DE2543675A1

DE2543675A1 - Koacialer 2-auf-n-relaisumschalter mit reedkontakten

Info

Publication number: DE2543675A1
Application number: DE19752543675
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Seinecke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1975-09-30
Publication date: 1977-03-31
Also published as: DE2543675B2; GB1522250A; FR2326785A1; FR2326785B3; NL7610377A; US4044319A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeichen Berlin und München VPA 75 P 2 1 8 3 BRD

Koaxialer 2-auf-n-Relaisumschalter mit Reedkontakten,

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen koaxialen 2-aufn-Relaisumschalter .mit in elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Röhrchen angeordneten Reedkontakten, die in zwei Gruppen zu je η Reedkontakten so sternförmig angeordnet sind, daß sich ,je Gruppe die einen Kontaktfedernenden in einem Verzweigungspunkt treffen und in einem den Verzweigungspunkt umfassenden metallischen Kopf mit je einer koaxialen Eingangsleitung verbunden sind, und daß die jeweils anderen Kontaktfederenden einander entsprechender Reedkontakte beider Gruppen paarweise in zweiten Verzweigungspunkten zusammentreffen und dort mit Ausgangsleitungen verbunden sind, und bei dem der metallische Kopf und die die Reedkontakte umgebenden metallischen Röhrchen in ihrem Inneren so ausgestaltet sind, daß elektrisch gesehen zwischen das Ende des Innenleiters der koaxialen Eingangsleitung und den ersten Verzweigungspunkt der Reedkontakte einerseits und zwischen den ersten Verzweigungspunkt und die Kontaktstellen der Reedkontakte andererseits zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind.

In Prüfgeräten für schnelle digitale Schaltkreise besteht häufig die Aufgabe, eine von η Eingangsklemmen eines Prüflings mit dem Ausgang eines Generators und dem einen Eingang eines Oszillographen über koaxiale Leitungen und Umschalter programmgesteuert zu verbinden. Die Verbindung soll dabei so erfolgen, daß bis herab zu Signalanstiegszeiten von 0,5 ns das jeweils gebildete Netzwerk eine möglichst reflexionsfreie, breitbandige 50 Ohm-Koaxialverbindung bestimmter elektrischer Länge darstellt. Gleichzeitig muß eine beliebige andere der η Eingangsklemmen des Prüflings mit dem Ausgang eines zweiten Generators verbunden werden können. Die technische Lösung für dieses Problem sind gewöhnlich Relaismatri-

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zen mit zwei Eingängen und η Ausgängen (z.B. η = 64), die aus einzelnen, in Kaskade geschalteten 2-auf-n-Relaisumschaltern zusammengesetzt werden (z.B. 3 Umschalter in Kaskade bei einer Verzweigungszahl von 4 je Stufe).

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines solchen 2-auf-4-Relaisumschalters. Zwei koaxiale Eingangsleitungen E1 und E2 können über je einen der vier relaisgesteuerten Reedkontakte r1 ... r4 bzw. der vier relaisgesteuerten Reedkontakte k1 ... k4 mit einer von vier koaxialen Ausgangsleitungen so verbunden werden, daß in beiden Übertragungsrichtungen eine möglichst reflexionsfreie, verzerrungs- und dämpfungsarme Impulsübertragung möglich ist. Gerade für diesen Umschaltertyp sind bisher keine praktischen Lösungen bekanntgeworden, die zu der gewünschten Breitbandigkeit führen.

Bekannt geworden'ist ein 2-auf-4-Umschalter, bei dem auf der Oberseite einer Mehrlagenleiterplatte vier Reedkontakte sternförmig angeordnet sind und der Verzweigungspunkt der Reedkontakte auf der .Oberseite der Mehrlagenleiterplatte von einem metallischen Kopf umgeben ist, in den von der Unterseite der Mehrlagenleiterplatte eine koaxiale Steckverbindung eingeführt ist. Auf derselben Leiterplatte ist auf der Unterseite ein zweiter metallischer Kopf mit vier weiteren Reedkontakten angeordnet. Die Zuführung zu diesem zweiten Kopf erfolgt von oben her über eine zweite koaxiale Steckverbindung, die zu dem Verzweigungspunkt der zweiten vier Reedkontakte führt.

Die zweimal vier Reedkontakte sind mit koaxialen Ausgangssteckver-_: bindungen dadurch verbunden, daß die Anschlußbeine entsprechender Reedkontakte an Lötaugen angeschlossen sind und von den Lötaugen 50 Ohm-Streifenleitungen zu den koaxialen Ausgangssteckverbindungen führen. Um im Bereich der Lötaugen die quasikoaxiale Leitung, die der Innenleiter mit dem die Reedkontakte umfassenden Kupferröhrchen bildet, möglichst stoßarm in die 50-Ohm-Streifenleitung überzuführen, sind die Röhrchenenden über Drähte und andere Lötaugen mit der Erdebene der Leiterplatte verbunden.

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Derartige Anordnungen können aus folgenden Gründen nicht genügend reflexionsarm und breitbandig gefertigt werden:

1. Der erforderliche seitliche Versatz der beiden Köpfe, der notwendig ist, damit an die koaxialen Eingangssteckverbindungen die Zuführungsleitungen angeschlossen werden können, führt dazu, daß die Anschlüsse der Reedkontakte an die Lötaugen ungleich geformt und daher nur bedingt elektrisch gleich lang sind.

2. Die Übergänge von den Reedkontakten auf die 50 Ohm-Streifenleitungen jeweils mit einem Kontaktanschlußdraht und einem Null-Volt-Draht sind stoßbehaftet.

3» Die Lötaugen stören die Leitungen mit einer Kapazität von ca. 2 pF gegen Null Volt.

4i Die Übergänge von den 50 Ohm-Streifenleitungen auf die Ausgangssbuchsen sand stoßbehaftet.

Deshalb sind prinzipielle Reflexionen von>20 % (bei 150 ps-Generatoranstiegszeit), Bandbreiten von 4. 1 GHz und Eigenzeitkonstanten -^500 ps zu erwarten; die Laufzeitdifferenzen der einzelnen Pfade liegen über 20 ps.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen 2-auf-n-Relaisumschalter mit Reedkontakten zu schaffen, der extrem breitbandig und,reflexionsarm ist und außerdem geringe Laufzeitunterschiede zwischen den einzelnen Pfaden aufweist. Außerdem soll er als Modul nsit einheitlichen, engtolerierten elektrischen Daten gefertigt und installiert werden können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reedkontakte derart angeordnet sind, daß sie die Kanten einer Doppelpyramide bilden. Besonders gute elektrische Eigenschaften werden dann erreicht, wenn die sich in den zweiten Verzweigungspunkten treffenden Kontaktfederenden in je einem metallischen Topf mit einer Ausgangsleitung verbunden sind und jeweils zwischen die Kontaktstellen der Reedkontakte und dem zweiten Verzweigungspunkt einerseits sowie zwischen den Verzweigung spunkt und das Ende des Innenleiters der Ausgangsleitung andererseits elektrisch gesehen zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind.

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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels des Relaisumschalters gemäß der Erfindung. Dabei zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines 2-auf-4-Relaisumschalters, Fig. 2 die Anordnung und Ausgestaltung der die Reedkontakte umgebenden Röhrchen und der die zweiten Verzweigungspunkte umgebenden Töpfe und . Fig. 3 ein Ersatzschaltbild.

Fig. 2 zeigt die konstruktive Lösung eines erfindungsgemäßen Relaisumschalters. Die beiden Köpfe 1 und 2 stellen die beiden ersten Verzweigungen auf je 4 Kontakte bei P,, und P2 in Fig. 1 dar; von oben bzw. von unten münden die Eingangsleitungen E₁ bzw. E2 in die Köpfe ein; je 4 Reedkontakte gehen erfindungsgeraäß nicht radial von den Köpfen aus, sondern sind um ψ■, nach innen geneigt, und sie laufen paarweise in je einen Umlenktopf 3 ein. In Fig. 2 seien die beiden nach links führenden Reedkontakte die Schalter r^ und k^ von Fig. 1. Damit ist 4 die axial abgehende Ausgangsleitung A₁.

Die vierfachen Verzweigungspunkte P₁ und P^ in Fig. 2 sind nach dem Prinzip wie die Verzweigungspunkte eines vorgeschlagenen 1-auf-4-Umschalters gestaltet. Hinzu kommt hier ein weiterer, jedoch nur zweifacher Verzweigungspunkt P^, der von P^ und Pp durch dazwischenliegende Sleedkontakte elektrisch getrennt ist, und dessen zusätzliche Reflexion klein gehalten werden soll. Ist zunächst ν ^ geschlossen, um E₁ mit A₁ zu verbinden, und k* geöffnet, so wirkt (abgesehen von der Verzweigung bei P₁) lediglich die offene, linke, Kontaktfeder (Strecke Ρλ-Ρκ) des Reedkontaktes k.. als Stichleitung (kapazitive Störung Cp- _ρΕ-) am durchgeschalteten Leitungszug E₁-P₁-P₅-P^-A₁. Ist umgekehrt r,. geöffnet iind Ic₁ geschlossen, so wirkt (abgesehen von der Verzweigung bei V^) lediglich die offene, linke Kontaktfeder (Strecke P4-P3) von r^ als Störkapazität 0_ρΖ}ρ^ am Leitungszug Ε2-Ρ₂-Ρκ-Ρ4-Α₁.

Die Störkapazität am Punkt P^ ist viel kleiner als im Kopf 1 bzw. 2, da.nur jeweils ein offener Relaiskontakt stört und nicht drei. Trotzdem ist eine Kompensation durch Serieninduktivitäten gemäß

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Fig. 3 zweckmäßig. In Bild Fig. 3a repräsentiert das linke T-Glied den Kopf 1 allein. Die Zone Y^-C ist ein Stück 50Λ - Wellenleiter. Das rechte T-Glied vertritt den Durchgang durch den Umlenktopf 3 (zwischen den Zonen C und G). Im Ersatzschaltbild Fig. 3b für den anderen Fall ist das rechte T-Glied verschieden von Bild 14a, weil die Abführung der Ausgangsleitung 4 nach oben ungleiche Wege schafft, so daß C_p<_pi- größer als C_p/p:, wird.

Zum Ausgleich ist es zweckmäßig, den Innenleiter 8 der Ausgangsleitung 4 zu den Reedkontakten hin zu knicken (^5, reduziert vor allem CpApc)» und Röhrchen 6 auch nach links eine trichterförmige Aufweitung zu geben (^p. 6, reduziert Cp.p, und erhöht L_cp»), während das Röhrchen 7 stumpf in den Umlenktopf 3 einläuft. Im Idealfall haben alle 4 T-Glieder von Fig. 3 einen Wellenwiderstand Z_Q von 5OSi. Die Zone Y₀-E ist ein 5OA - Wellenleiter.

Aus räumlichen Gründen können die Erregerspulen 9 nicht auf den Reedschaltern angeordnet werden, sondern sie gruppieren sich axial um E^ bzw. Ep herum; der magnetische Fluß jeder Spule wird durch einen Kern 10 sowie Leitbleche 11 und 12 aus Weicheisen auf den zugehörigen Reedkontakt gekoppelt.

8 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Koaxialer 2-auf-n-Relaisumschalter mit in elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Röhrchen angeordneten Reedkontakten, die in zwei Gruppen zu je η Reedkontakten so sternförmig angeordnet sind, daß sich je Gruppe die einen Kontaktfederenden in einem ersten Verzweigungspunkt treffen und in einem den Verzweigungspunkt umfassenden metallischen Kopf mit je einer koaxialen Eingangsleitung verbunden sind, und-daß die jeweils anderen Kontaktfederenden einander entsprechender Reedkontakte beider Gruppen paarweise in zweiten Verzweigung spunkten zusammentreffen und dort mit Ausgangsleitungen verbunden sind, und bei dem jeweils der metallische Kopf und die die Reedkontakte umgebenden elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Röhrchen in ihrem Innern so ausgestaltet sind, daß elektrisch gesehen «--zwischen das Ende des Innenleiters der jeweiligen koaxialen Eingangsleitung und den ersten Verzweigungspunkt der Reedkontakte einerseits und zwischen den ersten Verzweigungspunkt und die Kontaktstellen der Reedkontakte einer Gruppe andererseits zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reedkontakte derart angeordnet sind, daß sie die Kanten einer Doppelpyramide bilden.
2. Relaisumschalter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den zweiten Verzweigungspunkten (P4) treffenden Kontaktfederenden in je einem metallischen Topf (3) mit einer Ausgangsleitung (4, A4) verbunden sind.
3. Relaisumschalteitfiach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß jeweils zwischen die Kontaktstellen (P3, P4) der Reedkontakte und den zweiten Verzweigungspunkt (P4) einerseits sowie zwischen den Verzweigungspunkt (P4) und das Ende des Innenleiters der Ausgangsleitungen (4) andererseits elektrisch gesehen zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind.

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4. Relaisumschalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (4) aus dem Topf (3) jeweils in Richtung der Eingangsleitungen (E1, Ε2) erfolgt.
5. Relaisumschalter nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (4) aus dem Topf (3) jeweils senkrecht zur Richtung der Eingangsleitungen (E1, Ε2) erfolgt.'
6. Relaisumschalter nach Anspruch 3 und 4, dadurch ge-, kennzeichnet , daß jeweils das innere Ende des der Ausgangsleitung (4) näherliegenden Röhrchens (6) in Form eines Exponentialtrichters ausgebildet ist.
7. Relaisumschalter nach Anspruch 3 und 5»dadurch gekennzeichnet , daß die inneren Enden der Röhrchen (6, 7) in Form eines Exponentialtrichters ausgebildet sind.
8. Relaisumschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Topf (3) mündende Ende der Ausgangsleitung (4) um einen bestimmten V/inkel (ψ5) gegenüber der allgemeinen Richtung der Ausgangsleitung (4) auf die Kontaktfederenden zu geneigt ist.

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