PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005009527A1 07.09.2006
Titel Leiterplatte als gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Baran, Marian, 12167 Berlin, DE;
Enderlein, Janos-Gerold, Dr., 10115 Berlin, DE;
Romahn, Jörg, 12353 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 02.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005009527
Offenlegungstag 07.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.2006
IPC-Hauptklasse H04B 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04B 1/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H04B 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte als gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards, wobei die Leiterplatte Bestückplätze für zumindest vier unterschiedliche Steckerkomponenten, zwei verschiedene Controller, fünf unterschiedlich große Speicherbausteine, sechs verschiedenartige Hochfrequenzbauteile sowie Anschlüsse für die Stromversorgung und die Masseanbindung aufweist, wobei die zumindest vier unterschiedlichen Steckerkomponenten mit der Stromversorgung und der Masseanbindung in Verbindung stehen und wobei die Bestückplätze der verschiedenen Komponenten, wie Steckerkomponenten, Controller, Speicherbausteine und Hochfrequenzbauteile, über Leitungen und/oder Kontaktflächen elektronisch miteinander verbunden sind. Die Bestückplätze für die Bauelemente mit den Funktionalitäten Stecker, Controller, Speicher, Hochfrequenzbauteile sind in der räumlichen Ausdehnung so ausgeführt, dass die räumlich größte Ausführungsform die räumlich kleinste Ausführungsform mit einschließt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte als gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards.

Funkmodule, die unterschiedliche Funkstandards unterstützen, werden nach dem Stand der Technik, durch sich voneinander unterscheidenden diskreten Lösungen realisiert. Dies betrifft sowohl die Hardware-, die Mechanik- und Softwareseite. Dies ist umso mehr der Fall, da die Funktionalität solcher Funkmodule mit zusätzlichen Features, wie anderen Schnittstellen oder Ausprägungen mit verschiedenen Applikationen, unterschiedlichste Varianten zu Folge hat. Als technische Problemstellung ergibt sich die Notwendigkeit der Bereitstellung unterschiedlicher Hardware- Mechanik- und Softwareplattformen, welche die jeweilig ausgewählten Funkstandards bzw. die zu realisierenden Features unterstützen.

Das diskrete Funkmodul enthält jeweils eine für diese spezielle Aufgabenstellung zugeschnittene optimierte technische Lösung. Als Beispiel sei hier die Leiterplatte, insbesondere die Optimierung der Abmessungen, der elektrischen Leitungsstruktur und der Funktionalität, die schaltungstechnische Ausführung, Funktion und Anordnung der Bauelemente, insbesondere die Optimierung der Bauteilarten, deren Anordnung, deren Verschaltung und deren Funktionalität, die Optimierung der Schnittstellen zur Funkmodulanwendung und Steckerbelegung, insbesondere die Optimierung der Schnittstellenart, der Pinanzahl und der Belegung der Stecker, sowie die Optimierung der Antenne genannt.

Im Beispiel der Leiterplatte für ein GSM-, GPRS-, EDGE oder UMTS-Modul bestünde die technisch optimierte Lösung aus, die jeweiligen Funkstandards einzeln unterstützenden, Teillösungen, wobei die Leiterplatten sich z. B. in ihrer Größe und Form unterscheiden würden.

Der Stand der Technik zeigt verschiedene Lösungen für die Realisierung von Leiterplatten als Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards, wie GSM, GPRS, EDGE oder UMTS.

Eine bekannte Lösung besteht in der Realisierung diskreter Leiterplatten entsprechend des zu unterstützenden Funkstandards sowie einzelner Module in den verschiedenen Ausprägungen von Schnittstellen bzw. Steckerleisten. Vorteil hierbei ist die Optimierung der Abmessungen und Formen sowie die Optimierung der Material- und Herstellungskosten für die jeweilige Einzellösung. Nachteilig ist, dass keine Adaptierbarkeit möglich ist. Im Gegenteil ist eine Vielzahl von technischen Teillösungen notwendig, um für jeden Funkstandard eine entsprechend optimale Leiterplatte zu realisieren. Diese Einzellösungen ziehen hohe Entwicklungskosten mit sich.

Eine weitere Lösung ist die sogenannte (Voll-)Integration verschiedener Funkstandards in einer integrierten Hardware- Mechanik- Softwaregesamtlösung, d.h. in einer Leiterplatte. In dem Beispiel eines Funkmoduls, welches die Funkstandards GSM, GPRS und EDGE unterstützt, gibt es nach dem Stand der Technik Leiterplatten, die die Funkstandards GSM, GPRS, und EDGE oder UMTS unterstützen, d.h. die Integration aller Funkstandards, aller Funktionalitäten und Unterstützung aller Anwendungen anbieten. Vorteil hierbei ist die integrierte technische Gesamtlösung. Nachteilig sind jedoch die hohen Materialkosten für derartige Leiterplatten, da diese aufgrund der (Voll-)Integration sehr kostenintensiv sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leiterplatte zu schaffen, die als gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards dient. D.h., entsprechend der Aufgabenstellung der Erfindung soll eine Leiterplatte für Funkmodule für die Funkstandards GSM, GPRS und/oder EDGE und/oder UMTS auf der Basis einer gemeinsamen Hardware-, Software- und Mechanik-Plattform realisiert werden.

Diese Aufgaben werden durch eine Leiterplatte mit den Merkmalen des Anspruchs gelöst.

Eine Leiterplatte, bei der die Leiterplatte Bestückplätze für zumindest vier unterschiedliche Steckerkomponenten, zwei verschiedene Controller, fünf unterschiedlich große Speicherbausteine, sechs verschiedenartige Hochfrequenzbauteile sowie Anschlüsse für die Stromversorgung und die Masseanbindung aufweist, wobei die zumindest vier unterschiedlichen Steckerkomponenten mit der Stromversorgung und der Masseanbindung in Verbindung stehen, und wobei die Bestückplätze der verschiedenen Komponenten, wie Steckerkomponenten, Controller, Speicherbausteine und Hochfrequenzbauteile über Leitungen und/oder Kontaktflächen elektronisch miteinander verbunden sind, stellt eine gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards dar. Eine derartige erfindungsgemäße Leiterplatte ermöglicht, dass Funkmodule entsprechend ihrer Funktionalität, Ausführungsform, Anwendung adaptierbar sind.

Bei der erfinderischen Lösung wird eine Leiterplatte als gemeinsame Basis für Hardware- Mechanik- Softwarekomponenten verwendet. Diese wird durch die größte Ausbaustufe, d.h. die Integration aller Funkstandards, aller Funktionalitäten und Unterstützung aller Schnittstellen und aller Anwendungen, determiniert. Aus unterschiedlichen Anforderungen bzw. Anwendungen der erfindungsgemäßen Leiterplatte können Unterausbauformen abgeleitet werden. Die Ableitung erfolgt durch modulares Weglassen von Hardware-, Mechanik- oder Softwarekomponenten, z. B. bei der Ebene Hardware/Mechanik auf Bauteilniveau. Entsprechend dieser erfinderischen Lösung erfolgt eine Hardware-, Mechanik- und Softwareseitige Adaptierung der Funktionalität des Funkmoduls an die unbedingt notwendigen technischen Anforderungen.

Beispielhaft sind in einem Leiterplattenlayout in der höchsten Ausbaustufe alle technischen Maßnahmen getroffen um die Funkstandards GSM, GPRS und EDGE (UMTS) zu realisieren. Mit dem gleichen Layout kann ferner durch eine gemeinsame Menge der Interfacefunktionalität die Austauschbarkeit in der Applikation realisiert werden. Ebenso können die Funktionalitäten umkonfiguriert werden um verschiedene Ausprägungen des Interfaces zu realisieren.

Vorteil der Erfindung ist, dass alle Teillösungen auf einer Gesamtlösung, d.h. einer gemeinsamen Leiterplattenplattform basieren. Durch gezielte Auswahl entsprechender Komponenten wie Controller, Hochfrequenzbauteilen, Speicher und Steckerkomponenten ist eine optimale Gesamtlösung realisierbar, aus der jedoch nicht unbedingt optimale Teillösungen entspringen müssen die besser sind als eine angepasste Lösung die nur diese Anwendung unterstützen würde. Bei der Erarbeitung der Gesamtlösung ist darauf zu achten, dass kompatible Bauteile in einer entsprechenden Bauform ausgewählt werden, die unterschiedliche Bestückungs- bzw. Anordnungsvariationen innerhalb des Layouts zulassen. Aus diesem Grund sind innerhalb der Schaltung und des Layouts entsprechende Redundanzen zu schaffen.

Eine Leiterplatte, bei der die Leiterplatte Bestückplätze für zumindest vier unterschiedliche Steckerkomponenten, zwei verschiedene Controller, fünf unterschiedlich große Speicherbausteine, sechs verschiedenartige Hochfrequenzbauteile sowie Anschlüsse für die Stromversorgung und die Masseanbindung aufweist, wobei die zumindest vier unterschiedlichen Steckerkomponenten mit der Stromversorgung und der Masseanbindung in Verbindung stehen, und wobei die Bestückplätze der verschiedenen Komponenten, wie Steckerkomponenten, Controller, Speicherbausteine und Hochfrequenzbauteile über Leitungen und/oder Kontaktflächen elektronisch miteinander verbunden sind, stellt eine Leiterplatte dar, die als Plattform für Funkmodule sämtlicher Funkstandards dient. Je nach Wunsch können die entsprechenden Bauteile und Komponenten, wie Controller, Speicherbausteine, Steckerkomponenten und Hochfrequenzbauteile auf der Leiterplatte angeordnet werden.

Die Bestückplätze für die Bauelemente mit den Funktionalitäten Stecker, Controller, Speicher, Hochfrequenzbauteile sind in der räumlichen Ausdehnung so ausgeführt, dass die räumlich größte Ausführungsform die räumliche kleinste Ausführungsform mit einschließt.

Durch eine erfindungsgemäße Leiterplatte können die Entwicklungskosten für Lösungen verschiedenster Art minimiert werden. Ferner sind die Materialkosten der Summe aller Teillösungen kleiner als eine integrierte Gesamtlösung, d.h. die Integration aller Funkstandards, aller Funktionalitäten und Unterstützung aller Anwendungen.

Durch die Bereitstellung einer Leiterplatte, einer sogenannten Basisplattform, in Form einer gemeinsamen Hardware-, Mechanik- und Softwareplattform für eine Funkmodulanwendung, die sich entsprechend der Anwendung, ohne Änderung der Basisplattform, von seiner Hauptausbaustufe, welche die maximale Funktionalität der Leiterplatte bereitstellt, durch modulares Weglassen von Hardware-, Mechanik- oder Softwarekomponenten, in eine Vielzahl von Unterausbaustufen mit reduzierten oder veränderten Funktionalitäten abwandeln lässt, kann eine Hardware-, Mechanik und/oder Softwareseitige Adaptierung der Funktionalität der Leiterplatte an die unbedingt notwendigen technischen Anforderungen bzw. Features erreicht werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Leiterplatte, bei der die Bestückplätze für die vier unterschiedlichen Steckerkomponenten Bestückplätze für einen 50-poliger Stecker, einen 60-poliger Stecker, einen 70-poliger Stecker und einen 80-poliger Stecker, sind. D.h., die Leiterplatte weist Bestückplätze für diese vier verschiedenartigen Steckerkomponenten auf, so dass je nach Bedarf ein oder mehrere gewünschte (r) Stecker an der Leiterplatte angeordnet werden kann/können. Durch das Vorhandensein dieser vier verschiedenen Bestückplätze kann eine Leiterplatte für jedes erdenkliche Funkmodul realisiert werden.

Des Weiteren vorteilhaft ist eine Leiterplatte, bei der die Bestückplätze für die zwei verschiedenen Controller einen Bestückplatz für einen Controller, der ein GSM/GRPS-Hochfrequenzbauteil unterstützt, und einen Bestückplatz für einen Controller, der ein GSM/GRPS/EDGE-Hochfrequenzbauteil unterstützt, aufweisen. Hierdurch kann je nach Ausbaustufe des Funkstandards das gewünschte Hochfrequenzbauteil an der Leiterplatte angeordnet werden. Eine Leiterplatte, die beispielsweise in einem GSM/GRPS-Funkmodul Einsatz findet, benötigt wenig Rechnerperformance, so dass hier eine Controller, der ein GSM/GRPS-Hochfrequenzbauteil unterstützt, ausreichend ist. Der Einsatz eines größeren Controllers würde nur höhere Kosten nach sich ziehen, aber keinen weiteren Vorteil bringen. Bei einem Funkmodul, welches die Funkstandards GSM/GRPS/EDGE unterstützen soll, wird eine Leiterplatte mit einem größeren Controller eingebaut.

Bevorzugt ist ferner eine Leiterplatte, bei der der Bestückplatz für die fünf unterschiedlich großen Speicherbausteine, einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 16 Mbit Flash-Speicher, einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 16 Mbit Flash-Speicher und 4 Mbit RAM-Speicher, einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 16 Mbit Flash-Speicher und 8 Mbit RAM-Speicher, einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 32 Mbit Flash-Speicher und 4 Mbit RAM-Speicher sowie einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 256 Mbit Flash-Speicher und 256 Mbit RAM-Speicher, aufweist. Ein Speicherbaustein mit einem 16 Mbit Flash-Speicher kann beispielsweise für eine GSM-Funktionalität eingesetzt werden. Mit diesem Speicherbaustein können JAVA, VME oder API-Anwendungen nicht realisiert werden. Speicherbausteine mit 256 Mbit Flash-Speicher und 256 Mbit RAM-Speicher können hingegen bei Funkmodulen, die die Funkstandards GSM, GPRS und EDGE(UMTS) unterstützen, Anwendung finden. Zusätzliche Software, auch für die Anwenderprogrammierung über Java, VME oder API können durch derartige größere Speicherbausteine realisiert werden. Speicherbausteine mit 256 Mbit Flash-Speicher und 256 Mbit RAM-Speicher bieten ausreichenden Speicherplatz für große Datenmengen.

Ferner bevorzugt ist eine Leiterplatte, bei der die Bestückplätze der sechs verschiedenartigen Hochfrequenzbauteile, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Tripple-Band, welches die GSM-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Tripple-Band, welches die GSM- und GPRS-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Tripple-Band, welches die GSM- und EDGE-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Quad-Band, welches die GSM-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Quad-Band, welches die GSM- und GPRS-Funktionalität unterstützt sowie einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Quad-Band, welches die GSM- und EDGE-Funktionalität unterstützt, aufweist. Durch das Vorhandensein dieser sechs verschiedenartigen Bestückplätze kann eine Leiterplatte realisiert werden, die jeden Funkstandard unterstützt.

In der nachfolgenden Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte dargestellt.

Es zeigt:

1 eine Leiterplatte als gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards.

1 stellt eine Leiterplatte 6 dar, die als gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards dient. Die Schnittstellen des Steckers 1.1 sind so ausgelegt, dass die für alle Ausbauvarianten notwendigen, Anschlüsse wie die Stromversorgung 5.1, die Masseanbindungen 5.2 und das Basis-Userinterface mit Steuerleitungen 5.3 als Mindestkonfiguration, d.h. die niedrigste Ausbaustufe zur Unterstützung der Basisfunktionalität, verfügbar sind. Auf der Leiterplatte 6 sind dazu die Kontaktflächen und die Leitungsanbindung so angebracht, dass durch das Auflöten des Steckers für die Steckerkomponente 1.1 für alle Ausbaustufen die Spannungsversorgung sowie die Masseanbindung gewährleistet ist und dass die oben genannten Basisschnittstellen unterstützt werden. Die weiteren Kontaktflächen und Leitungsanbindungen sind so geschaffen, dass durch Aufbringung der Steckerkomponenten 1.2 bis 1.n (n in der Zeichnung gleich 4) zusätzliche Funktionalitäten des Moduls genutzt werden können. Bei den beschriebenen Steckervarianten handelt es sich um diskrete zusätzliche Strecker (1.2 bis 1.n) oder um einen erweiterten Stecker 1.1, der alle weiteren beinhaltet.

Beispielsweise lassen sich mittels eines Chipsatzes, z. B. der Firma Renesas/Hitachi, in der Hochfrequenztechnik die verschiedenen Funktionalitäten GSM, GSM/GPRS und GSM/EDGE realisieren. Durch die Wahl der geeigneten Leistungsverstärker und der Schalter ist zudem, außer den Trippleband-Varianten 850/1800/1900 und 900/1800/1900, auch die Quadband-Variante 850/900/1800/1900 realisierbar.

Mit der Wahl eines abgestuften Konzeptes von Basisbandcontrollern und einer entsprechenden Speicherstruktur kann eine ausreichende Performance entsprechend den gewählten Funkstandards und zusätzlichen Funktionalitäten zur Verfügung gestellt werden. Mit variablem Speicherausbau kann sowohl der Bedarf der Grundfunktionalität, als auch Bedarf aus zusätzlicher Software, wie der für die Anwenderprogrammierbarkeit unter JAVA oder der Programmierung auf einen Userapplikation-Interface, Rechnung getragen werden.

Entsprechend 1 enthält das Funkmodul auf der Leiterplatte folgende Basiselemente:

Steckerkomponenten (1):

Controller (2):

Je nach der Funktionalität, d.h. GSM/GPRS oder EDGE, werden unterschiedliche pinkompatible Controller eingesetzt.

Speicher (3):

Je nach der Funktionalität werden unterschiedliche pinkompatible Speicher eingesetzt.

Hochfrequenz-Teil (4)

Je nach der Funktionalität werden unterschiedliche pinkompatible Controller eingesetzt.


Anspruch[de]
  1. Leiterplatte als gemeinsame Plattform für Funkmodule verschiedenster Funkstandards, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) Bestückplätze für zumindest vier unterschiedliche Steckerkomponenten (1), zwei verschiedene Controller (2), fünf unterschiedlich große Speicherbausteine (3), sechs verschiedenartige Hochfrequenzbauteile (4) sowie Anschlüsse für die Stromversorgung (5.1) und die Masseanbindung (5.2) aufweist, wobei die zumindest vier unterschiedlichen Steckerkomponenten (1) mit der Stromversorgung (5.1) und der Masseanbindung (5.2) in Verbindung stehen, und wobei die Bestückplätze der verschiedenen Komponenten, wie Steckerkomponenten (1), Controller (2), Speicherbausteine (3) und Hochfrequenzbauteile (4) über Leitungen und/oder Kontaktflächen elektronisch miteinander verbunden sind.
  2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückplätze für die vier unterschiedlichen Steckerkomponenten Bestückplätze für einen 50-poliger Stecker (1.1), einen 60-poliger Stecker (1.2), einen 70-poliger Stecker (1.3) und einen 80-poliger Stecker (1.4), sind.
  3. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückplätze für die zwei verschiedenen Controller (2) einen Bestückplatz für einen Controller (2.1), der ein GSM/GRPS-Hochfrequenzbauteil unterstützt, und einen Bestückplatz für einen Controller (2.2), der ein GSM/GRPS/EDGE-Hochfrequenzbauteil unterstützt, aufweisen.
  4. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückplätze für die fünf unterschiedlich großen Speicherbausteine (3), einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 16 Mbit Flash-Speicher (3.1), einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 16 Mbit Flash-Speicher und 4 Mbit RAM-Speicher (3.2), einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 16 Mbit Flash-Speicher und 8 Mbit RAM-Speicher (3.3), einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 32 Mbit Flash-Speicher und 4 Mbit RAM-Speicher (3.4) sowie einen Bestückplatz für einen Speicherbaustein mit 256 Mbit Flash-Speicher und 256 Mbit RAM-Speicher (3.5), aufweist.
  5. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückplätze der sechs verschiedenartigen Hochfrequenzbauteile (4), einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Tripple-Band (4.1), welches die GSM-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Tripple-Band (4.2), welches die GSM- und GPRS-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Tripple-Band (4.3), welches die GSM- und EDGE-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Quad-Band (4.4), welches die GSM-Funktionalität unterstützt, einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Quad-Band (4.5), welches die GSM- und GPRS-Funktionalität unterstützt sowie einen Bestückplatz für ein Hochfrequenzbauteil mit Quad-Band (4.6), welches die GSM- und EDGE-Funktionalität unterstützt, aufweist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com