JP2010135549A - 車載電子制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大負荷電流の断続による微弱信号電圧の変動と誘導ノイズ誤動作を抑制した車載多層電子基板のグランド回路を有した車載電子制御装置を得る。
【解決手段】多層電子基板３０Ａのグランド層は仕切用スリット４２２によって分離されたパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３を備え、パワーグランド領域４２１には大電流を開閉する出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと制御用安定化電圧を生成する定電圧電源回路素子３１ａが搭載され、シグナルグランド領域４２３には制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載される。両グランド領域４２１、４２３は定電圧電源回路素子３１ａの出力部に位置する特定接続領域４２４で一体接続されている。
【選択図】図４
【解決手段】多層電子基板３０Ａのグランド層は仕切用スリット４２２によって分離されたパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３を備え、パワーグランド領域４２１には大電流を開閉する出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと制御用安定化電圧を生成する定電圧電源回路素子３１ａが搭載され、シグナルグランド領域４２３には制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載される。両グランド領域４２１、４２３は定電圧電源回路素子３１ａの出力部に位置する特定接続領域４２４で一体接続されている。
【選択図】図４
Description
この発明は、マイクロプロセッサと入出力回路とを搭載した車載電子制御装置に関するもので、特に車載電子制御装置の多層電子基板において、負荷駆動電流の変動に伴うマイクロプロセッサの誤動作を抑制するためのグランド回路を改良した車載電子制御装置に関するものである。
車載電子制御装置に対してワイヤハーネスを介して接続される各種入力センサ群や各種電気負荷群は車両上の各所に分散設置されていて、コストダウンを図るためにワイヤハーネスの線径は細く、全体は硬く結束されているので、電圧降下が発生したり誘導ノイズを受けやすい環境にある。
車載電子制御装置と各種入力センサ群と各種電気負荷群の各部の負端子電位は、理想的には車載バッテリの負端子が接続されている部分の基準車体電位と一致していることであるが、実態としては様々な電位変動がある。
一方、車載電子基板におけるグランド回路は車載バッテリの負端子に接続され、マイクロプロセッサを駆動するための安定化電源回路は非絶縁形式の安価な回路構成となっているため、大電流負荷駆動回路系や弱電制御系のグランド回路は相互に直結されたものとなっている。
車載電子制御装置と各種入力センサ群と各種電気負荷群の各部の負端子電位は、理想的には車載バッテリの負端子が接続されている部分の基準車体電位と一致していることであるが、実態としては様々な電位変動がある。
一方、車載電子基板におけるグランド回路は車載バッテリの負端子に接続され、マイクロプロセッサを駆動するための安定化電源回路は非絶縁形式の安価な回路構成となっているため、大電流負荷駆動回路系や弱電制御系のグランド回路は相互に直結されたものとなっている。
電子基板内のグランド回路の構成方法には様々な考え方に基づくものがある。例えば、下記の特許文献１によれば、プリント基板５６には第１・第２のグランドパターン５７、５８が設けられ、第１のグランドパターン５７は金属ケース６０と車体６２を介して車載バッテリ７２の負端子に接続されている。第２のグランドパターン５８は小電流グランドライン５２と直結されて車載バッテリ７２の負端子に接続されている。
また、大電流出力制御用トランジスタ４３に接続される大電流グランドライン５５を備え、この大電流グランドライン５５は小電流グランドライン５２とは独立した配線によって車載バッテリ７２の負端子に接続されている。
また、大電流出力制御用トランジスタ４３に接続される大電流グランドライン５５を備え、この大電流グランドライン５５は小電流グランドライン５２とは独立した配線によって車載バッテリ７２の負端子に接続されている。
更に、信号入力ライン４７〜４９や小電流用出力ライン５１はＥＭＩコンデンサ６７、６８、６９、７０によって第２のグランドパターン５８に接続され、電源ライン４３と大電流グランドライン５５と大電流用出力ライン５４はＥＭＩコンデンサ６４、６５、６６によって第１のグランドパターン５７に接続され、第１・第２のグランドパターン５７、５８間にもＥＭＩコンデンサ６３が接続されている。
このような構成によって、外部からの高周波ノイズに対する耐電波障害対策を損なうことなく、ソレノイドの駆動などに起因する信号入出力系のグランド電位の変動防止を図るようになっている。
このような構成によって、外部からの高周波ノイズに対する耐電波障害対策を損なうことなく、ソレノイドの駆動などに起因する信号入出力系のグランド電位の変動防止を図るようになっている。
特許文献１による接地構造は、電子基板内では相互に直結されない２種類のグランドパターンを備えていると共に、車載バッテリの負端子に対する接続としては、車体接続部の他に大電流用グランドラインと小電流用グランドラインを接続するための２本のワイヤハーネスを備えている。従って、電子基板内において大電流用グランドラインと小電流用グランドラインとの間で電位変動が発生しやすく、余分な外部配線を必要とする欠点がある。
特に、車載バッテリに対する電源線やグランド線はコネクタの接触信頼性を高めるために複数の接続ピンが並列使用されているので、分離したグランドラインを設けることはコネクタの大型化にもつながる問題点がある。
特に、車載バッテリに対する電源線やグランド線はコネクタの接触信頼性を高めるために複数の接続ピンが並列使用されているので、分離したグランドラインを設けることはコネクタの大型化にもつながる問題点がある。
この発明の第一の目的は、車載電子基板のグランド端子と車載バッテリの負端子間を接続する電源用の外部配線を少なくすると共に、電子基板内に大電流が流れても弱電制御系に対する基板内のグランド電位の変動を抑制することができる車載電子制御装置を提供することである。
この発明の第二の目的は、多数の外部接続端子群に接続される入出力配線の交錯を回避することができる車載電子制御装置を提供することである。
この発明の第三の目的は、高周波誘導ノイズに対する制御誤動作を抑制すると共に、車載電子制御装置と各種センサ群と各種車載電気負荷群の負端子電位の変動が発生しても安定した制御動作が行えるようにした車載電子制御装置を提供することである。
この発明の第二の目的は、多数の外部接続端子群に接続される入出力配線の交錯を回避することができる車載電子制御装置を提供することである。
この発明の第三の目的は、高周波誘導ノイズに対する制御誤動作を抑制すると共に、車載電子制御装置と各種センサ群と各種車載電気負荷群の負端子電位の変動が発生しても安定した制御動作が行えるようにした車載電子制御装置を提供することである。
この発明による車載電子制御装置は、車載バッテリから給電されて所定の安定化電圧を発生する定電圧電源回路素子と、車載センサ群の動作状態に応動して各種車載電気負荷群を駆動制御するための開閉素子である大電流負荷駆動用の出力素子モジュールと、マイクロプロセッサを包含し安定化電圧によって駆動される制御回路素子と、入出力インタフェース回路とが搭載され、各種車載電気負荷群と車載センサ群に接続された外部接続用コネクタが脱着接続される多層電子基板を有し、多層電子基板の第一の特定層に位置する面状のグランドパターンは仕切用スリットによってパワーグランド領域とシグナルグランド領域に分割隔離されると共に、仕切用スリットのない特定接続領域においてパワーグランド領域とシグナルグランド領域が相互に接続され、特定接続領域における接続幅は仕切用スリットの長さよりも短くし、
パワーグランド領域は車載バッテリの負端子に接続されると共に、当該パワーグランド領域には主として出力素子モジュールと定電圧電源回路素子の入力回路部が搭載され、シグナルグランド領域には主として制御回路素子と入出力インタフェース回路が搭載され、特定接続領域には定電圧電源回路素子の出力回路部が位置し、車載センサ群の中のアナログセンサの少なくとも一部に対しては、シグナルグランド領域とアナログセンサの負端子間が信号用グランド配線で接続されているものである。
パワーグランド領域は車載バッテリの負端子に接続されると共に、当該パワーグランド領域には主として出力素子モジュールと定電圧電源回路素子の入力回路部が搭載され、シグナルグランド領域には主として制御回路素子と入出力インタフェース回路が搭載され、特定接続領域には定電圧電源回路素子の出力回路部が位置し、車載センサ群の中のアナログセンサの少なくとも一部に対しては、シグナルグランド領域とアナログセンサの負端子間が信号用グランド配線で接続されているものである。
この発明による車載電子制御装置は、多層電子基板の第一の特定層に位置する面状のグランドパターンはパワーグランド領域とシグナルグランド領域に分離され、定電圧電源回路素子の出力部に位置する特定接続領域において相互に接続されていると共に、アナログセンサの一部については信号用グランド線が接続されている。
従って、高精度が求められるアナログセンサの一部については、信号用グランド配線によって相互の負端子電位レベルが同一になるように構成され、負荷電流の断続に伴う電位変動の影響が除去されていると共に、パワーグランド領域に搭載された負荷駆動用開閉素子である出力素子モジュールの開閉動作による負荷電流の変動に対し、シグナルグランド領域のグランド電位が変動し難く、シグナルグランド領域に搭載されたマイクロプロセッサとパワーグランド領域に設けられた出力素子モジュール間の監視・制御信号の授受に関する誤動作が抑制される効果がある。
従って、高精度が求められるアナログセンサの一部については、信号用グランド配線によって相互の負端子電位レベルが同一になるように構成され、負荷電流の断続に伴う電位変動の影響が除去されていると共に、パワーグランド領域に搭載された負荷駆動用開閉素子である出力素子モジュールの開閉動作による負荷電流の変動に対し、シグナルグランド領域のグランド電位が変動し難く、シグナルグランド領域に搭載されたマイクロプロセッサとパワーグランド領域に設けられた出力素子モジュール間の監視・制御信号の授受に関する誤動作が抑制される効果がある。
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における車載電子制御装置を図１〜図６に基づいて説明する。図１はこの発明の車載電子制御装置の全体回路図、図２は図１に示す入出力インタフェース回路の部分詳細図、図３は車載電子制御装置の筐体組立構造図、図４は車載電子制御装置の多層電子基板のグランド層を透視した基板表面図、図５は多層電子基板の配線パターン面の構成図、図６は多層電子基板の基板断面図である。
以下、この発明の実施の形態１における車載電子制御装置を図１〜図６に基づいて説明する。図１はこの発明の車載電子制御装置の全体回路図、図２は図１に示す入出力インタフェース回路の部分詳細図、図３は車載電子制御装置の筐体組立構造図、図４は車載電子制御装置の多層電子基板のグランド層を透視した基板表面図、図５は多層電子基板の配線パターン面の構成図、図６は多層電子基板の基板断面図である。
まず、この発明の多層電子基板を用いた車載電子制御装置の全体回路図である図１について説明する。
図１において、車載電子制御装置１００は例えばエンジン制御装置であり、車載バッテリ１０１は電源リレーの出力接点１０２ａを介して車載電子制御装置１００に給電し、電源リレーの励磁コイル１０２ｂは電源スイッチ１０３が閉路されたことによって付勢され、電源スイッチ１０３が開路されたことによって遅延開路するよう車載電子制御装置１００によって制御されている。
車載センサ群の一つであるアナログセンサ１０４は、例えばアクセルペダルの踏込み度合いを検出するアクセルポジションセンサ、スロットル弁開度を検出するスロットルポジションセンサ、エンジンの吸気量を測定するエアフローセンサ、排気ガスセンサ、冷却水温センサなどのエンジンの環境と動作状態を検出するアナログセンサとなっている。車載センサ群の他の一つであるスイッチセンサ１０５はエンジン回転センサ、クランク角センサ、車速センサ、変速機のシフトレバー位置の検出センサなど、運転手の操作指令や各部の動作状態を検出する開閉動作のセンサとなっている。
図１において、車載電子制御装置１００は例えばエンジン制御装置であり、車載バッテリ１０１は電源リレーの出力接点１０２ａを介して車載電子制御装置１００に給電し、電源リレーの励磁コイル１０２ｂは電源スイッチ１０３が閉路されたことによって付勢され、電源スイッチ１０３が開路されたことによって遅延開路するよう車載電子制御装置１００によって制御されている。
車載センサ群の一つであるアナログセンサ１０４は、例えばアクセルペダルの踏込み度合いを検出するアクセルポジションセンサ、スロットル弁開度を検出するスロットルポジションセンサ、エンジンの吸気量を測定するエアフローセンサ、排気ガスセンサ、冷却水温センサなどのエンジンの環境と動作状態を検出するアナログセンサとなっている。車載センサ群の他の一つであるスイッチセンサ１０５はエンジン回転センサ、クランク角センサ、車速センサ、変速機のシフトレバー位置の検出センサなど、運転手の操作指令や各部の動作状態を検出する開閉動作のセンサとなっている。
車載電気負荷群の一つである小電流電気負荷１０６は、たとえば前述した電源リレーの励磁コイル１０２ｂであったり、またはパワートランジスタが外付けされた点火コイルなどである。車載電気負荷群の他の一つである大電流電気負荷１０７は、たとえばスロットル弁開度制御用モータ、或いは燃料噴射用電磁弁などであって、これ等の大電流電気負荷は車載電子制御装置１００内に設けられたパワートランジスタである出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃを介して給電駆動されるようになっている。
信号用グランド配線１０８ａはアナログセンサ１０４の一部の負端子と車載電子制御装置１００内のシグナルグランド間を接続するものであり、各アナログセンサの設置場所に応じて複数本の信号用グランド配線１０８ａが用いられている。なお、一部のアナログセンサ１０４に対しては信号用電源線１０８ｂによって車載電子制御装置１００から安定化制御電圧が給電されている。
車体接地部位１０９ａは車載バッテリ１０１の負端子が接続された基準となる接地点であり、車載電子制御装置１００は当該車体接地部位１０９ａに対してグランド配線１０９ｂによって配線接続されていると共に、後述のとおり車載電子制御装置１００内の電子基板ではパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３のグランドパターンがあり、各グランド領域は電子基板上で結合されて一体となり、複数個の接続端子を介して外部配線され、車体接地部位１０９ａに接続されるようになっている。
信号用グランド配線１０８ａはアナログセンサ１０４の一部の負端子と車載電子制御装置１００内のシグナルグランド間を接続するものであり、各アナログセンサの設置場所に応じて複数本の信号用グランド配線１０８ａが用いられている。なお、一部のアナログセンサ１０４に対しては信号用電源線１０８ｂによって車載電子制御装置１００から安定化制御電圧が給電されている。
車体接地部位１０９ａは車載バッテリ１０１の負端子が接続された基準となる接地点であり、車載電子制御装置１００は当該車体接地部位１０９ａに対してグランド配線１０９ｂによって配線接続されていると共に、後述のとおり車載電子制御装置１００内の電子基板ではパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３のグランドパターンがあり、各グランド領域は電子基板上で結合されて一体となり、複数個の接続端子を介して外部配線され、車体接地部位１０９ａに接続されるようになっている。
車載電子制御装置１００の内部構成として、定電圧電源装置１１０は複数のパワートランジスタである定電圧電源回路素子３１ａ（図４参照）と、図示しない定電圧制御回路部を包含し、電源リレーの出力接点１０２ａを介して給電される主電源電圧Ｖｂと、車載バッテリ１０１から直接給電される副電源電圧Ｖｂｂによって第一から第五の出力電圧を発生するものとなっている。
第一の出力電圧Ｖｃｃは主電源電圧Ｖｂから降圧されて、例えばＤＣ５Ｖの安定化電圧を発生し、後述の各インタフェース回路１１６、１２５、１２６に給電する主となる出力電源となっている。
第二の出力電圧Ｖａｄは主電源電圧Ｖｂから降圧されて、例えばＤＣ５Ｖの高精度安定化電圧を発生し、後述のアナログ系インタフェース回路１１４、ＡＤ変換器１２４に給電する小容量電源となっている。
第三の出力電圧Ｖｃｐは主電源電圧Ｖｂから降圧されて、例えばＤＣ３．３Ｖの安定化電圧を発生し、後述のマイクロプロセッサ１２１と各種メモリ１２２、１２３a、１２３bに給電する演算処理系の電源となっている。
第一の出力電圧Ｖｃｃは主電源電圧Ｖｂから降圧されて、例えばＤＣ５Ｖの安定化電圧を発生し、後述の各インタフェース回路１１６、１２５、１２６に給電する主となる出力電源となっている。
第二の出力電圧Ｖａｄは主電源電圧Ｖｂから降圧されて、例えばＤＣ５Ｖの高精度安定化電圧を発生し、後述のアナログ系インタフェース回路１１４、ＡＤ変換器１２４に給電する小容量電源となっている。
第三の出力電圧Ｖｃｐは主電源電圧Ｖｂから降圧されて、例えばＤＣ３．３Ｖの安定化電圧を発生し、後述のマイクロプロセッサ１２１と各種メモリ１２２、１２３a、１２３bに給電する演算処理系の電源となっている。
第四の出力電圧Ｖｕｐは副電源電圧Ｖｂｂから降圧されて、例えばＤＣ２．８Ｖの安定化電圧を発生し、ＲＡＭメモリの一部領域であるバックアップメモリ１２３ｂに給電する小容量電源となっている。
第五の出力電圧Ｖｓｃｐは副電源電圧Ｖｂｂから降圧されて、例えばＤＣ５Ｖの安定化電電圧を発生し、ソークタイマとなる補助マイクロプロセッサ１３１に給電する小容量電源となっている。
なお、ソークタイマは電源スイッチ１０３が開路されている状態において、定期的にごく短時間だけマイクロプロセッサ１２１を起動して、車両の状態を監視記憶するためのものである。
バッファアンプによって構成された短絡保護回路１１１は第二の出力電圧Ｖａｄをアナログセンサ１０４に供給する経路に設けられ、信号用電源配線１０８ｂに短絡異常が発生しても定電圧電源装置１１０が焼損しないための保護回路となっている。
ダイオード１１２は電源スイッチ１０３が開路されているときに、第四の出力電圧Ｖｕｐによってバックアップメモリ１２３ｂの記憶動作を保持しておくための給電回路に設けられており、ダイオード１１３は電源スイッチ１０３が閉路されているときに、第三の出力電圧Ｖｃｐによってバックアップメモリ１２３ｂの記憶動作を保持しておくための給電回路に設けられている。
第五の出力電圧Ｖｓｃｐは副電源電圧Ｖｂｂから降圧されて、例えばＤＣ５Ｖの安定化電電圧を発生し、ソークタイマとなる補助マイクロプロセッサ１３１に給電する小容量電源となっている。
なお、ソークタイマは電源スイッチ１０３が開路されている状態において、定期的にごく短時間だけマイクロプロセッサ１２１を起動して、車両の状態を監視記憶するためのものである。
バッファアンプによって構成された短絡保護回路１１１は第二の出力電圧Ｖａｄをアナログセンサ１０４に供給する経路に設けられ、信号用電源配線１０８ｂに短絡異常が発生しても定電圧電源装置１１０が焼損しないための保護回路となっている。
ダイオード１１２は電源スイッチ１０３が開路されているときに、第四の出力電圧Ｖｕｐによってバックアップメモリ１２３ｂの記憶動作を保持しておくための給電回路に設けられており、ダイオード１１３は電源スイッチ１０３が閉路されているときに、第三の出力電圧Ｖｃｐによってバックアップメモリ１２３ｂの記憶動作を保持しておくための給電回路に設けられている。
アナログ系インタフェース回路１１４、入力インタフェース回路１１５、出力インタフェース回路１１６によって構成された入出力インタフェース回路３４と出力素子モジュール１１７の個々の内容は図２によって後述するとおりであるが、出力素子モジュール１１７は第一、第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃを包含し、各出力素子モジュール１１７は後述する図２に示すように、出力インタフェース１１６又は第一次出力インタフェース回路１２６からの駆動指令によって導通制御されるパワートランジスタと、当該パワートランジスタの動作状態を監視してマイクロプロセッサ１２１にシリアル送信するモニタ回路を備えている。
制御回路素子１２０は集積回路素子１２７と後述のマイクロプロセッサ１２１とシリアル接続された補助マイクロプロセッサ１３１と不揮発データメモリ１３２によって構成されている。
集積回路素子１２７は例えば３２ビットのマイクロプロセッサ１２１と、当該マイクロプロセッサ１２１と協働する例えば不揮発フラッシュメモリであるプログラムメモリ１２２と、演算処理用のＲＡＭメモリ１２３ａと、当該ＲＡＭメモリの一部領域であって電源スイッチ１０３が開路されているときにも持続給電されるバックアップメモリ１２３ｂを備えている。
制御回路素子１２０は集積回路素子１２７と後述のマイクロプロセッサ１２１とシリアル接続された補助マイクロプロセッサ１３１と不揮発データメモリ１３２によって構成されている。
集積回路素子１２７は例えば３２ビットのマイクロプロセッサ１２１と、当該マイクロプロセッサ１２１と協働する例えば不揮発フラッシュメモリであるプログラムメモリ１２２と、演算処理用のＲＡＭメモリ１２３ａと、当該ＲＡＭメモリの一部領域であって電源スイッチ１０３が開路されているときにも持続給電されるバックアップメモリ１２３ｂを備えている。
また、集積回路素子１２７内に設けられた多チャンネルＡＤ変換器１２４は、アナログ系インタフェース回路１１４から入力されたアナログ信号をデジタル変換してマイクロプロセッサ１２１に供給するものである。
更に、集積回路素子１２７内に設けられた第二次入力インタフェース回路１２５はインタフェース回路１１５から入力された開閉論理信号の電圧レベルをＤＣ５Ｖ系からＤＣ３．３Ｖ系に変換してマイクロプロセッサ１２１に供給するためのものである。
同様に、集積回路素子１２７内に設けられた第一次出力インタフェース回路１２６はマイクロプロセッサ１２１から出力されるＤＣ３．３Ｖ系の論理信号をＤＣ５Ｖ系に変換して出力インタフェース回路１１６に供給するためのものであり、これ等の入出力インタフェース回路１２５、１２６と多チャンネルＡＤ変換器１２４と各種メモリ１２２、１２３a、１２３ｂとマイクロプロセッサ１２１はデータバス１２８によって相互に接続されている。
更に、集積回路素子１２７内に設けられた第二次入力インタフェース回路１２５はインタフェース回路１１５から入力された開閉論理信号の電圧レベルをＤＣ５Ｖ系からＤＣ３．３Ｖ系に変換してマイクロプロセッサ１２１に供給するためのものである。
同様に、集積回路素子１２７内に設けられた第一次出力インタフェース回路１２６はマイクロプロセッサ１２１から出力されるＤＣ３．３Ｖ系の論理信号をＤＣ５Ｖ系に変換して出力インタフェース回路１１６に供給するためのものであり、これ等の入出力インタフェース回路１２５、１２６と多チャンネルＡＤ変換器１２４と各種メモリ１２２、１２３a、１２３ｂとマイクロプロセッサ１２１はデータバス１２８によって相互に接続されている。
次に、図１に示す入出力インタフェース回路の部分詳細図である図２について説明する。
図２において、アナログセンサ１０４の一例であるポテンショメータ１０４ａは信号用電源配線１０８ｂと信号用グランド配線１０８ａと可変電圧の信号端子配線１０８ｃによって車載電子制御装置１００に接続され、アナログ系入力インタフェース回路１１４に入力されたアナログ信号電圧は直列抵抗１４１と平滑コンデンサ１４２によって構成されたノイズフィルタ１４３を介して多チャンネルＡＤ変換器１２４に供給されると共に、電源回路とグランド回路に接続された正負のクリップダイオード１４４、１４５によって過大ノイズ電圧が制限されている。
アナログ系入力インタフェース回路１１４はノイズフィルタ１４３と正負のクリップダイオード１４４、１４５によって構成されている。
図２において、アナログセンサ１０４の一例であるポテンショメータ１０４ａは信号用電源配線１０８ｂと信号用グランド配線１０８ａと可変電圧の信号端子配線１０８ｃによって車載電子制御装置１００に接続され、アナログ系入力インタフェース回路１１４に入力されたアナログ信号電圧は直列抵抗１４１と平滑コンデンサ１４２によって構成されたノイズフィルタ１４３を介して多チャンネルＡＤ変換器１２４に供給されると共に、電源回路とグランド回路に接続された正負のクリップダイオード１４４、１４５によって過大ノイズ電圧が制限されている。
アナログ系入力インタフェース回路１１４はノイズフィルタ１４３と正負のクリップダイオード１４４、１４５によって構成されている。
スイッチセンサ１０５の一例である開閉素子１０５ａの一端は近傍の車体に接地され、他端は入力インタフェース回路１１５に接続されてプルアップ抵抗１５１を介して主電源電圧Ｖｂが印加されている。
ノイズフィルタ１５２は直列抵抗１５３と平滑コンデンサ１５４によって構成され、開閉素子１０５ａによる開閉信号をヒステリシス回路１５５に供給する。ヒステリシス回路１５５はノイズフィルタ１５２の出力電圧と比較基準電圧１５７とを比較して、当該比較出力を第二次入力インタフェース回路１２５に供給する比較回路１５６を備え、当該比較回路１５６の出力端子は正帰還抵抗１５８を介して正の入力端子に接続されている。
従って、ノイズフィルタ１５２の出力電圧が上昇する過程において、当該出力電圧が比較基準電圧１５７を超過すると比較回路１５６の出力論理は「Ｈ」となり、当該出力論理が一旦「Ｈ」になると、正帰還抵抗１５８によって正入力電圧が加算されるので、ノイズフィルタ１５２の出力電圧が減少する過程では比較基準電圧１５７よりも低い出力電圧に低下するまで比較回路１５６の出力論理は「Ｈ」を持続するようになっている。
ノイズフィルタ１５２は直列抵抗１５３と平滑コンデンサ１５４によって構成され、開閉素子１０５ａによる開閉信号をヒステリシス回路１５５に供給する。ヒステリシス回路１５５はノイズフィルタ１５２の出力電圧と比較基準電圧１５７とを比較して、当該比較出力を第二次入力インタフェース回路１２５に供給する比較回路１５６を備え、当該比較回路１５６の出力端子は正帰還抵抗１５８を介して正の入力端子に接続されている。
従って、ノイズフィルタ１５２の出力電圧が上昇する過程において、当該出力電圧が比較基準電圧１５７を超過すると比較回路１５６の出力論理は「Ｈ」となり、当該出力論理が一旦「Ｈ」になると、正帰還抵抗１５８によって正入力電圧が加算されるので、ノイズフィルタ１５２の出力電圧が減少する過程では比較基準電圧１５７よりも低い出力電圧に低下するまで比較回路１５６の出力論理は「Ｈ」を持続するようになっている。
その結果、例えば比較回路１５６の出力論理が「Ｌ」→「Ｈ」に上昇反転する入力電圧はＤＣ３．５Ｖ、逆に「Ｈ」→「Ｌ」に下降反転する入力電圧はＤＣ１．５Ｖとなるように定数設定を行っておけば、ＤＣ２Ｖのヒステリシス帯域を持つことになり、例えば開閉素子１０５ａが閉路している状態で、その車体接地電位と入力インタフェース回路１１５のグランド電位が変動しても変動幅が２Ｖ未満であれば比較回路１５６の出力論理が交互に往復変化することはない。
なお、開閉素子１０５ａの一端が正の電源線に接続されているようなプラスコモン形式のセンサである場合には、プルアップ抵抗１５１に代わってプルダウン抵抗が使用され、これ等のプルアップ抵抗又はプルダウン抵抗は開閉素子１０５ａが開路しているときの入力信号電位を確定するためのものとなっている。
なお、開閉素子１０５ａの一端が正の電源線に接続されているようなプラスコモン形式のセンサである場合には、プルアップ抵抗１５１に代わってプルダウン抵抗が使用され、これ等のプルアップ抵抗又はプルダウン抵抗は開閉素子１０５ａが開路しているときの入力信号電位を確定するためのものとなっている。
小電流の車載電気負荷１０６の一例として特定電気負荷１０６ａは例えば点火コイルであり、当該特定電気負荷１０６ａは負荷駆動用トランジスタ１０６ｂを内蔵し、負荷駆動用トランジスタ１０６ｂの入力回路にはヒステリシス回路１０６ｃが設けられている。
従って、駆動指令信号が例えば３．５Ｖ以上になると負荷駆動用トランジスタ１０６ｂが導通し、駆動指令信号が例えば１．５Ｖ以下になると負荷駆動用トランジスタ１０６ｂが不導通となるよう構成されている。
出力インタフェース回路１１６は第一の出力電圧Ｖｃｃから給電される出力トランジスタ１６１から短絡保護用直列抵抗１６２を介してヒステリシス回路１０６ｃの入力端子に駆動指令信号を供給するようになっている。
プルダウン抵抗１６３は出力トランジスタ１６１が開路しているときの指令信号をグランド電位に安定化するためのものであり、駆動抵抗１６４は第一次出力インタフェース回路１２６内に設けられた図示しないＮＰＮ型トランジスタが導通したときに、ＰＮＰ型トランジスタである出力トランジスタ１６１のベース電流を供給するものであり、安定抵抗１６５は出力トランジスタ１６１のエミッタ端子とベース端子間に接続されて、出力トランジスタ１６１の開路暗電流を抑制するものとなっている。
なお、出力トランジスタ１６１がグランド回路側に設けられたＮＰＮ型トランジスタである場合には、プルダウン抵抗１６３に代わってプルアップ抵抗が使用され、出力トランジスタが開路しているときの出力論理を論理レベル「Ｈ」に確定するようになっている。
従って、駆動指令信号が例えば３．５Ｖ以上になると負荷駆動用トランジスタ１０６ｂが導通し、駆動指令信号が例えば１．５Ｖ以下になると負荷駆動用トランジスタ１０６ｂが不導通となるよう構成されている。
出力インタフェース回路１１６は第一の出力電圧Ｖｃｃから給電される出力トランジスタ１６１から短絡保護用直列抵抗１６２を介してヒステリシス回路１０６ｃの入力端子に駆動指令信号を供給するようになっている。
プルダウン抵抗１６３は出力トランジスタ１６１が開路しているときの指令信号をグランド電位に安定化するためのものであり、駆動抵抗１６４は第一次出力インタフェース回路１２６内に設けられた図示しないＮＰＮ型トランジスタが導通したときに、ＰＮＰ型トランジスタである出力トランジスタ１６１のベース電流を供給するものであり、安定抵抗１６５は出力トランジスタ１６１のエミッタ端子とベース端子間に接続されて、出力トランジスタ１６１の開路暗電流を抑制するものとなっている。
なお、出力トランジスタ１６１がグランド回路側に設けられたＮＰＮ型トランジスタである場合には、プルダウン抵抗１６３に代わってプルアップ抵抗が使用され、出力トランジスタが開路しているときの出力論理を論理レベル「Ｈ」に確定するようになっている。
出力素子モジュール１１７の第一の出力素子モジュール３２ｂを構成する出力トランジスタ１７１は車載電気負荷群１０７の中の大電流電気負荷を駆動するＮチャンネルＣＭＯＳ-ＦＥＴ型トランジスタであり、第一の出力電圧Ｖｃｃから給電される駆動トランジスタ１７２はＰＮＰ型トランジスタであり、駆動抵抗１７３は駆動トランジスタ１７２のコレクタ端子と出力トランジスタ１７１のゲート端子間に接続されており、安定抵抗１７４は出力トランジスタ１７１のゲート端子とソース端子間に接続されており、駆動抵抗１７５は第一次出力インタフェース回路１２６内の図示しないＮＰＮ型トランジスタと駆動トランジスタ１７２のベース端子間に接続され、安定抵抗１７６は駆動トランジスタ１７２のエミッタ端子とベース端子間に接続されている。
なお、出力トランジスタ１７１は様々な大電流電気負荷１０７を駆動するために例えば１８個分のトランジスタがモジュール化されていて、各出力トランジスタに対して第一次出力インタフェース回路１２６から駆動指令が供給されるようになっている。
なお、出力トランジスタ１７１は様々な大電流電気負荷１０７を駆動するために例えば１８個分のトランジスタがモジュール化されていて、各出力トランジスタに対して第一次出力インタフェース回路１２６から駆動指令が供給されるようになっている。
モニタ回路１７７は多数の出力トランジスタ１７１に関して断線・短絡・過熱異常の有無を検出して、直並列変換器１７８を介してマイクロプロセッサ１２１へシリアル送信するようになっている。
プルアップ抵抗１７９は出力トランジスタ１７１のドレーン端子を主電源電圧Ｖｂに接続するためのものである。
バイパスコンデンサ３５ｂは第一の出力素子モジュール３２ｂのグランド端子と集積回路素子１２７のグランド端子間にあって後述する接続パターン４１２ｂによって接続されている。
なお、第一の出力素子モジュール３２ｂは例えば図示しない燃料噴射用電磁弁を含む各種電気負荷を駆動し、第二の出力素子モジュール３２ｃはＨ型ブリッジ回路を構成していて、図示しないスロットル弁開度制御用モータを制御するようになっている。
プルアップ抵抗１７９は出力トランジスタ１７１のドレーン端子を主電源電圧Ｖｂに接続するためのものである。
バイパスコンデンサ３５ｂは第一の出力素子モジュール３２ｂのグランド端子と集積回路素子１２７のグランド端子間にあって後述する接続パターン４１２ｂによって接続されている。
なお、第一の出力素子モジュール３２ｂは例えば図示しない燃料噴射用電磁弁を含む各種電気負荷を駆動し、第二の出力素子モジュール３２ｃはＨ型ブリッジ回路を構成していて、図示しないスロットル弁開度制御用モータを制御するようになっている。
次に、車載電子制御装置１００の多層電子基板の筐体組立構造図である図３について説明する。
図３において、車載電子制御装置１００はベース部材１０とカバー部材２０との間で密閉挟持された多層電子基板３０Ａによって構成されている。例えばアルミダイキャストで成形された高熱伝導部材であるベース部材１０は、四方の取付足１１によって車体に取付固定されるものである。また、ベース部材１０には輪郭外周部１２と、突起台座部分である伝熱媒体部１３が設けられ、多層電子基板３０Ａの裏面層に設けられた面状パターンが熱伝導性接着材又は熱伝導性シート１４を介して伝熱媒体部１３に接触伝熱するようになっている。
発熱部品である定電圧電源回路素子３１ａの放熱電極は多層電子基板３０Ａの表面層に設けられた面状パターンに半田付けされ、この面状パターンと多数のスルーホールメッキで連結された裏面層の面状パターンが上記伝熱媒体部１３と対向するようになっている。カバー部材２０は環状壁部２１と天蓋部２２を備え、環状壁部２１の一面にはコネクタハウジング２３Ａが一体成形されている。
図３において、車載電子制御装置１００はベース部材１０とカバー部材２０との間で密閉挟持された多層電子基板３０Ａによって構成されている。例えばアルミダイキャストで成形された高熱伝導部材であるベース部材１０は、四方の取付足１１によって車体に取付固定されるものである。また、ベース部材１０には輪郭外周部１２と、突起台座部分である伝熱媒体部１３が設けられ、多層電子基板３０Ａの裏面層に設けられた面状パターンが熱伝導性接着材又は熱伝導性シート１４を介して伝熱媒体部１３に接触伝熱するようになっている。
発熱部品である定電圧電源回路素子３１ａの放熱電極は多層電子基板３０Ａの表面層に設けられた面状パターンに半田付けされ、この面状パターンと多数のスルーホールメッキで連結された裏面層の面状パターンが上記伝熱媒体部１３と対向するようになっている。カバー部材２０は環状壁部２１と天蓋部２２を備え、環状壁部２１の一面にはコネクタハウジング２３Ａが一体成形されている。
コネクタハウジング２３Ａには多数の接続ピン２４の一端が圧入されていて、接続ピン２４の他端は多層電子基板３０Ａに対して半田付けされている。
多数の電子部品を実装した多層電子基板３０Ａに対して、接続ピン２４を半田付けして一体化されたカバー部材２０の輪郭外周部には、防水シール材２５が塗布されてからベース部材１０の輪郭外周部１２と嵌合され、図示しない固定ねじで固定されるようになっている。
なお、カバー部材２０の天蓋部２２が開放されてねじ止め固定される形式のものでは、多数の接続ピン２４と多層電子基板３０Ａ間の接続はワイヤボンディングによって接続することも可能である。
多数の電子部品を実装した多層電子基板３０Ａに対して、接続ピン２４を半田付けして一体化されたカバー部材２０の輪郭外周部には、防水シール材２５が塗布されてからベース部材１０の輪郭外周部１２と嵌合され、図示しない固定ねじで固定されるようになっている。
なお、カバー部材２０の天蓋部２２が開放されてねじ止め固定される形式のものでは、多数の接続ピン２４と多層電子基板３０Ａ間の接続はワイヤボンディングによって接続することも可能である。
次に、多層電子基板３０Ａのグランド層を透視した基板表面図である図４について説明する。
図４において、多層電子基板３０Ａは矩形形状をなし、その部品取付面である表面層の中央領域には図１で示した制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載され、左端領域には第一・第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと入力電源端子間に接続される電源用コンデンサ３２ａと後述のバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃが搭載され、右端領域には入力電源端子間に接続されている電源用コンデンサ３１ｂと、複数のパワートランジスタによって構成された定電圧電源回路素子３１ａと出力電源端子間に接続された複数の電源用コンデンサ３１ｃが搭載され、下端領域には多数の接続ピン２４の一端が圧入されたコネクタハウジング２３Ａが設けられている。
透視表現したグランド層として、面状のグランドパターンは仕切用スリット４２２によってパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に仕切られて分離隔離され、仕切用スリット４２２のない特定接続領域４２４においてパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３が相互に一体接続されている。また特定接続領域４２４における接続幅は仕切用スリット４２２の長さよりも短くしている。
パワーグランド領域４２１は多層電子基板３０Ａのグランド層における左端領域と下端領領域と右端領域の下半分を占めて、出力素子モジュール１１７（３２ｂ、３２ｃ）と定電圧電源回路素子３１ａの入力回路部が搭載されているのに対し、シグナルグランド領域４２３は中央領域にあって制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載されるようになっている。
パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３とが接続される特定接続領域４２４は定電圧電源回路素子３１ａの出力回路部が位置している。
図４において、多層電子基板３０Ａは矩形形状をなし、その部品取付面である表面層の中央領域には図１で示した制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載され、左端領域には第一・第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと入力電源端子間に接続される電源用コンデンサ３２ａと後述のバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃが搭載され、右端領域には入力電源端子間に接続されている電源用コンデンサ３１ｂと、複数のパワートランジスタによって構成された定電圧電源回路素子３１ａと出力電源端子間に接続された複数の電源用コンデンサ３１ｃが搭載され、下端領域には多数の接続ピン２４の一端が圧入されたコネクタハウジング２３Ａが設けられている。
透視表現したグランド層として、面状のグランドパターンは仕切用スリット４２２によってパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に仕切られて分離隔離され、仕切用スリット４２２のない特定接続領域４２４においてパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３が相互に一体接続されている。また特定接続領域４２４における接続幅は仕切用スリット４２２の長さよりも短くしている。
パワーグランド領域４２１は多層電子基板３０Ａのグランド層における左端領域と下端領領域と右端領域の下半分を占めて、出力素子モジュール１１７（３２ｂ、３２ｃ）と定電圧電源回路素子３１ａの入力回路部が搭載されているのに対し、シグナルグランド領域４２３は中央領域にあって制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載されるようになっている。
パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３とが接続される特定接続領域４２４は定電圧電源回路素子３１ａの出力回路部が位置している。
バイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃは接続パターン４１２ｂ、４１２ｃによって第一・第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと入出力インタフェース回路３４または制御回路素子１２０のグランド端子との間に接続されている。
また、多数の接続ピン２４の他端が半田付けまたはワイヤボンディング接続される外部接続端子群は、パワーグランド領域４２１に配置されて、近傍位置にシグナルグランド領域４２３が存在するか、またはパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に跨った位置に配置されていて、当該外部接続端子群の中のグランド端子はパワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている。
外部接続用コネクタ５４Ａはコネクタハウジング２３Ａに挿入され、多数の外部配線によって車載バッテリ１０１、車載センサ群１０４および１０５、車載電気負荷群１０６および１０７に接続されている。
また、多数の接続ピン２４の他端が半田付けまたはワイヤボンディング接続される外部接続端子群は、パワーグランド領域４２１に配置されて、近傍位置にシグナルグランド領域４２３が存在するか、またはパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に跨った位置に配置されていて、当該外部接続端子群の中のグランド端子はパワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている。
外部接続用コネクタ５４Ａはコネクタハウジング２３Ａに挿入され、多数の外部配線によって車載バッテリ１０１、車載センサ群１０４および１０５、車載電気負荷群１０６および１０７に接続されている。
次に、多層電子基板３０Ａの配線パターン面の構成図である図５について説明する。
図５において、多層電子基板３０Ａを構成する絶縁基材層３０ａ、３０ｂ、３０ｃの両面には、表面信号層４１、グランド層４２、電源層４３、裏面信号層４４となる配線パターンが設けられている。
部品実装面となる表面信号層４１は発熱部品の放熱電極が密着する面状銅箔パターンを含み、その他の線状入力信号パターン又は線状出力パターンのいずれか一方又は両方が混在した表面層となり、裏面信号層４４は面状銅箔パターンと接続され、伝熱媒体部１３に隣接する面状銅箔パターンを含み、その他の線状出力信号パターン又は線状入力パターンのいずれか一方又は両方が混在した裏面層となっている。
図５において、多層電子基板３０Ａを構成する絶縁基材層３０ａ、３０ｂ、３０ｃの両面には、表面信号層４１、グランド層４２、電源層４３、裏面信号層４４となる配線パターンが設けられている。
部品実装面となる表面信号層４１は発熱部品の放熱電極が密着する面状銅箔パターンを含み、その他の線状入力信号パターン又は線状出力パターンのいずれか一方又は両方が混在した表面層となり、裏面信号層４４は面状銅箔パターンと接続され、伝熱媒体部１３に隣接する面状銅箔パターンを含み、その他の線状出力信号パターン又は線状入力パターンのいずれか一方又は両方が混在した裏面層となっている。
第一の特定層となる中間層の一つであるグランド層４２は図４で説明した通り面状のグランドパターンを主体とした層となっている。第二の特定層となる中間層の他の一つである電源層４３は面状又は線状の電源パターンを主体とした層となっており、分割用スリット４３２によって主電源電圧Ｖｂが印加される入力電源パターン４３１と、出力電源パターン４３３の領域に分割され、出力電源パターン４３３の領域は更に複数のパターンに分割されて第一〜第五の出力電圧が印加されるようになっている。入力電源パターン４３１は車載バッテリ１０１の正端子に接続され、出力電源パターン４３３は定電圧電源回路素子３１ａの正端子出力回路に接続される。
各層の配線パターンを相互に接続するためにはスルーホールメッキが用いられ、接続を必要としない層では独立した円形の銅箔ランドが設けられている。例えば、第一の出力素子モジュール３２ｂの左下端子は表面信号層４１と電源層４３の入力電源パターン４３１に接続されている。同様に、第一の出力素子モジュール３２ｂの左上端子は表面信号層４１とグランド層４２のパワーグランド領域４２１に接続されていると共に、バイパスコンデンサ３５ｂと表面信号層４１に設けられた接続パターン４１２ｂを介してグランド層４２のシグナルグランド領域４２３に接続されている。
各層の配線パターンを相互に接続するためにはスルーホールメッキが用いられ、接続を必要としない層では独立した円形の銅箔ランドが設けられている。例えば、第一の出力素子モジュール３２ｂの左下端子は表面信号層４１と電源層４３の入力電源パターン４３１に接続されている。同様に、第一の出力素子モジュール３２ｂの左上端子は表面信号層４１とグランド層４２のパワーグランド領域４２１に接続されていると共に、バイパスコンデンサ３５ｂと表面信号層４１に設けられた接続パターン４１２ｂを介してグランド層４２のシグナルグランド領域４２３に接続されている。
多層電子基板３０Ａの基板断面図である図６において、外部接続用端子群４１１は表面信号層４１に設けられ、主として入力信号を扱う接続ピン２４が接続されるようになっている。また、外部接続用端子群４４１は裏面信号層４４に設けられ、主として出力信号を扱う接続ピン２４が接続されるようになっている。
但し、実態としては入出力信号端子は表面信号層４１と裏面信号層４４に混在し、外部接続用端子群４１１、４４１に接続される接続ピン２４も分散した位置のものが接続されるようになっている。
但し、実態としては入出力信号端子は表面信号層４１と裏面信号層４４に混在し、外部接続用端子群４１１、４４１に接続される接続ピン２４も分散した位置のものが接続されるようになっている。
以上のとおりに構成された実施の形態１における車載電子制御装置の電子基板のグランド回路について、その作用動作について説明する。
多層電子基板３０Ａに搭載される電子回路と、外部接続機器の概要を示した図１、図２において、車載電子制御装置１００のグランド端子と車載バッテリ１０１の負端子が接続される車体接地部位１０９ａ間を接続するグランド配線１０９ｂの抵抗値は例えば５〜１０ｍΩ程度のものであるが、実際にはインダクタンス成分の影響によって高速動作信号の伝播遅延が発生し、高周波信号に対する交流インピーダンスはより大きなものとなって、多層電子基板３０Ａの接地電位が大きく変動する。
同様に、車載センサ群１０４、１０５や車載電気負荷群１０６、１０７の接地電位も変動するので、相互に変動する電位を持つ入出力信号源とマイクロプロセッサ間で信号の授受を行なうためには相応の注意が必要となる。
一般には、数ｍＶ単位の分解能を必要とする高精度なアナログ信号を扱うアナログセンサ１０４についてはアナロググランド線を相互に接続することによってグランド電位の変動を抑制することが行なわれている。
多層電子基板３０Ａに搭載される電子回路と、外部接続機器の概要を示した図１、図２において、車載電子制御装置１００のグランド端子と車載バッテリ１０１の負端子が接続される車体接地部位１０９ａ間を接続するグランド配線１０９ｂの抵抗値は例えば５〜１０ｍΩ程度のものであるが、実際にはインダクタンス成分の影響によって高速動作信号の伝播遅延が発生し、高周波信号に対する交流インピーダンスはより大きなものとなって、多層電子基板３０Ａの接地電位が大きく変動する。
同様に、車載センサ群１０４、１０５や車載電気負荷群１０６、１０７の接地電位も変動するので、相互に変動する電位を持つ入出力信号源とマイクロプロセッサ間で信号の授受を行なうためには相応の注意が必要となる。
一般には、数ｍＶ単位の分解能を必要とする高精度なアナログ信号を扱うアナログセンサ１０４についてはアナロググランド線を相互に接続することによってグランド電位の変動を抑制することが行なわれている。
更に、正負のクリップダイオード１４４、１４５でノイズカットしたうえで、ノイズフィルタ１４３によって平滑化したアナログ信号を多チャンネルＡＤ変換器１２４に入力し、そのデジタル変換値がマイクロプロセッサ１２１に取り込まれている。
また、スイッチセンサ１０５や一部の電気負荷において、信号の受取側でヒステリシス回路１５５を設け、信号レベルが一定範囲で変動しても出力論理が反転しないようにしたり、入力信号に関しては応答遅れが問題とならない範囲でノイズフィルタ１５２を設けることが行なわれている。
一方、多層電子基板内では面状グランドパターンを用いてパターン抵抗を抑制することが行なわれているが、それでもパターン抵抗としては上記グランド配線１０９ｂの数十パーセントに及ぶ値を持ち、大負荷電流の断続による接地電位の変動に注意が必要となる。特に、高密度実装された電子基板では配線パターンからの誘導ノイズの影響を受けやすく、大電流パターンと微小電流パターンが隣接並行配線されないような注意が必要となる。
また、スイッチセンサ１０５や一部の電気負荷において、信号の受取側でヒステリシス回路１５５を設け、信号レベルが一定範囲で変動しても出力論理が反転しないようにしたり、入力信号に関しては応答遅れが問題とならない範囲でノイズフィルタ１５２を設けることが行なわれている。
一方、多層電子基板内では面状グランドパターンを用いてパターン抵抗を抑制することが行なわれているが、それでもパターン抵抗としては上記グランド配線１０９ｂの数十パーセントに及ぶ値を持ち、大負荷電流の断続による接地電位の変動に注意が必要となる。特に、高密度実装された電子基板では配線パターンからの誘導ノイズの影響を受けやすく、大電流パターンと微小電流パターンが隣接並行配線されないような注意が必要となる。
この発明の特徴的な基板構成を示した図４〜図６において、グランドパターンは一面のベタグランドにしないで、パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に分離され、部品実装面には各グランド領域に適した回路部品が搭載されるようになっている。しかも、コネクタハウジング２３Ａの取付位置として、パワーグランド系回路部品への接続とシグナルグランド系回路部品への接続が交錯することなく接続できるように、両グランド領域に跨る位置に設置されている。
なお、パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３とが分離されたことに伴って、大負荷電流の断続に伴うシグナルグランド領域４２３の電位変動は抑制されているが、入出力インタフェース回路３４と第一・第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃ間の信号の授受を行なう上でノイズ誤動作の危険が増している。
この問題を解決するために、パワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている第一・第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃのグランド端子と、シグナルグランド領域４２３のグランドパターンに接続されている入出力インタフェース回路３４又は制御回路素子１２０のグランド端子との間にはバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃが接続されている。
なお、パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３とが分離されたことに伴って、大負荷電流の断続に伴うシグナルグランド領域４２３の電位変動は抑制されているが、入出力インタフェース回路３４と第一・第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃ間の信号の授受を行なう上でノイズ誤動作の危険が増している。
この問題を解決するために、パワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている第一・第二の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃのグランド端子と、シグナルグランド領域４２３のグランドパターンに接続されている入出力インタフェース回路３４又は制御回路素子１２０のグランド端子との間にはバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃが接続されている。
バイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃは結果的にはパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３をコンデンサ接続するものとなっているが、目標とする端子間に接続するために信号層に設けられた接続パターン４１２ｂ、４１２ｃを介してピンポイントで接続されている。従って、単に両グランドパターン間のどこかにバイパスコンデンサを接続するという一般概念に比べて実効性を高めることができるものである。
なお、バイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃは例えば静電容量が０．１〜０．０１μＦのセラミックスコンデンサが使用され、当該セラミックスコンデンサの寄生内部インダクタンスをＬｃ、静電容量をＣｉ、接続パターンの線路インダクタンスをＬｐ、出力素子モジュールの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子との間に発生する主要誘導ノイズの中心周波数をｆｉとしたときに、
１／［（２πｆｉ）２×（Ｌｃ＋Ｌｐ）］≦Ｃｉ ・・・・・・（１）
の関係が成立する容量のコンデンサを使用するのが望ましい。
これによって、中心周波数ｆｉ近傍でのバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃのインピーダンスは数Ω以下となり、ノイズ誤動作を防止することができるものである。
なお、バイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃは例えば静電容量が０．１〜０．０１μＦのセラミックスコンデンサが使用され、当該セラミックスコンデンサの寄生内部インダクタンスをＬｃ、静電容量をＣｉ、接続パターンの線路インダクタンスをＬｐ、出力素子モジュールの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子との間に発生する主要誘導ノイズの中心周波数をｆｉとしたときに、
１／［（２πｆｉ）２×（Ｌｃ＋Ｌｐ）］≦Ｃｉ ・・・・・・（１）
の関係が成立する容量のコンデンサを使用するのが望ましい。
これによって、中心周波数ｆｉ近傍でのバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃのインピーダンスは数Ω以下となり、ノイズ誤動作を防止することができるものである。
以上説明した実施の形態１の車載電子制御装置について、その要点と特徴について述べる。
この発明の実施の形態１による車載電子制御装置によれば、車載バッテリ１０１から給電されて所定の安定化電圧を発生する電源モジュール１１０の定電圧電源回路素子３１ａと、車載センサ群１０４、１０５の動作状態に応動して各種車載電気負荷群１０６、１０７を駆動制御するための開閉素子である大電流負荷駆動用の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと、マイクロプロセッサ１２１を包含し安定化電圧によって駆動される制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４とが搭載され、各種車載電気負荷群１０６、１０７と車載センサ群１０４、１０５に接続された外部接続用コネクタ５４Ａが脱着接続される多層電子基板３０Ａであって、多層電子基板３０Ａの第一の特定層に位置する面状のグランドパターンは仕切用スリット４２２によって大略分割され、特定接続領域４２４において相互に接続されたパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に隔離されている。
この発明の実施の形態１による車載電子制御装置によれば、車載バッテリ１０１から給電されて所定の安定化電圧を発生する電源モジュール１１０の定電圧電源回路素子３１ａと、車載センサ群１０４、１０５の動作状態に応動して各種車載電気負荷群１０６、１０７を駆動制御するための開閉素子である大電流負荷駆動用の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと、マイクロプロセッサ１２１を包含し安定化電圧によって駆動される制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４とが搭載され、各種車載電気負荷群１０６、１０７と車載センサ群１０４、１０５に接続された外部接続用コネクタ５４Ａが脱着接続される多層電子基板３０Ａであって、多層電子基板３０Ａの第一の特定層に位置する面状のグランドパターンは仕切用スリット４２２によって大略分割され、特定接続領域４２４において相互に接続されたパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に隔離されている。
パワーグランド領域４２１は車載バッテリ１０１の負端子に接続されるものであると共に、当該パワーグランド領域４２１には主として出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと定電圧電源回路素子３１ａの入力回路部が搭載されている。シグナルグランド領域４２３には主として制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載されている。
車載センサ群１０４、１０５の中のアナログセンサ１０４の少なくとも一部に対しては、シグナルグランド領域４２３とアナログセンサの負端子間が信号用グランド配線１０８ａで接続されており、パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３との特定接続領域４２４は定電圧電源回路素子３１ａの出力回路部に位置していて、特定接続領域４２３における接続幅は仕切用スリット４２２の長さよりも短くなっている。
従って、高精度が求められるアナログセンサの一部については、信号用グランド線１０８ａによって相互の負端子電位レベルが同一になるように構成され、負荷電流の断続に伴う電位変動の影響が除去されていると共に、パワーグランド領域４２１に搭載された負荷駆動用開閉素子である出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの開閉動作による負荷電流の変動に対し、シグナルグランド領域４２３のグランド電位が変動し難く、シグナルグランド領域４２３に搭載されたマイクロプロセッサ１２１とパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃ間の監視・制御信号の授受に関する誤動作が抑制される効果がある。
車載センサ群１０４、１０５の中のアナログセンサ１０４の少なくとも一部に対しては、シグナルグランド領域４２３とアナログセンサの負端子間が信号用グランド配線１０８ａで接続されており、パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３との特定接続領域４２４は定電圧電源回路素子３１ａの出力回路部に位置していて、特定接続領域４２３における接続幅は仕切用スリット４２２の長さよりも短くなっている。
従って、高精度が求められるアナログセンサの一部については、信号用グランド線１０８ａによって相互の負端子電位レベルが同一になるように構成され、負荷電流の断続に伴う電位変動の影響が除去されていると共に、パワーグランド領域４２１に搭載された負荷駆動用開閉素子である出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの開閉動作による負荷電流の変動に対し、シグナルグランド領域４２３のグランド電位が変動し難く、シグナルグランド領域４２３に搭載されたマイクロプロセッサ１２１とパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃ間の監視・制御信号の授受に関する誤動作が抑制される効果がある。
多層電子基板３０Ａは矩形形状をなし、当該矩形形状の一辺には外部接続コネクタ５４Ａと接触する多数の接続ピン２４が半田接続又はワイヤボンディング接続される外部接続端子群４１１、４４１が設けられている。
外部接続端子群４１１、４４１はパワーグランド領域４２１に配置されて、近傍位置にシグナルグランド領域４２３が存在するか、またはパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に跨った位置に配置されていて、当該外部接続端子群の中のグランド端子はパワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている。
従って、車載センサ群１０４、１０５に接続される入力信号線はシグナルグランド領域４２３に搭載された入力インタフェース回路３４に対して容易に接続することができ、車載電気負荷群１０６、１０７に接続される出力信号線はパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃに対して直接接続することが可能であり、入出力信号線が交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。
外部接続端子群４１１、４４１はパワーグランド領域４２１に配置されて、近傍位置にシグナルグランド領域４２３が存在するか、またはパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に跨った位置に配置されていて、当該外部接続端子群の中のグランド端子はパワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている。
従って、車載センサ群１０４、１０５に接続される入力信号線はシグナルグランド領域４２３に搭載された入力インタフェース回路３４に対して容易に接続することができ、車載電気負荷群１０６、１０７に接続される出力信号線はパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃに対して直接接続することが可能であり、入出力信号線が交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。
多層電子基板３０Ａの第二の特定層に位置する面状の電源パターンは分割用スリット４３２によって入力電源パターン４３１と出力電源パターン領域４３３に分割されていて、入力電源パターン４３１は車載バッテリ１０１の正端子に接続されている。
出力電源パターン領域４３３は定電圧電源回路素子３１ａの正端子出力回路に接続されるものであると共に、当該出力電源パターン領域４３３は異種の出力電圧に対応して複数の出力電源パターンに分割されている。
従って、入力信号回路と出力回路とが交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。また、マイクロプロセッサ１２１に内蔵された低電圧メモリへの給電や、電源スイッチ１０３が開路された後のバッテリバックアップメモリ１２３ｂへの微弱給電回路を独立した電源パターンによって行なうことができる特徴がある。
出力電源パターン領域４３３は定電圧電源回路素子３１ａの正端子出力回路に接続されるものであると共に、当該出力電源パターン領域４３３は異種の出力電圧に対応して複数の出力電源パターンに分割されている。
従って、入力信号回路と出力回路とが交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。また、マイクロプロセッサ１２１に内蔵された低電圧メモリへの給電や、電源スイッチ１０３が開路された後のバッテリバックアップメモリ１２３ｂへの微弱給電回路を独立した電源パターンによって行なうことができる特徴がある。
多層電子基板３０Ａは３枚の絶縁基材層３０ａ、３０ｂ、３０ｃと４層の配線パターン面４１、４２、４３、４４によって構成された４層基板となっている。
部品実装面となる表面信号層４１は発熱部品の放熱電極が密着する面状銅箔パターンを含み、その他の線状入力信号パターン又は線状出力パターンのいずれか一方又は両方が混在した表面層となっている。裏面信号層４４は表面信号層４１の面状銅箔パターンと接続され、伝熱媒体部１３に隣接する面状銅箔パターンを含み、その他の線状出力信号パターン又は線状入力パターンのいずれか一方又は両方が混在した裏面層となっている。
第一の特定層となる中間のグランド層４２は面状のグランドパターンを主体とした層となっており、仕切用スリット４２２によってパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に分割隔離されると共に、仕切用スリットのない特定接続領域４２４においてパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３が相互に接続されている。
第二の特定層となる中間の電源層４３は面状又は線状の電源パターンを主体とした層となっており、分割用スリット４３２によって入力電源パターン４３１と出力電源パターン４３３の領域に分割されている。
従って、製造過程における多層電子基板の導通検査を容易にすると共に、実用状態においては面状出力パターンから熱伝導シート又は熱伝導接着材を介して放熱部分へ効率よく伝熱放散することができる特徴がある。
部品実装面となる表面信号層４１は発熱部品の放熱電極が密着する面状銅箔パターンを含み、その他の線状入力信号パターン又は線状出力パターンのいずれか一方又は両方が混在した表面層となっている。裏面信号層４４は表面信号層４１の面状銅箔パターンと接続され、伝熱媒体部１３に隣接する面状銅箔パターンを含み、その他の線状出力信号パターン又は線状入力パターンのいずれか一方又は両方が混在した裏面層となっている。
第一の特定層となる中間のグランド層４２は面状のグランドパターンを主体とした層となっており、仕切用スリット４２２によってパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に分割隔離されると共に、仕切用スリットのない特定接続領域４２４においてパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３が相互に接続されている。
第二の特定層となる中間の電源層４３は面状又は線状の電源パターンを主体とした層となっており、分割用スリット４３２によって入力電源パターン４３１と出力電源パターン４３３の領域に分割されている。
従って、製造過程における多層電子基板の導通検査を容易にすると共に、実用状態においては面状出力パターンから熱伝導シート又は熱伝導接着材を介して放熱部分へ効率よく伝熱放散することができる特徴がある。
パワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの近傍位置にはバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃが配置されている。当該バイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃは出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子との間にあって、多層電子基板３０Ａの信号層４１、４４に設けられた接続パターン４１２ｂ、４１２ｃによって接続されているものである。
従って、高周波・高圧ノイズに対して、出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子間の電位変動を直接抑制して、信号授受の誤動作、特に論理状態を記憶しているラッチ信号の記憶論理の消失を抑制して、誤動作状態が持続するのを防止することができる特徴がある。
従って、高周波・高圧ノイズに対して、出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子間の電位変動を直接抑制して、信号授受の誤動作、特に論理状態を記憶しているラッチ信号の記憶論理の消失を抑制して、誤動作状態が持続するのを防止することができる特徴がある。
バイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃは静電容量が０．１〜０．０１μＦのセラミックスコンデンサが使用されている。当該セラミックスコンデンサの寄生内部インダクタンスをＬｃ、静電容量をＣｉ、接続パターン４１２ｂ、４１２ｃの線路インダクタンスをＬｐ、出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子との間に発生する主要誘導ノイズの中心周波数をｆｉとしたときに、
１／（２πｆｉ）２×（Ｌｃ＋Ｌｐ）］≦Ｃｉ ・・・（１）
の関係が成立する容量のコンデンサが使用される。
従って、高周波ノイズに対して出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子との間がバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃによって低インピーダンスで接続され、相互の電位差を抑制することができる特徴がある。
１／（２πｆｉ）２×（Ｌｃ＋Ｌｐ）］≦Ｃｉ ・・・（１）
の関係が成立する容量のコンデンサが使用される。
従って、高周波ノイズに対して出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子との間がバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃによって低インピーダンスで接続され、相互の電位差を抑制することができる特徴がある。
各種車載電気負荷群１０６、１０７の内、多層電子基板３０Ａの外部に負荷駆動用トランジスタ１０６ｂが用いられていて、入出力インタフェース回路３４から出力素子モジュール３２ｂ・３２ｃを介さないで直接出力される小電流電気負荷１０６に該当する特定電気負荷１０６ａに関し、入出力インタフェース回路３４の中の出力インタフェース回路１１６はプルアップ抵抗又はプルダウン抵抗１６３によって論理レベルが確定する出力トランジスタ１６１と短絡保護用直列抵抗１６２を備えると共に、特定電気負荷１０６ａを駆動する負荷駆動用トランジスタ１０６ｂの入力回路には、当該特定電気負荷１０６ａの負端子電位の変動と多層電子基板３０Ａのシグナルグランド領域４２３のグランド電位の変動に対して出力論理が変化するのを防止するヒステリシス回路１０６ｃ設けられている。
従って、多層電子基板内の出力インタフェース回路１１６の負電位と負荷駆動用トランジスタ１０６ｂの負電位に変動が生じても、安定して負荷駆動が行なえる特徴がある。
従って、多層電子基板内の出力インタフェース回路１１６の負電位と負荷駆動用トランジスタ１０６ｂの負電位に変動が生じても、安定して負荷駆動が行なえる特徴がある。
車載センサ群１０４、１０５の内、開閉動作する電気接点又はトランジスタによる開閉素子１０５ａを用いたスイッチセンサ１０５に関し、入出力インタフェース回路３４の中のスイッチセンサ用の入力インタフェース回路１１５は、開閉素子１０５aの開閉動作に応動して論理レベルを確定するためのプルアップ抵抗１５１又はプルダウン抵抗と、ローパスフィルタであるノイズフィルタ１５２と、ヒステリシス回路１５５とを備え、ヒステリシス回路１５５はスイッチセンサ１０５の負端子電位の変動と多層電子基板３０Ａのシグナルグランド領域４２３のグランド電位の変動に対して出力論理が変化しないように構成された正帰還回路となっている。
従って、多層電子基板内の入力インタフェース回路１１５の負電位に変動が生じても、センサの開閉状態を正しく入力することができる特徴がある。
従って、多層電子基板内の入力インタフェース回路１１５の負電位に変動が生じても、センサの開閉状態を正しく入力することができる特徴がある。
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２における車載電子制御装置を図７〜図８に基づいて説明する。図７は車載電子制御装置の多層電子基板のグランド層を透視した基板表面図、図８は多層電子基板の基板断面図である。
また、実施の形態２である多層電子基板３０Ｂを用いた車載電子制御装置１００の全体回路図と、入出力インタフェース回路の部分詳細図と、筐体組立構造図については、実施の形態１における図１、図２、図３と同様であり、説明を省略する。なお、４層の多層電子基板３０Ａに代わって６層の多層電子基板３０Ｂが使用され、コネクタハウジング２３Ａに代わってコネクタハウジング２３Ｂが使用され、外部接続コネクタ５４Ａに代わって外部接続コネクタ５４Ｂが使用されている。また、各図において同一符号は同一又は相当部分を示している。
次に、この発明の実施の形態２における車載電子制御装置を図７〜図８に基づいて説明する。図７は車載電子制御装置の多層電子基板のグランド層を透視した基板表面図、図８は多層電子基板の基板断面図である。
また、実施の形態２である多層電子基板３０Ｂを用いた車載電子制御装置１００の全体回路図と、入出力インタフェース回路の部分詳細図と、筐体組立構造図については、実施の形態１における図１、図２、図３と同様であり、説明を省略する。なお、４層の多層電子基板３０Ａに代わって６層の多層電子基板３０Ｂが使用され、コネクタハウジング２３Ａに代わってコネクタハウジング２３Ｂが使用され、外部接続コネクタ５４Ａに代わって外部接続コネクタ５４Ｂが使用されている。また、各図において同一符号は同一又は相当部分を示している。
実施の形態２における多層電子基板の基板表面図を示す図７において、外周環状パターン４２５は多層電子基板３０Ｂの各層の輪郭外周部において、他の配線パターンとは分離して設けられた外周環状パターンであり、各層の外周環状パターン４２５はスルーホールメッキで互いに接続され、接続ピン２４と外部接続用コネクタ５４Ｂと、グランド配線１０９ｄを介して車載電子制御装置１００が設置されている近傍車体接地部位１０９ｃに接続され、カバー部材２０で発生した高圧静電気を車体へ放電し、多層電子基板３０Ｂに搭載された電子部品の静電破壊を防止するためのものとなっている。
多層電子基板３０Ｂにおいて、パワーグランド領域４２１は電子基板の左右端と下端に位置しており、中央部に位置するシグナルグランド領域４２３とは左右の仕切用スリット４２２ａ、４２２ｂで分離され、中央下部の特定接続領域４２４で相互に接続されている。
多層電子基板３０Ｂにおいて、パワーグランド領域４２１は電子基板の左右端と下端に位置しており、中央部に位置するシグナルグランド領域４２３とは左右の仕切用スリット４２２ａ、４２２ｂで分離され、中央下部の特定接続領域４２４で相互に接続されている。
左側のパワーグランド領域４２１には２個使いされた電源用コンデンサ３２ａの一方と、第一の出力素子モジュール３２ｂ、バイパスコンデンサ３５ｂが搭載され、右側のパワーグランド領域４２１には２個使いされた電源用コンデンサ３２ａの他方と、第二の出力素子モジュール３２ｃ、バイパスコンデンサ３５ｃが搭載され、下側のパワーグランド領域４２１にはコネクタハウジング２３Ｂが設けられている。
中央下部には電源用コンデンサ３１ｂ、定電圧電源回路素子３１ａ、電源用コンデンサ３１ｃが搭載され、定電圧電源回路素子３１ａの出力部が特定接続領域４２４となっている。制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載されるシグナルグランド領域４２３の下部はコネクタハウジング２３Ｂが配置された外部接続端子群に隣接している。
中央下部には電源用コンデンサ３１ｂ、定電圧電源回路素子３１ａ、電源用コンデンサ３１ｃが搭載され、定電圧電源回路素子３１ａの出力部が特定接続領域４２４となっている。制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載されるシグナルグランド領域４２３の下部はコネクタハウジング２３Ｂが配置された外部接続端子群に隣接している。
多層電子基板の基板断面図を示す図８において、多層電子基板３０Ｂは絶縁基材層３０ａ、３０ｄ、３０ｂ，３０ｅ、３０ｃの順で積層され、表面信号層４１、グランド層４２、中間信号層４５、中間信号層４６、電源層４３、裏面信号層４４となる配線パターンを備えている。
接続ピン２４と接続される外部接続端子群４５１は中間信号層４５に設けられ、主として入力信号端子が接続されるようになっている。接続ピン２４と接続される外部接続端子群４６１は中間信号層４６に設けられ、主として出力信号端子が接続されるようになっている。
なお、図８で示した６層基板に代わって、５層基板を使用する場合には多層電子基板は絶縁基材層３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｃの順で積層され、表面信号層４１、グランド層４２、中間信号層４５、電源層４３、裏面信号層４４となる配線パターンを備えていて、接続ピン２４と接続される入出力の外部接続端子群４５１は中間信号層４５に設けられるようになっている。
接続ピン２４と接続される外部接続端子群４５１は中間信号層４５に設けられ、主として入力信号端子が接続されるようになっている。接続ピン２４と接続される外部接続端子群４６１は中間信号層４６に設けられ、主として出力信号端子が接続されるようになっている。
なお、図８で示した６層基板に代わって、５層基板を使用する場合には多層電子基板は絶縁基材層３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｃの順で積層され、表面信号層４１、グランド層４２、中間信号層４５、電源層４３、裏面信号層４４となる配線パターンを備えていて、接続ピン２４と接続される入出力の外部接続端子群４５１は中間信号層４５に設けられるようになっている。
以上説明した実施の形態２の車載電子制御装置について、その要点と特徴について述べる。
この発明の実施の形態２による車載電子制御装置によれば、車載バッテリ１０１から給電されて所定の安定化電圧を発生する定電圧電源回路素子３１ａと、車載センサ群１０４、１０５の動作状態に応動して各種車載電気負荷群１０６、１０７を駆動制御するための開閉素子である大電流負荷駆動用の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと、マイクロプロセッサ１２１を包含し安定化電圧によって駆動される制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４とが搭載され、各種車載電気負荷群１０６、１０７と車載センサ群１０４、１０５に接続された外部接続用コネクタ５４Ｂが脱着接続される多層電子基板３０Ｂであって、多層電子基板３０Ｂの第一の特定層に位置する面状のグランドパターンは仕切用スリット４２２ａ、４２２ｂによって大略分割され、特定接続領域４２４において相互に接続されたパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に隔離されている。
この発明の実施の形態２による車載電子制御装置によれば、車載バッテリ１０１から給電されて所定の安定化電圧を発生する定電圧電源回路素子３１ａと、車載センサ群１０４、１０５の動作状態に応動して各種車載電気負荷群１０６、１０７を駆動制御するための開閉素子である大電流負荷駆動用の出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと、マイクロプロセッサ１２１を包含し安定化電圧によって駆動される制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４とが搭載され、各種車載電気負荷群１０６、１０７と車載センサ群１０４、１０５に接続された外部接続用コネクタ５４Ｂが脱着接続される多層電子基板３０Ｂであって、多層電子基板３０Ｂの第一の特定層に位置する面状のグランドパターンは仕切用スリット４２２ａ、４２２ｂによって大略分割され、特定接続領域４２４において相互に接続されたパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に隔離されている。
パワーグランド領域４２１は車載バッテリ１０１の負端子に接続されるものであると共に、当該パワーグランド領域４２１には主として出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃと定電圧電源回路素子３１ａの入力回路部が搭載されている。シグナルグランド領域４２３には主として制御回路素子１２０と入出力インタフェース回路３４が搭載されている。
車載センサ群１０４、１０５の中のアナログセンサ１０４の少なくとも一部に対しては、シグナルグランド領域４２３とアナログセンサの負端子間が信号用グランド配線１０８ａで接続されており、パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３との特定接続領域４２４は定電圧電源回路素子３１ａの出力回路部に位置していて、特定接続領域４２３における接続幅は仕切用スリット４２２ａ、４２２ｂの長さよりも短くなっている。
従って、高精度が求められるアナログセンサの一部については、信号用グランド線１０８ａによって相互の負端子電位レベルが同一になるように構成され、負荷電流の断続に伴う電位変動の影響が除去されていると共に、パワーグランド領域４２１に搭載された負荷駆動用開閉素子である出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの開閉動作による負荷電流の変動に対し、シグナルグランド領域４２３のグランド電位が変動し難く、シグナルグランド領域４２３に搭載されたマイクロプロセッサ１２１とパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃ間の監視・制御信号の授受に関する誤動作が抑制される効果がある。
車載センサ群１０４、１０５の中のアナログセンサ１０４の少なくとも一部に対しては、シグナルグランド領域４２３とアナログセンサの負端子間が信号用グランド配線１０８ａで接続されており、パワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３との特定接続領域４２４は定電圧電源回路素子３１ａの出力回路部に位置していて、特定接続領域４２３における接続幅は仕切用スリット４２２ａ、４２２ｂの長さよりも短くなっている。
従って、高精度が求められるアナログセンサの一部については、信号用グランド線１０８ａによって相互の負端子電位レベルが同一になるように構成され、負荷電流の断続に伴う電位変動の影響が除去されていると共に、パワーグランド領域４２１に搭載された負荷駆動用開閉素子である出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの開閉動作による負荷電流の変動に対し、シグナルグランド領域４２３のグランド電位が変動し難く、シグナルグランド領域４２３に搭載されたマイクロプロセッサ１２１とパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃ間の監視・制御信号の授受に関する誤動作が抑制される効果がある。
多層電子基板３０Ｂは矩形形状をなし、当該矩形形状の一辺には外部接続コネクタ５４Ｂと接触する多数の接続ピン２４が半田接続又はワイヤボンディング接続される外部接続端子群４５１、４６１が設けられている。
外部接続端子群４５１、４６１はパワーグランド領域４２１に配置されて、近傍位置にシグナルグランド領域４２３が存在するか、またはパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に跨った位置に配置されていて、当該外部接続端子群の中のグランド端子はパワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている。
従って、車載センサ群１０４、１０５に接続される入力信号線はシグナルグランド領域４２３に搭載された入力インタフェース回路１１４、１１５に対して容易に接続することができ、車載電気負荷群１０６、１０７に接続される出力信号線はパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃに対して直接接続することが可能であり、入出力信号線が交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。
外部接続端子群４５１、４６１はパワーグランド領域４２１に配置されて、近傍位置にシグナルグランド領域４２３が存在するか、またはパワーグランド領域４２１とシグナルグランド領域４２３に跨った位置に配置されていて、当該外部接続端子群の中のグランド端子はパワーグランド領域４２１のグランドパターンに接続されている。
従って、車載センサ群１０４、１０５に接続される入力信号線はシグナルグランド領域４２３に搭載された入力インタフェース回路１１４、１１５に対して容易に接続することができ、車載電気負荷群１０６、１０７に接続される出力信号線はパワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃに対して直接接続することが可能であり、入出力信号線が交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。
多層電子基板３０Ｂの第二の特定層に位置する面状の電源パターンは分割用スリット４３２によって入力電源パターン４３１と出力電源パターン領域４３３に分割されていて、入力電源パターン４３１は車載バッテリ１０１の正端子に接続されている。
出力電源パターン領域４３３は定電圧電源回路素子３１ａの正端子出力回路に接続されるものであると共に、当該出力電源パターン領域４３３は異種の出力電圧に対応して複数の出力電源パターンに分割されている。
従って、入力信号回路と出力回路とが交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。
また、マイクロプロセッサ１２１に内蔵された低電圧メモリへの給電や、電源スイッチ１０３が開路された後のバッテリバックアップメモリ１２３ｂへの微弱給電回路を独立した電源パターンによって行なうことができる特徴がある。
出力電源パターン領域４３３は定電圧電源回路素子３１ａの正端子出力回路に接続されるものであると共に、当該出力電源パターン領域４３３は異種の出力電圧に対応して複数の出力電源パターンに分割されている。
従って、入力信号回路と出力回路とが交錯するのを回避して、ノイズ誤動作を抑制することができる特徴がある。
また、マイクロプロセッサ１２１に内蔵された低電圧メモリへの給電や、電源スイッチ１０３が開路された後のバッテリバックアップメモリ１２３ｂへの微弱給電回路を独立した電源パターンによって行なうことができる特徴がある。
多層電子基板３０Ｂは更に、１枚又は２枚の中間絶縁基材層３０ｄ、３０ｅと１層又は２層の中間配線パターン面４５、４６が追加された５層又は６層基板であって、グランド層４２と電源層４３との間に介在する１層又は２層の配線パターンは中間信号層４５、４６となり、当該中間信号層４５、４６には他の信号層４１、４４に比べてより多くの外部接続端子群４５１、４６１が接続されている。
従って、表面又は裏面から動作点検を行い難い中間信号層については、多数の入出力端子から点検を行なうことができる特徴がある。
従って、表面又は裏面から動作点検を行い難い中間信号層については、多数の入出力端子から点検を行なうことができる特徴がある。
パワーグランド領域４２１に搭載された出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの近傍位置にはバイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃが配置されている。当該バイパスコンデンサ３５ｂ、３５ｃは出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子との間にあって、多層電子基板３０Ｂの信号層４１、４４、４５、４６に設けられた接続パターン４１２ｂ、４１２ｃによって接続されているものである。
従って、高周波・高圧ノイズに対して、出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子間の電位変動を直接抑制して、信号授受の誤動作、特に論理状態を記憶しているラッチ信号の記憶論理の消失を抑制して、誤動作状態が持続するのを防止することができる特徴がある。
従って、高周波・高圧ノイズに対して、出力素子モジュール３２ｂ、３２ｃの負端子と制御回路素子１２０又は入出力インタフェース回路３４の負端子間の電位変動を直接抑制して、信号授受の誤動作、特に論理状態を記憶しているラッチ信号の記憶論理の消失を抑制して、誤動作状態が持続するのを防止することができる特徴がある。
多層電子基板３０Ｂの各層の輪郭外周部には、他の配線パターンとは分離された外周環状パターン４２５が設けられ、当該各層の外周環状パターン４２５は相互に接続されて外部接続用コネクタ５４Ｂを介して近傍車体接地部位１０９ｃに接続されている。
従って、多層電子基板を覆うカバー部材２０で発生した高圧静電気が外周環状パターン４２５を介して車体へ放電し、多層電子基板に搭載された電子部品を保護すると共に、ベース部材１０の取付場所が樹脂成形絶縁体であっても確実に静電除去を行なうことができる特徴がある。
従って、多層電子基板を覆うカバー部材２０で発生した高圧静電気が外周環状パターン４２５を介して車体へ放電し、多層電子基板に搭載された電子部品を保護すると共に、ベース部材１０の取付場所が樹脂成形絶縁体であっても確実に静電除去を行なうことができる特徴がある。
１３ 伝熱媒体部 ２４ 接続ピン
３０Ａ、３０Ｂ 多層電子基板 ３０ａ〜３０ｅ 絶縁基材層
３１ａ 定電圧電源回路素子 ３２ｂ 第一の出力素子モジュール
３２ｃ 第二の出力素子モジュール ３４ 入出力インタフェース回路
３５ｂ、３５ｃ バイパスコンデンサ
４１ 表面信号層 ４２ グランド層
４３ 電源層 ４４ 裏面信号層
４５、４６ 中間信号層 ５４Ａ、５４Ｂ 外部接続用コネクタ
１０１ 車載バッテリ １０４ アナログセンサ（車載センサ群）
１０５ スイッチセンサ（車載センサ群） １０５ａ 開閉素子
１０６ 車載電気負荷群（小電流） １０６ａ 特定電気負荷
１０６ｂ 負荷駆動用トランジスタ １０６c ヒステリシス回路
１０７ 車載電気負荷群（大電流） １０８ａ 信号用グランド配線
１０９ｃ 近傍車体接地部位
１１５ 入力インタフェース回路 １１６ 出力インタフェース回路
１２０ 制御回路素子 １２１ マイクロプロセッサ
１５１ プルアップ抵抗 １５２ ノイズフィルタ
１５５ ヒステリシス回路 １６１ 出力トランジスタ
１６２ 短絡保護用直列抵抗 １６３ プルダウン抵抗
４１１、４５１ 外部接続端子群（入力） ４１２ｂ、４１２ｃ 接続パターン
４２１ パワーグランド領域 ４２２ 仕切用スリット
４２２ａ、４２２ｂ 仕切用スリット ４２３ シグナルグランド領域
４２４ 特定接続領域 ４２５ 外周環状パターン
４３１ 入力電源パターン ４３２ 分割用スリット
４３３ 出力電源パターン領域 ４４１、４６１ 外部接続端子群（出力）
３０Ａ、３０Ｂ 多層電子基板 ３０ａ〜３０ｅ 絶縁基材層
３１ａ 定電圧電源回路素子 ３２ｂ 第一の出力素子モジュール
３２ｃ 第二の出力素子モジュール ３４ 入出力インタフェース回路
３５ｂ、３５ｃ バイパスコンデンサ
４１ 表面信号層 ４２ グランド層
４３ 電源層 ４４ 裏面信号層
４５、４６ 中間信号層 ５４Ａ、５４Ｂ 外部接続用コネクタ
１０１ 車載バッテリ １０４ アナログセンサ（車載センサ群）
１０５ スイッチセンサ（車載センサ群） １０５ａ 開閉素子
１０６ 車載電気負荷群（小電流） １０６ａ 特定電気負荷
１０６ｂ 負荷駆動用トランジスタ １０６c ヒステリシス回路
１０７ 車載電気負荷群（大電流） １０８ａ 信号用グランド配線
１０９ｃ 近傍車体接地部位
１１５ 入力インタフェース回路 １１６ 出力インタフェース回路
１２０ 制御回路素子 １２１ マイクロプロセッサ
１５１ プルアップ抵抗 １５２ ノイズフィルタ
１５５ ヒステリシス回路 １６１ 出力トランジスタ
１６２ 短絡保護用直列抵抗 １６３ プルダウン抵抗
４１１、４５１ 外部接続端子群（入力） ４１２ｂ、４１２ｃ 接続パターン
４２１ パワーグランド領域 ４２２ 仕切用スリット
４２２ａ、４２２ｂ 仕切用スリット ４２３ シグナルグランド領域
４２４ 特定接続領域 ４２５ 外周環状パターン
４３１ 入力電源パターン ４３２ 分割用スリット
４３３ 出力電源パターン領域 ４４１、４６１ 外部接続端子群（出力）
Claims (10)
- 車載バッテリから給電されて所定の安定化電圧を発生する定電圧電源回路素子と、車載センサ群の動作状態に応動して各種車載電気負荷群を駆動制御するための開閉素子である大電流負荷駆動用の出力素子モジュールと、マイクロプロセッサを包含し前記安定化電圧によって駆動される制御回路素子と、入出力インタフェース回路とが搭載され、前記各種車載電気負荷群と車載センサ群に接続された外部接続用コネクタが脱着接続される多層電子基板を有し、
前記多層電子基板の第一の特定層に位置する面状のグランドパターンは仕切用スリットによってパワーグランド領域とシグナルグランド領域に分割隔離されると共に、前記仕切用スリットのない特定接続領域において前記パワーグランド領域と前記シグナルグランド領域が相互に接続され、前記特定接続領域における接続幅は前記仕切用スリットの長さよりも短くし、
前記パワーグランド領域は前記車載バッテリの負端子に接続されると共に、当該パワーグランド領域には主として前記出力素子モジュールと前記定電圧電源回路素子の入力回路部が搭載され、前記シグナルグランド領域には主として前記制御回路素子と入出力インタフェース回路が搭載され、前記特定接続領域には前記定電圧電源回路素子の出力回路部が位置し、
前記車載センサ群の中のアナログセンサの少なくとも一部に対しては、前記シグナルグランド領域と前記アナログセンサの負端子間が信号用グランド配線で接続されていることを特徴とする車載電子制御装置。 - 前記多層電子基板は矩形形状をなし、当該矩形形状の一辺には前記外部接続コネクタと接触する多数の接続ピンが半田接続又はワイヤボンディング接続される外部接続端子群が設けられ、前記外部接続端子群は前記パワーグランド領域に配置されて、近傍位置にシグナルグランド領域が存在するか、またはパワーグランド領域とシグナルグランド領域に跨った位置に配置されていて、当該外部接続端子群の中のグランド端子は前記パワーグランド領域のグランドパターンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の車載電子制御装置。
- 前記多層電子基板の第二の特定層に位置する面状の電源パターンは分割用スリットによって入力電源パターンと出力電源パターンの領域に分割され、前記入力電源パターンは前記車載バッテリの正端子に接続され、前記出力電源パターンは前記定電圧電源回路素子の正端子出力回路に接続され、当該出力電源パターンの領域は異種の出力電圧に対応して複数の出力電源パターンに分割されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車載電子制御装置。
- 前記多層電子基板は３枚の絶縁基材層と４層の配線パターン面によって構成された４層基板であって、部品実装面となる表面層は発熱部品の放熱電極が密着する面状銅箔パターンを含み、その他の線状入力信号パターン又は線状出力パターンのいずれか一方又は両方が混在した表面信号層となり、裏面層は前記面状銅箔パターンと接続され、伝熱媒体部に隣接する面状銅箔パターンを含み、その他の線状出力信号パターン又は線状入力パターンのいずれか一方又は両方が混在した裏面信号層となり、前記第一の特定層となる中間層の一つは面状のグランドパターンを主体としたグランド層となり、前記第二の特定層となる中間層の他の一つは面状又は線状の電源パターンを主体とした電源層となっていることを
特徴とする請求項３に記載の車載電子制御装置。 - 前記多層電子基板は、前記グランド層と前記電源層との間に１枚又は２枚の中間絶縁基材層と１層又は２層の中間配線パターン面を設けた５層又は６層基板であって、前記グランド層と前記電源層との間に介在する１層又は２層の前記中間配線パターンは中間信号層となり、当該中間信号層には他の信号層に比べてより多くの前記外部接続端子群が接続
されていることを特徴とする請求項４に記載の車載電子制御装置。 - 前記パワーグランド領域に搭載された出力素子モジュールの近傍位置にはバイパスコンデンサが配置され、当該バイパスコンデンサは前記出力素子モジュールの負端子と前記制御回路素子又は入出力インタフェース回路の負端子との間にあって、前記多層電子基板の信号層に設けられた接続パターンによって接続されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の車載電子制御装置。
- 前記バイパスコンデンサは静電容量が０．１〜０．０１μＦのセラミックスコンデンサが使用され、当該セラミックスコンデンサの寄生内部インダクタンスをＬｃ、静電容量をＣｉ、前記接続パターンの線路インダクタンスをＬｐ、前記出力素子モジュールの負端子と前記制御回路素子又は入出力インタフェース回路の負端子との間に発生する主要誘導ノイズの中心周波数をｆｉとしたときに、
１/［（２πｆｉ）２×（Ｌｃ＋Ｌｐ）］≦Ｃｉ
の関係が成立する容量のコンデンサが使用されることを特徴とする請求項６に記載の車載電子制御装置。 - 前記各種車載電気負荷群の内、多層電子基板の外部に負荷駆動用トランジスタが用いられていて、前記入出力インタフェース回路から前記出力素子モジュールを介さないで直接出力される小電流電気負荷に該当する特定電気負荷に関し、前記入出力インタフェース回路の中の出力インタフェース回路はプルアップ抵抗又はプルダウン抵抗によって論理レベルが確定する出力トランジスタと短絡保護用直列抵抗を備えると共に、前記特定電気負荷を駆動する負荷駆動用トランジスタの入力回路には、当該特定電気負荷の負端子電位の変動と、前記多層電子基板のシグナルグランド領域のグランド電位の変動に対して出力論理が変化するのを防止するヒステリシス回路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車載電子制御装置。
- 前記車載センサ群の内、開閉動作する電気接点又はトランジスタによる開閉素子を用いたスイッチセンサに関し、前記入出力インタフェース回路の中のスイッチセンサ用の入力インタフェース回路は、前記開閉素子の開閉動作に応動して論理レベルを確定するためのプルアップ抵抗又はプルダウン抵抗と、ローパスフィルタであるノイズフィルタと、ヒステリシス回路とを備え、前記ヒステリシス回路は前記スイッチセンサの負端子電位の変動と、前記多層電子基板のシグナルグランド領域のグランド電位の変動に対して出力論理が変化しないように構成された正帰還回路であることを特徴とする請求項１に記載の車載電子制御装置。
- 前記多層電子基板の各層の輪郭外周部には、他の配線パターンとは分離された外周環状パターンが設けられ、当該各層の環状パターンは相互に接続されて外部接続用コネクタを介して近傍車体接地部位に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の車載電子制御装置。
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-
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