DE69022017T2

DE69022017T2 - Spannungskontrollierter Oszillator auf einer laminierten Leiterplatte.

Info

Publication number: DE69022017T2
Application number: DE69022017T
Authority: DE
Inventors: Hidehiko Norimatsu
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2010-12-28
Also published as: CA2033227C; AU635472B2; CA2033227A1; KR910012854A; KR940005370B1; DE69022017D1; JPH03201805A; EP0437976A2; EP0437976A3; TW198775B; AU6854190A; EP0437976B1; US5101177A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Montage von Oszillatoren auf gedruckten Schaltungsplatten und sie wird mit Bezug auf einen auf eine laminierte Schaltungsplatte montierten spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) dargestellt.
Parallel mit der Miniaturisierung der elektronischen Ausstattung nimmt der Trend zur laminierten gedruckten Schaltungsplatte oder mehrschichtigen Verdrahtungsplatte zu, um elektronische Teile und Schaltungen in einer dichtgepackten Anordnung unterzubringen. Bei einer gedruckten Schaltungsplatte, beispielsweise für Hochfrequenzanwendungen, ist es allgemeine Praxis, eine der Zwischen- oder Innenschichten auf Masse zu legen, so daß die Hochfrequenzschaltung an der Oberfläche der Platte stabil arbeitet. Eine Substratschicht aus Glasepoxid oder ähnlichem Material liegt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten.
Wenn beispielsweise ein VCO auf einer solchen laminierten gedruckten Schaltungsplatte montiert wird, wird eine der Zwischenschichten, die unterhalb der Schicht liegt, auf der ein oszillierender Halbleiter oder Transistor des VCO, ebenso wie verschiedene, dessen Schwingungsfrequenz bestimmende elektronische Teile angeordnet sind, auf Masse gelegt, um als Massepotentialschicht zu dienen. Bei dieser Anordnung entsteht eine Streukapazität zwischen jedem Leiter, wie dem Halbleiter, den metallischen Teilen und dem gedruckten Schaltungsmuster, und der Massepotentialschicht. Unter der Annahme, daß die gedruckte Schaltungsplatte eine gegebene Dicke hat, sind solche Streukapazitäten größer als bei einer gewöhnlichen gedruckten Schaltungsplatte, dessen Rückseite als Massepotentialschicht dient. Die Schwingungsfreguenz ändert sich deshalb infolge der weitgestreuten Montagebedingungen der einzelnen Teile und der Änderung der Anordnung des gedruckten Schaltungsmusters. Im allgemeinen werden die Teile, die die Schwingungsfrequenz eines VCO bestimmen, als Teile mit großen Q-Werten ausgeführt, um das C/N-Verhältnis (C/N Carrier-tonoise, Träger/Rausch-Verhältnis des erzeugten Signals zu erhöhen. In der Praxis bestimmt sich jedoch die Schwingungsfrequenz eines VCO aus der zusammengesetzten Impedanz der Impedanzen der Teile mit großen Q-Werten und den Streukapazitäten, die auf die Glasepoxidschichten zurückzuführen sind. Für den Fall, daß solche Streukapazitäten großen Einfluß auf die Schwingungsfrequenz haben, verringert sich der Gesamt- Q-Wert und damit das C/N-Verhältnis kritisch, da Glasepoxid als Substrat einen kleinen Q-Wert hat.
In der EP-A-86 402 026.8, die unter Nr. 216699 am 1. April 1987 veröffentlicht wurde, und in der entsprechenden US- A-4 792 773, die am 20. Dezember 1988 veröffentlicht wurde, wurde ein Ultrahochfrequenzschaltkreis vorgeschlagen, der Schaltungskomponenten auf einem Substrat aufwies, das entweder aus einem keramischen Wafer oder einem Halbleitermaterial- Wafer bestand, der halbisolierend gemacht wurde und der eine Luftschicht in einer Aussparung im Substrat oder sowohl in einer Bodenplatte und einer metallisierten Schicht, zwischen dem dielektrischen Substrat und einer Massebene hatte, um so eine Luftkapazität in Serie mit einer parasitären Kapazität einzubauen.
Der Umfang des beantragten Schutzes wird durch den Inhalt der angefügten Ansprüche bestimmt, die eine neue Erfindung unter Einbeziehung eines Erfindungsschritts definieren.
In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die beispielhaft beschrieben wird, wird auf einer laminierten gedruckten Schaltungsplatte ein VCO montiert, der ein Signal mit einem verbesserten C/N-Verhältnis und einer stabilen Frequenz erzeugt.
In dem zu beschreibenden speziellen Beispiel ist ein VCO auf einer laminierten gedruckten Schaltungsplatte montiert, die eine Oberflächenschicht, mehrere Zwischenschichten und eine rückseitige Schicht hat, wobei mindestens eine der mehreren Zwischenschichten als Massepotentialschicht dient, und der VCO einen Halbleiteroszillator und elektronische Komponententeile hat, die seine Schwingungsfrequenz bestimmen und auf der Oberflächenschicht der gedruckten Schaltungsplatte vorhanden sind. Ein Teil der Massepotentialschicht ist lediglich oberhalb einer Fläche entfernt worden, die dem Teil der Fläche entspricht, auf dem der Halbleiter und die Elektronikkomponenten angeordnet sind.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt ist, die eine typische Struktur einer laminierten gedruckten Schaltungsplatte zeigt, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 einen Schaltplan, der für einen die vorliegende Erfindung verkörpernden VCO kennzeichnend ist;
Fig. 3 eine Draufsicht, die verschiedene Komponententeile der dargestellten Ausführungsform zeigt, die auf einer ersten Schicht der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsplatte montiert sind; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das eine typische Anordnung zum Messen des C/N-Verhältnisses eines von der dargestellten Ausführungsform erzeugten Signals zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nach Fig. 1 der Zeichnungen ist eine laminierte gedruckte Schaltungsplatte, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Wie gezeigt, hat die Schaltungsplatte 10 eine erste Schicht oder Oberflächenschicht 12, eine zweite und dritte Schicht oder Zwischenschichten 14 und 16 und eine vierte oder rückseitige Schicht 18. Verschiedene Komponententeile eines VCO einschließlich eines Oszillationstransistors sind auf der ersten Schicht 12 montiert. Die zweite Schicht 14 ist auf Masse gelegt, während die dritte Schicht 16 zum Anschluß an eine Energiequelle ist. Ein elektrisches Schaltungsmuster ist auf der vierten Schicht 18 gebildet. Substratschichten aus Glasepoxid 20, 22 und 24 liegen jeweils zwischen der ersten und zweiten Schicht 12 und 14, zwischen der zweiten und dritten Schicht 14 und 16 und zwischen der dritten und vierten Schicht 16 und 18.
Ein die vorliegende Erfindung verkörpernder VCO mit einer Colpitts-Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt. Der VCO, allgemein 30, hat einen Oszillationstransistor 31, Kondensatoren 32, 34, 36 und 38, einen APC-Anschluß 35, einen dielektrischen Resonator 40, eine Drosselspule 42 und eine Varaktordiode 44, die die Grundbestandteile für eine Oszillation sind. Der VCO 30 hat ebenfalls einen Widerstand 46 und eine Drosselspule 48, die zusammen eine Vorspannung an den Transistor 30 anlegen, und einen Kondensator 50 zum Anschluß des VCO 30 an die nächste Stufe. Wenn über den APC-Anschluß 35 und die Drosselspule 42 eine APC-Spannung an die Varaktordiode 44 angelegt wird, ändert sich die Kapazität der Varaktordiode 44 entsprechend der APC-Spannung. Die Kapazitätsänderung der Varaktordiode 44 wird durch den dielektrischen Resonator 40 und den Kondensator 36 einer Impedanzwandlung unterzogen und dann dem Kollektor des Transistors 30 als Änderung der Impedanz mitgeteilt. Folglich ändert sich die Schwingungsfrequenz des Transistors 30.
Fig. 3 zeigt die verschiedenen Komponententeile des VCO 30, die auf der ersten Schicht 12 der gedruckten Schaltungsplatte montiert sind, die den in Fig. 1 dargestellten typischen Aufbau hat. Die zweite oder Massepotentialschicht 14 liegt, wie in Fig. 1 gezeigt, mit der Glasepoxidsubstratschicht 20 als Zwischenschicht unter der ersten Schicht 12.
Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß ein Teil der zweiten oder Massepotentialschicht 14 entfernt worden ist, der einer Fläche A entspricht, die in Fig. 3 von einer gestrichelten Linie umschlossen und durch Schraffieren angedeutet ist. Im allgemeinen ist die Streukapazität zwischen der Masssepotentialschicht 14 und den auf der Oberflächenschicht 12 vorgesehenen Komponenten umgekehrt proportional zum Abstand zu diesen. Wenn in der Fläche A, in der die verschiedenen Komponenten, wie oben erklärt, angeordnet sind, keine Massepotentialschicht 14 vorhanden ist, verringert sich die Streukapazität. Deshalb verringert die Massepotentialschicht 14 die Q-Werte der Komponententeile, wie beispielsweise des Transistors 30 und Resonators 40, die auf der Oberflächenschicht 12 montiert sind, nicht. Damit gelingt es, eine Verringerung des C/N-Verhältnisses zu verhindern und demgemäß eine stabile Schwingungsfrequenz zu allen Zeiten zu gewährleisten.
Fig. 4 zeigt schematisch eine typische Anordnung zum Messen des C/N-Verhältnisses des Ausgangssignals des VCO 30. Wie gezeigt, hat die Anordnung, allgemein 60, eine Energiequelle 62, einen rauscharmen linearen Verstärker 64 und einen Spektrumanalysator 66, wie auch den VCO 30, Fig. 2. Die Energiequelle 62 liefert eine Gleichspannung an den VCO 30 und eine APC-Spannung wird über den APC-Anschluß 35 an den VCO 30 gelegt. Es wird angenommen, daß die gedruckte Schaltungsplatte 10, auf die der VCO 30 montiert ist, einen vierschichtigen Aufbau hat, der 0,8 mm dick ist und dessen Massepotentialschicht oberhalb der in Fig. 3 gezeigte Fläche A entfernt worden ist. Dann beträgt die Fläche, in der der VCO 30 montiert ist, ungefähr 2 Quadratzentimeter, so daß die Fläche A ungefähr 1,5 Quadratzentimeter beträgt. Wenn man den VCO 30 mit einer Frequenz von 1 Gigahertz schwingen läßt, weicht die Schwingung um 25 Kilohertz ab. Das C/N-Verhältnis des Oszillationssignals wurde von der Anordnung 60 und mit der Auflösungsbandbreite von 1 Kilohertz zu ungefähr 85 Dezibel gemessen. Wenn im Vergleich dazu, eine Massepotentialschicht 14 verwendet wurde, deren Fläche A nicht entfernt worden ist, so wie im Stand der Technik, wurde das C/N-Verhältnis zu ungefähr 82 Dezibel gemessen. Die dargestellte Ausführungsform erreicht daher eine Verbesserung des C/N-Verhältnisses um ungefähr 3 Dezibel über den Stand der Technik.
Zusammengefaßt ist zu sehen, daß die vorliegende Erfidnung einen VCO bereitstellt, der ein Siganl mit einem verbesserten C/N-Verhältnis und einer stabilen Frequenz erzeugen kann.
Verschiedene Abwandlungen werden für Fachleute möglich werden, nachdem sie in der vorliegenden Offenbarung unterrichtet worden sind, ohne vom Bereich der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims

1. Auf einer Oberflächenschicht (12) einer laminierten gedruckten Schaltungsplatte (10) montierter Oszillator, wobei die Platte (10) mehrere Zwischenschichten (14) (16), wobei mindestens eine (14) der mehreren Zwischenschichten als Massepotentialschicht dient, und entsprechende Substratschichten (20) (22) (24) zwischen der Oberflächenschicht (12), einer Zwischenschicht (14) (16) und einer rückseitigen Schicht (18) aufweist, wobei der Oszillator einen Oszillationshalbleiter (31) und elektronische Komponententeile (32) (34) (35) (36) (38) (40) (42) (44) aufweist, die die Schwingungsfrequenz des Halbleiters (31) festlegen, wobei ein Teil der Massepotentialschicht (14) oberhalb einer Fläche entfernt worden ist, die mindestens einem Teil der Fläche entspricht, in der der Halbleiter (31) und die elektronischen Komponententeile (32) (34) (35) (36) (38) (40) (42) (44) angeordnet sind, und ein Zwischenraum zwischen benachbarten Substratschichten (20) (22) vorgesehen ist, wobei die Dicke des Zwischenraums gleich der Dicke der entfernten Massepotentialschicht (14) ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, bei dem eine Substratschicht aus Glasepoxidmaterial besteht.

3. Oszillator nach Anspruch 2, bei dem es zwei Zwischenschichten (14) (16) gibt, wobei eine der Zwischenschichten (16) zum Anschluß an eine Energiequelle vorgesehen ist.

4. Oszillator nach Anspruch 3, bei dem ein elektronisches Schaltungsmuster für den Oszillator auf der rückseitigen Schicht (18) der gedruckten Schaltungsplatte (10) vorgesehen ist.

5. Oszillator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (10) eine mehrschichtige Verdrahtungsplatte ist und der Oszillator auf der Oberflächenschicht (12) montiert ist.

6. Oszillator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist.

7. Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Oszillator ein Collpitts- Oszillator ist.

8. Oszillator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratschichten (20) (22) (24) zwischen jeweils zwei benachbarten Schichten, nämlich zwischen der Oberflächenschicht (12), den Zwischenschichten (14, 16) und der rückseitigen Schicht (18) der mehrschichtigen Verdrahtungsplatte liegen.

9. Verfahren zum Anbringen einer Oszillatorschaltung auf einer laminierten gedruckten Schaltungsplatte (10) mit einer Massepotentialschicht (14) als eine ihrer Zwischenschichten und entsprechenden Substratschichten (20) (22) (24) zwischen der Oberflächenschicht (12), den Zwischenschichten (14, 16) und der rückseitigen Schicht (18), das folgende Schritte aufweist:

Anbringen der Oszillatorschaltung auf der Oberflächenschicht der Platte (10), und

Entfernen eines Teils der Massepotentialschicht (14), oberhalb dessen mindestens ein Teil der Oszillatorschaltung angeordnet ist, wobei sich ein Zwischenraum zwischen benachbarten Substratschichten (20) (22) ergibt, wobei die Dicke des Zwischenraums gleich der Dicke der entfernten Massepotentialschicht (14) ist.