordnung der beiden Spulen lässt sich das äußere Magnetfeld des Systems Lges deutlich reduzieren. Gegenüber bekannten Maßnahmen zur Reduktion unerwünschter Streufelder weist die Erfindung eine deutliche Aufwands-/Kostenreduzierung, einfache Realisierbarkeit durch platzsparende Anordnungen mit einem breiten Anwendungsbereich als Vorteile auf.
Besonders vorteilhaft ist die Realisierung durch Unterbringung der Luftspule auf einem PCB (gedruckte Schaltung; printed circuit board) . Die Kompensationsspule besteht hier aus einigen spulenartig angeordneten
Leiterschleifen Lk, die auch über mehrere Lagen des PCB führen können. Genau zentriert darüber ist die eigentliche Spule Ll mit entgegengesetzter Wicklungsrichtung angeordnet. Ein Anwendungsbeispiel ist die Streufeldkompensation einer DC/DC-Konverterspule mit Hilfe einer Spulenanordnung auf einem PCB.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung von Leiterelementen, bei der eine erste Teilanordnung von Leiterelementen nach Lage und Form so angeordnet und beschaffen und mit einer zweiten
Teilanordnung von Leiterelementen oder einer elektrischen Teilschaltung so verschaltet ist, dass das störende Einflüsse des durch die Anordnung hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes auf räumlich benachbarte dritte elektrische Schaltungen oder Bauelemente möglichst gering sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die erste Teilanordnung von Leiterelementen aus einer in etwa spiralförmigen Leiteranordnung besteht, in deren Zentrum die zweite
Teilanordnung oder die zweite elektrische Teilschaltung angeordnet und so mit der ersten Teilanordnung verschaltet ist, dass die Magnetfelder der ersten und zweiten Teilanordnung sich näherungsweise kompensieren.
3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die zweite
Teilanordnung eine Induktivität ist oder enthält, die mit der ersten Teilanordnung im entgegengesetzten Wicklungssinn in Serie geschaltet ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leiterelemente der ersten Teilanordnung über mehrere Lagen der Platine einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung oder in mehreren Schichten einer integrierten Schaltung angeordnet sind.
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