JP2013025984A - 配線ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】接続ケーブルの組付け方向性をなくして組立作業性を向上させると共に誤組の発生を防止することができる配線ユニットを提供する。
【解決手段】配線ユニットは、メイン基板1に実装されるハーネス用コネクタ60と、インタフェース基板3に実装されるハーネス用コネクタ70と、ハーネス用コネクタ60とハーネス用コネクタ70とを接続し、USB差動信号用ハーネス72とHDMI差動信号用ハーネス71とを有する。ハーネス用コネクタ60,70のそれぞれが有する複数の端子のうち、中心に位置する端子にUSB差動信号用ハーネス72を配線すると共に、複数の端子のうちの残りの端子に対してUSB差動信号用ハーネス72を挟んで対称となるようにHDMI差動信号用ハーネス71を配線する。
【選択図】図4

Description

本発明は、配線ユニットに関し、特に、USBやHDMI等の複数対の信号を伝送するための信号伝送路を備える電子機器に用いられる配線ユニットの配線パターンに関する。
近年、CCDやCMOS等の撮像素子を用いて被写体像を撮影し、撮影した画像データを記憶媒体に記録する、所謂、デジタルカメラ(電子カメラ)が広く普及している。一般的に、デジタルカメラには、プリンター・PC・テレビ等の外部電子機器に対する画像データや映像信号及び音声信号の転送手段として、USBやHDMIといったインタフェースコネクタが設けられている。なお、USB及びHDMIはそれぞれ、Universal Serial Bus、及び、High-Definition Multimedia Interface、の略である。
これらのコネクタには、1対の伝送路(線路)に互いに逆方向のデジタル信号を入力する、所謂、差動伝送方式が用いられている。差動伝送方式では、信号線から発生する放射ノイズや外来ノイズを差動伝送により相殺することができるため、信号を小振幅で送信することができるようになる。また、信号を小振幅とすることができるために、信号の立ち上がり時間や立ち下がり時間が短縮され、信号伝送の高速化を実現することができるという利点がある。
一方で、差動伝送方式では、信号品質を保証するために、伝送線路にインピーダンス整合を行う必要がある。このインピーダンス整合が行われていない場合、信号の高周波成分が特性インピーダンスの不整合部分で反射を起こすため、リターンロスが生じ、信号が大きく減衰してしまう。また、反射によって伝送線路内に不要な輻射が生じ、この輻射が原因となってノイズが生じることがある。
このような問題の発生を防止するために、USBコネクタ或いはHDMIコネクタで機器間を接続するケーブルや、機器内でのUSBコネクタ或いはHDMIコネクタと電気回路間の配線について、差動伝送路の特性インピーダンスが規定されている。具体的には、特性インピーダンスは、USB接続の場合には90Ω±15%、HDMI接続の場合には100Ω±15%、と規定されている。
デジタルカメラでは、このような特性を踏まえて内部配線が構築されている。USBコネクタ及びHDMIコネクタと電気回路間の配線構造の従来例について、図5を参照して具体的に説明する。
図5の配線構造では、HDMI基板104aにHDMIコネクタ100及び接続コネクタ101が実装されている。また、HDMI基板104aとは別の基板であるUSB基板104bに、USBコネクタ102及び接続コネクタ103が実装されている。更に別の基板であるメイン基板105に、MAIN−IC106、HDMI−IC107、USB−IC108、接続コネクタ109、接続コネクタ110が実装されている。なお、MAIN−IC106は、カメラ全体の制御を司る。HDMI−IC107は、HDMIコネクタ100を制御する、USB−IC108は、USBコネクタ102を制御する。
図5の配線構造では、上述した規定値を満足するように、差動伝送路100a,107a,102a,108aのそれぞれに対して、インピーダンスコントロールがなされている。なお、差動伝送路100aは、HDMIコネクタ100と接続コネクタ101との間の信号伝送を司り、差動伝送路107aは、HDMI−IC107と接続コネクタ109との間の信号伝送を司る。差動伝送路102aは、USBコネクタ102と接続コネクタ103との間の信号伝送を司り、差動伝送路108aは、USB−IC108と接続コネクタ110との間の信号伝送を司る。
また、図5の配線構造では、接続フレキシブル配線板111によりHDMI基板104aとメイン基板105を接続しており、HDMIの差動伝送路を転送するために、前述の規定値を満足するようにインピーダンスコントロールがなされている。なお、接続フレキシブル配線板111の表裏には、信号からの放射ノイズを防止するシールドとして銀シートが貼り付けられている。
接続ケーブル112は、例えば、細線同軸ケーブルであって、USB基板104bとメイン基板105を接続する。接続ケーブル112についても、USBの差動伝送信号を転送するために、前述の規定値を満足するように、インピーダンスコントロールがなされている(特許文献1参照)。
特開2006−128618号公報
しかしながら、上記従来技術では、HDMIコネクタとUSBコネクタとがそれぞれ異なる基板に実装され、メイン基板との接続をフレキと細線同軸ケーブルとで行なっているため、部品点数及び組立工数が増えてしまい、コストアップにつながってしまう。また、フレキでの接続では、差動伝送路の配線長に制約があり、電子機器内での這い回しの自由度が小さい。
そこで発明者らは、このような問題点を解決する配線構造について検討した。図6は、図5の配線構造の問題点を解決する配線構造の例を示す図である。図6の配線構造では、HDMIコネクタ100、USBコネクタ102及び接続コネクタ113がインタフェース基板115に実装されている。HDMIコネクタ100の差動伝送路100a及びUSBコネクタ102の差動伝送路102aはそれぞれ、接続コネクタ113にコネクタ端から図示の通りに順に接続される。
また、図6の配線構造では、図5の配線構造と同様に、メイン基板105に、MAIN−IC106、HDMI−IC107及びUSB−IC108が実装されている。メイン基板105には接続コネクタ114が実装されており、HDMI−IC107の差動伝送路107a及びUSB−IC108の差動伝送路108aは、接続コネクタ114にコネクタ端から図示の通りに順に接続されている。
更に図6の配線構造では、接続コネクタ113,114間を細線同軸ケーブルからなる接続ケーブル116(HDMI差動伝送用ケーブル:116a,USB差動伝送用ケーブル:116b)によって電気的に接続している。HDMI差動伝送用ケーブル116aには、100Ωにインピーダンスコントロールされた4対の細線同軸ケーブルが用いられ、USB差動伝送用ケーブル116bには、90Ωにインピーダンスコントロールされた1対の細線同軸ケーブルが用いられている。図6の配線構造とすることで、部品点数及び組立工数の削減が可能となる。
しかしながら、図6の配線構造のように、HDMI差動伝送路とUSB差動伝送路をコネクタ端から順番に割り当ててしまうと、HDMIとUSBとで差動伝送路のインピーダンスが異なるために、接続ケーブル116に方向性が生じる。そのため、組み立ての際に、基板間接続ケーブル116の方向性の確認が必要となり、作業効率が低下するおそれがある。また、正しい組み付け方向から180°反転させて組付けてしまうと、インピーダンスの不整合が起こり、これにより信号が大きく減衰してしまい、HDMI及びUSBの通信性能が確保されなくなるおそれがある。
本発明は、図5に示したような従来技術に係る配線構造が抱える問題を解決すると共に、図6に示した配線構造により生じる新たな問題をも解決するものである。すなわち、本発明は、部品点数及び組立工数を減らすことができ、また、基板間接続ケーブルの組付け方向性をなくして組立作業性を向上させると共に誤組の発生を防止することができる配線ユニットを提供することを目的とする。
本発明に係る配線ユニットは、第1の接続コネクタと、第2の接続コネクタと、前記第1の接続コネクタと前記第2の接続コネクタとを接続し、少なくとも第1の差動信号を伝送する第1の信号伝送路と第2の差動信号の伝送する第2の信号伝送路とを有する伝送ケーブルとを備える配線ユニットであって、前記第1の信号伝送路は、前記第1の接続コネクタ及び前記第2の接続コネクタのそれぞれが有する複数の端子のうちの中心に位置する端子に配線されると共に、前記第2の信号伝送路は、前記複数の端子のうちの残りの端子に対して前記第1の信号伝送路を挟んで対称となるように配線されることを特徴とする。
本発明によれば、部品点数及び組立工数を減らすことができる。また、第1の接続コネクタと第2の接続コネクタとを接続する伝送ケーブルの組付け方向性をなくして、組立作業性を向上させると共に、誤組の発生を防止することができる。
本実施形態に係る配線ユニットを有するデジタルカメラにおける概略構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る配線ユニットのデジタルカメラにおける配置例をカメラ後方斜めから見た斜視図である。 本実施形態に係る配線ユニットの構成を示す図である。 本実施形態に係る配線ユニットにおける差動伝送路の配線パターンを模式的に示す図である。 USBコネクタ及びHDMIコネクタと電気回路間の配線構造の従来例を示す図である。 図5の配線構造の問題点を解決する配線構造の例を示す図である。
以下に、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る配線ユニットが適用される電子機器として、所謂、デジタルカメラ(電子カメラ)を取り上げることとする。
<デジタルカメラの概略構造>
図1は、本実施形態に係る配線ユニットを有するデジタルカメラにおける概略構成を示すブロック図であり、主に電気信号系及び制御系の要部を示している。デジタルカメラは、撮像素子10、撮像素子駆動/制御回路11、A/D変換回路12、画像信号処理回路13及びバッファメモリ14を備えている。
撮像素子10は、光学像を電気信号に変換するCCDやCMOS等の光電変換素子である。撮像素子駆動/制御回路11は、撮像素子10の駆動、制御を行う。A/D変換回路12は、撮像素子10から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。画像信号処理回路13は、A/D変換回路12から出力されたデジタル信号を処理して画像データを生成し、生成した画像データのバッファメモリ14への保存や後述するUSB制御回路30、HDMI制御回路40及び外部記憶媒体制御回路15への送信を行う。バッファメモリ14は、画像信号処理回路13が生成した画像データの一時的保存等に用いられる。
また、デジタルカメラは、外部記憶媒体制御回路15、USB制御回路30、USBコネクタ31、HDMI制御回路40及びHDMIコネクタ41を備えており、外部記憶媒体16がデジタルカメラ本体に対して着脱自在な構造となっている。外部記憶媒体制御回路15は、画像信号処理回路13が生成した画像データの外部記憶媒体16への送信や外部記憶媒体16内の画像データのデジタルカメラの内部へ取り込み等、外部記憶媒体16に対する画像データの受け渡しを制御する。外部記憶媒体16としては、例えば、半導体メモリや磁気ディスク等が挙げられる。
USB制御回路30(第1の電子部品)は、パーソナルコンピュータ(PC)等の外部機器(不図示)とのデータ通信を制御するUSB制御ICを有する。USB制御回路30は、例えば、USBコネクタ31を介して画像信号処理回路13で生成された画像データを外部機器へ送信し、外部機器からデータをデジタルカメラの内部へ取り込む。HDMI制御回路40(第2の電子部品)は、HDMI制御ICを有し、HDMIコネクタ41を介して画像信号処理回路13で生成された画像データ及び音声データをテレビ等の外部機器(不図示)へ送信するデータ通信を制御する。
デジタルカメラは、液晶表示装置17、SW(スイッチ)類18、カメラアクチュエータ類19、センサ類20、カメラ回路制御マイコン21及びデジタル回路制御マイコン50を備える。液晶表示装置17は、撮影中の画像や撮影された画像、撮影モードやレンズの絞り値、シャッタスピード値、ISO感度等の各種情報を表示する。SW類18には、例えば、カメラ機能選択SWやメインSW、レリーズSW、撮影モード切替えSW等が含まれる。センサ類20としては、測光センサやAFセンサ等が挙げられる。カメラアクチュエータ類19は、例えば、撮像素子10の電荷チャージを制御するためのシャッタやミラー等の駆動を行うアクチュエータを含む。
カメラ回路制御マイコン21は、センサ類20の駆動、SW類18の状態の検知、液晶表示装置17の表示制御、カメラアクチュエータ類19の駆動制御及びこれら各種の処理や制御に関わる演算処理を統括的に行う。デジタル回路制御マイコン50は、CPUバスを介して画像信号処理回路13、USB制御回路30、HDMI制御回路40及び外部記憶媒体制御回路15との通信やデータの受け渡しを行うと共に、これらの制御回路を統括的に制御している。カメラ回路制御マイコン21とデジタル回路制御マイコン50とは、相互通信により、協調してデジタルカメラの全体制御を行う。
<デジタルカメラにおける配線ユニットの配置例>
図2は、本実施形態に係る配線ユニットのデジタルカメラにおける配置例をカメラ後方斜めから見た斜視図である。デジタルカメラの動作、制御を司る主要な回路は、第1の基板であるメイン基板1に実装されている。すなわち、メイン基板1には、デジタル回路制御マイコン50を始め、図2には不図示であるが、画像信号処理回路13やUSB制御回路30、HDMI制御回路40、外部記憶媒体制御回路15、カメラ回路制御マイコン21等が実装されている。
外部機器との通信を行なうための第1のコネクタであるUSBコネクタ31及び第2のコネクタであるHDMIコネクタ41は、第2の基板であるインタフェース基板3に実装されている。メイン基板1とインタフェース基板3とは、伝送ケーブルであるインタフェースハーネス2によって電気的に接続されている。インタフェースハーネス2は、後に詳細に説明する通り、HDMI及びUSBの差動伝送の信号品質を保証するために、インピーダンスコントロールされた細線同軸ケーブルで構成されている。
<配線ユニットにおける各種コンポーネントの配置及び配線>
図3は、本実施形態に係る配線ユニットの構成を示す図であり、配線ユニットにおける各種コンポーネントの配置状態を示している。具体的には、メイン基板1、インタフェースハーネス2及びインタフェース基板3の配線形態を、図3(a)では正面図で、図3(b)では背面図で、図3(c)では背面斜視図で、それぞれ示している。
メイン基板1の正面側には、HDMI制御回路40、USB制御回路30及び偶数極からなる第1の接続コネクタとしてのハーネス用コネクタ60が実装されている。一方、メイン基板1の背面側には、HDMI制御回路40とUSB制御回路30とを統括的に制御するデジタル回路制御マイコン50が実装されている。
インタフェース基板3の背面側には、HDMIコネクタ41、USBコネクタ31及び偶数極からなる第2の接続コネクタとしてのハーネス用コネクタ70が実装されている。インタフェースハーネス2は、メイン基板1に実装されたハーネス用コネクタ60とインタフェース基板3に実装されたハーネス用コネクタ70に接続されており、メイン基板1とインタフェース基板3とを電気的に接続している。HDMIコネクタ41には、第1のケーブルとしてのHDMIケーブル5を、USBコネクタ31には、第2のケーブルとしてのUSBケーブル6を、それぞれ接続することができる。
<インタフェースハーネスにおける差動伝送路の構成>
図4は、本実施形態に係る配線ユニットにおける差動伝送路の配線パターンを模式的に示す図である。既に説明した通り、メイン基板1には、HDMI制御回路40、USB制御回路30、デジタル回路制御マイコン50及びハーネス用コネクタ60が実装されている。デジタル回路制御マイコン50とHDMI制御回路40との間及びデジタル回路制御マイコン50とUSB制御回路30との間はそれぞれ、メイン基板1上に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。
USB制御回路30からの差動信号は、90Ωでインピーダンスコントロールされた第1の伝送回路であるUSB用伝送回路33を通じて、ハーネス用コネクタ60に伝送される。一方、HDMI制御回路40からの差動信号は、100Ωでインピーダンスコントロールされた第2の伝送回路であるHDMI用伝送回路43を通じて、ハーネス用コネクタ60に伝送される。
USB制御信号は、第1の差動信号である“D+”,“D−”の1対の差動信号、電源信号である“V_BUS”及び“GND”の4信号を基本とした通信規格である。ハーネス用コネクタ60は複数の端子を備えており、1対の差動信号(“D+”,“D−”)を伝送するUSB用伝送回路33は、図4に示されるように、その中心の端子の2極に接続される。例えば、ハーネス用コネクタ60が24極のコネクタの場合、USB用伝送回路33は12極と13極の端子に接続される。
一方、HDMI制御信号は、RGBの色毎にある第2の差動信号である“映像+”,“映像−”の1対の差動信号(合計で3対の差動信号)、“クロック+”,“クロック−”の1対の差動信号、電源及びGND等を含む19信号で構成されている。これら4対の差動信号を伝送するHDMI用伝送回路43は、図4に示されるように、ハーネス用コネクタ60に対して、USB用伝送回路33が接続される極を挟んで対称となるように接続される。例えば、ハーネス用コネクタ60が24極のコネクタであれば、HDMI用伝送回路43は、8極〜11極と14極〜17極の端子に接続される。
インタフェース基板3には、既に説明した通り、HDMIコネクタ41、USBコネクタ31及びハーネス用コネクタ70が実装されている。USBコネクタ31からの差動信号は、90Ωでインピーダンスコントロールされた第3の伝送回路であるUSB用伝送回路32を通じて、ハーネス用コネクタ70に伝送される。HDMIコネクタ41からの差動信号は、100Ωでインピーダンスコントロールされた第4の伝送回路であるHDMI用伝送回路42を通じて、ハーネス用コネクタ70に伝送される。
ハーネス用コネクタ70は複数の端子を備えており、メイン基板1における配線形態と同様に、インタフェース基板3でも、1対の差動信号を伝送するUSB用伝送回路32は、ハーネス用コネクタ70の中心の端子の2極に接続される。例えば、ハーネス用コネクタ70が24極のコネクタの場合、USB用伝送回路32は12極と13極の端子に接続される。
また、4対の差動信号を伝送するHDMI用伝送回路42は、ハーネス用コネクタ70に対して、USB用伝送回路32が接続される極を挟んで対称となるように接続される。例えば、ハーネス用コネクタ70が24極のコネクタであれば、HDMI用伝送回路42は、8極〜11極と14極〜17極の端子に接続される。
インタフェースハーネス2は、第1の信号伝送路である1対のUSB差動信号用ハーネス72と、第2の信号伝送路である4対のHDMI差動信号用ハーネス71によって構成されている。USB差動信号用ハーネス72は90Ωにインピーダンスコントロールされており、HDMI差動信号用ハーネス71は100Ωにインピーダンスコントロールされている。HDMI差動信号用ハーネス71とUSB差動信号用ハーネス72は、ハーネス用コネクタ60,70に接続されたHDMI用伝送回路43,42及びUSB用伝送回路33,32に対応した並びとなっている。
なお、USB制御信号及びHDMI制御信号のうち差動信号以外の信号を伝送する伝送回路は、インピーダンスコントロールの必要がないため、メイン基板1上及びインタフェース基板3上でHDMI用伝送回路43,42の外側に形成すればよい。このとき、伝送回路は、ハーネス用コネクタ60,70に対して接続位置が対称となるように形成すればよい。これに対応するように、インタフェースハーネス2において差動信号以外の信号を伝送するハーネスは、HDMI差動信号用ハーネス71の外側に対称となるように配列すればよい。
以上の説明の通り、本実施形態に係る配線ユニットは、従来よりも少ない部品点数で構成することができる。また、細線同軸ケーブルからなるインタフェースハーネスを用いることによって、電子機器内での這い回しの自由度が大きくなる。
更に、本実施形態に係る配線ユニットは、メイン基板とインターフェース基板とを接続するハーネスのインピーダンスが2種類混在する場合でもハーネスが対称形となり、組付け方向性をなくすことができる。これにより、配線ユニットを有する電子機器の組立作業性を向上させることができ、また、誤組み立てを防止することができる。
<他の実施形態>
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
例えば、上記実施形態では、差動信号として、USB制御信号及びHDMI制御信号を取り上げたが、これに限られず、IEEE1394制御信号及びシリアルATA制御信号を伝送する場合にも、本発明に係る配線ユニットの構成を適用することができる。
1 メイン基板
2 インタフェースハーネス
3 インタフェース基板
31 USBコネクタ
30,32 USB用伝送回路
41 HDMIコネクタ
43,42 HDMI用伝送回路
60 ハーネスコネクタ(メイン基板上)
70 ハーネスコネクタ(インタフェース基板上)

Claims (7)

  1. 第1の接続コネクタと、第2の接続コネクタと、前記第1の接続コネクタと前記第2の接続コネクタとを接続し、少なくとも第1の差動信号を伝送する第1の信号伝送路と第2の差動信号の伝送する第2の信号伝送路とを有する伝送ケーブルとを備える配線ユニットであって、
    前記第1の信号伝送路は、前記第1の接続コネクタ及び前記第2の接続コネクタのそれぞれが有する複数の端子のうちの中心に位置する端子に配線されると共に、前記第2の信号伝送路は、前記複数の端子のうちの残りの端子に対して前記第1の信号伝送路を挟んで対称となるように配線されることを特徴とする配線ユニット。
  2. 前記第1の接続コネクタを実装する第1の基板と、
    前記第1の基板に実装され、前記第1の基板に形成された第1の伝送回路を通して前記第1の接続コネクタとの間で前記第1の差動信号の伝送を行う第1の電子部品と、
    前記第1の基板に実装され、前記第1の基板に形成された第2の伝送回路を通して前記第1の接続コネクタとの間で前記第2の差動信号の伝送を行う第2の電子部品と、を更に備え、
    前記第1の接続コネクタに対する前記第1の伝送回路及び前記第2の伝送回路の配線パターンが、前記第1の接続コネクタに対する前記第1の信号伝送路及び前記第2の信号伝送路の配線パターンと同じであることを特徴とする請求項1記載の配線ユニット。
  3. 前記第2の接続コネクタを実装する第2の基板と、
    前記第2の基板に実装され、前記第2の基板に形成された第3の伝送回路を通して前記第2の接続コネクタとの間で前記第1の差動信号の伝送を行う第1のコネクタと、
    前記第2の基板に実装され、前記第2の基板に形成された第4の伝送回路を通して前記第2の接続コネクタとの間で前記第2の差動信号の伝送を行う第2のコネクタと、を更に備え、
    前記第2の接続コネクタに対する前記第3の伝送回路及び前記第4の伝送回路の配線パターンが、前記第2の接続コネクタに対する前記第1の信号伝送路及び前記第2の信号伝送路の配線パターンと同じであることを特徴とする請求項1又は2記載の配線ユニット。
  4. 前記第1のコネクタは、前記第1の差動信号を伝送する第1のケーブルを接続するものであり、前記第2のコネクタは、前記第2の差動信号を伝送する第2のケーブルを接続するものであることを特徴とする請求項3記載の配線ユニット。
  5. 前記第1の接続コネクタ及び前記第2の接続コネクタのそれぞれが有する前記複数の端子は偶数極の端子であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の配線ユニット。
  6. 前記第1の信号伝送路及び前記第2の信号伝送路はそれぞれ、前記第1の差動信号及び前記第2の差動信号の信号品質が保証されるようにインピーダンスコントロールされた細線同軸ケーブルであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の配線ユニット。
  7. 前記第1の差動信号及び前記第2の差動信号はそれぞれ、USB制御信号及びHDMI制御信号を構成する差動信号であり、又は、IEEE1394制御信号及びシリアルATA制御信号を構成する差動信号であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の配線ユニット。
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