JP2016119500A - Controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置に関し、特に、基板のグランドパターンを複数に分割した制御装置に関する。 The present invention relates to a control device, and more particularly to a control device in which a ground pattern of a substrate is divided into a plurality of parts.
自動車の制御装置である電子制御ユニット(ECU)には、センサからの微細な信号などを扱う小電流系の回路と、燃料噴射系の駆動信号などを扱う大電流系の回路とが存在する。大電流系の回路からのノイズは小電流系の回路からのノイズより大きいので、基板のプリントパターンのグランド部分を、大電流系グランドと小電流系グランドに分けることがある。
従来、センサからの入力信号は小電流系グランドへ接続し、駆動信号は大電流系グランドへ接続する制御装置が知られている(特許文献1参照)。
An electronic control unit (ECU), which is an automobile control device, includes a small current circuit that handles minute signals from sensors, and a large current circuit that handles drive signals for a fuel injection system. Since the noise from the large current system circuit is larger than the noise from the small current system circuit, the ground portion of the printed pattern on the board may be divided into a large current system ground and a small current system ground.
Conventionally, a control device is known in which an input signal from a sensor is connected to a small current system ground and a drive signal is connected to a large current system ground (see Patent Document 1).
しかしながら、大電流系グランドにノイズが入った場合、そのノイズが制御装置内の処理回路における信号検出に影響を与えることがあった。
大電流系グランドに加わるノイズが、処理回路に与える影響を、さらに小さくする制御装置が望まれる。
However, when noise enters the large current system ground, the noise may affect signal detection in the processing circuit in the control device.
A control device that further reduces the influence of noise applied to the high-current system ground on the processing circuit is desired.
本発明の制御装置は、センサからの入力信号を処理して制御対象を制御する。
制御装置は、入力信号を処理する処理回路からの電流が流れる第1グランドと、制御対象を駆動し、処理回路より大きい電流が流れる駆動回路からの電流が流れる第2グランドと、を備え、処理回路に入力される入力信号のバッファ回路のグランド端子を、第2グランドに接続するよう構成されている。
The control device of the present invention processes an input signal from a sensor to control a control target.
The control device includes: a first ground through which a current from a processing circuit that processes an input signal flows; and a second ground through which a current from a driving circuit that drives a controlled object and a current larger than the processing circuit flows. The ground terminal of the buffer circuit for the input signal input to the circuit is connected to the second ground.
本発明の一の態様によると、入力信号はパルス状の信号であり、バッファ回路はスイッチングデバイスであるよう構成されている。 According to one aspect of the invention, the input signal is a pulsed signal and the buffer circuit is configured as a switching device.
本発明の他の態様によると、処理回路は、駆動回路より低い電圧が供給されるマイクロコンピュータであるよう構成されている。
本発明の他の態様によると、制御装置は、車両に搭載されて車両の動作を制御するよう構成されている。
According to another aspect of the invention, the processing circuit is configured to be a microcomputer that is supplied with a lower voltage than the drive circuit.
According to another aspect of the present invention, the control device is mounted on a vehicle and configured to control the operation of the vehicle.
本発明によれば、入力信号が処理回路で正しく検出するためのノイズマージンが増大し、ノイズタフネスを向上させることができる。 According to the present invention, the noise margin for correctly detecting the input signal by the processing circuit is increased, and the noise toughness can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、本実施例では車両に搭載され当該車両の動作を制御する制御装置を例に説明するが、車両用に限定する趣旨ではなく、車両以外の他の機械、機器等の制御にも適用できる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In this embodiment, a control device that is mounted on a vehicle and controls the operation of the vehicle will be described as an example. However, the present invention is not limited to the vehicle, and can be applied to control of other machines and devices other than the vehicle. .
図1は、本発明の実施形態に係る制御装置の外観を示す図である。
図2は、本発明の実施形態に係る制御装置と外部装置との概略図である。
図2で制御装置は、図1において矢印D1で示す方向から見た図で示す。
制御装置10は、車両に搭載され、車両のエンジンなど各種動作の制御を行う電子制御ユニット(ECU、Electronic Control Unit)である。制御装置10は、電源装置からの電力供給を受けて、物理量を検出するセンサからの電気信号を処置すると共に、制御対象を駆動する電気信号を出力する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an appearance of a control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a control device and an external device according to the embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the control device is shown as viewed from the direction indicated by the arrow D1 in FIG.
The
制御装置10は、1つの筺体20内に、制御回路を構成する電子部品が搭載された印刷回路基板である、基板30を収納する。基板30は筺体20に覆われ、基板30に装着されたコネクタ40のみが筺体20の外部から視認可能である。この構成により、基板30に装着された制御回路が保護される。
The
筺体20は、導電性の部材で構成され、図示しない取付部で車体に直接接続されることにより、フレームグランドとして機能する車体グランドとグランド電位を導通する。筺体20はたとえばアルミニウムなど金属部材で構成する。なお、導電性の部材であれば、金属部材ではなく、樹脂性の材料であってもよい。また筺体20は制御装置10をノイズからシールドするためのケースグランドとしても機能する。
制御装置10は、コネクタ40を介して、ケーブルの束であるハーネス50、52、54により、各種センサ60、制御対象70、電源装置80などの筺体20外の外部デバイスまたは外部装置と、信号や電力を入力または出力をする。
The
The
センサ60は、制御対象70を制御するための操作量を検出するセンサであって、たとえば、速度センサ、加速度センサ、エンジンの回転センサ等である。各センサ60の位置はそれぞれ異なるので、各センサ60からの信号は、それぞれ専用のケーブルでコネクタ40に入力される。
制御対象70は、たとえば、車両の走行等に影響を与える昇圧装置、エンジンスロットル、燃料供給配管に設けられた電磁弁等を動作させる各種のアクチュエータである。
電源装置80は、制御装置10内の電子制御回路に必要な電力を供給する。電源装置80は、たとえばバッテリである。
The
The
The
図3は、本発明の実施形態に係る制御装置の電源経路を示す図である。
電源装置80からコネクタ40を介して基板30へ、電源電圧VSと電源グランドGNDが接続される。
基板30へ供給された電源電圧VSは、制御対象70を駆動する制御対象駆動回路100に供給される。電源電圧VSは、たとえば10V以上の電圧である。制御対象駆動回路100は、たとえば燃料供給装置や自動変速機のための駆動回路である。これらの制御対象駆動回路100は制御対象70へ大きな電力を与えるために数アンペア規模の電流を流す。制御対象駆動回路100のグランド端子は電力用グランド(Power Ground)PGに接続され、電力用グランドPGには大電流が流れる。電力用グランドPGは、制御対象駆動回路100のグランド電位を伝達する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a power supply path of the control device according to the embodiment of the present invention.
A power supply voltage VS and a power supply ground GND are connected from the
The power supply voltage VS supplied to the
また電源電圧VSは、低電圧生成回路110に供給される。低電圧生成回路110は電源電圧VSより低い電圧VCを生成する、電圧レギュレータである。低電圧生成回路110が生成する電圧VCは、処理回路120へ供給され、処理回路120の供給電圧となる。電圧VCはたとえば5Vである。
The power supply voltage VS is supplied to the low
処理回路120は、センサからの入力信号を入力し処理する回路である。処理回路120は、たとえばADコンバータ、フィルタ回路、マイクロコンピュータなどである。
低電圧生成回路110と処理回路120のグランド端子は、信号用グランド(Signal Ground)SGに接続される。信号用グランドSGは、低電圧生成回路110と処理回路120のグランド電位を伝達する。信号用グランドSGには処理回路120を流れる電流が流れ、その電流の大きさは電力用グランドPGに流れる電流より小さい。すなわち、所定の電流値を基準とすると、信号用グランドSGには所定の電流値未満の小さい電流が流れ、電力用グランドPGには所定の電流値以上の大きい電流が流れる。
信号用グランドSGは、電力用グランドPGと接続される。信号用グランドSGと、電力用グランドPGとは、基板30上で、グランドパターンを形成する。
The
The ground terminals of the low
The signal ground SG is connected to the power ground PG. The signal ground SG and the power ground PG form a ground pattern on the
図4は、本発明の実施形態に係る制御装置の回路図である。
制御装置は信号用グランドSGと、電力用グランドPGと、を備える。信号用グランドSGは第1グランドに相当する。電力用グランドPGは第2グランドに相当する。
信号用グランドSGと、電力用グランドPGとは、基板30上で接続されているが、信号用グランドSGには配線インピーダンスである抵抗R1が存在する。そのため、図4では等価的に信号用グランドSGと電力用グランドPGとの間に抵抗R1が存在することを示す。
同様に、電力用グランドPGと電源グランドGNDとは、コネクタ40の端子を介して接続されているが、電力用グランドPGには配線インピーダンスである抵抗R2が存在する。そのため、図4では等価的に電力用グランドPGと電源グランドGNDとの間に抵抗R2が存在することを示す。
FIG. 4 is a circuit diagram of the control device according to the embodiment of the present invention.
The control device includes a signal ground SG and a power ground PG. The signal ground SG corresponds to the first ground. The power ground PG corresponds to the second ground.
The signal ground SG and the power ground PG are connected on the
Similarly, the power ground PG and the power supply ground GND are connected via the terminals of the
信号用グランドSGには、低電圧生成回路110のグランド端子と、処理回路120であるマイクロコンピュータ200のグランド端子とが接続される。マイクロコンピュータ200は、電圧VCが供給されるように、低電圧生成回路110と接続される。
マイクロコンピュータ200には、制御装置外のセンサ60からの入力信号SIがトランジスタTRを介して入力される。入力信号SIはパルス状の信号であり、たとえば内燃機関であるエンジンのクランクシャフトの位置を検出するクランクセンサからの信号である。入力信号SIはセンサ60から専用のケーブルで入力される。
The signal ground SG is connected to the ground terminal of the low
An input signal SI from the
トランジスタTRはバッファとして機能するスイッチングデバイスである。トランジスタTRのコレクタは、抵抗R3の一端に接続される。抵抗R3の他端は、電圧VCに接続される。この構成により、トランジスタTRは、センサ60から制御装置に入力されるパルス信号の信号レベルを、マイクロコンピュータ200の入力電圧範囲に変換する。
The transistor TR is a switching device that functions as a buffer. The collector of the transistor TR is connected to one end of the resistor R3. The other end of the resistor R3 is connected to the voltage VC. With this configuration, the transistor TR converts the signal level of the pulse signal input from the
電力用グランドPGには、制御対象駆動回路100のグランド端子が接続される。電力用グランドPGには制御対象を駆動する大電流が流れる。そのため、電力用グランドPGに加わるノイズは大きい。
A ground terminal of the control
本実施形態では、トランジスタTRのグランド接続端子として機能するエミッタは、信号用グランドSGではなく電力用グランドPGに接続する。この接続の効果を、トランジスタTRのエミッタを信号用グランドSGと接続する比較例と比較して説明する。 In the present embodiment, the emitter functioning as the ground connection terminal of the transistor TR is connected to the power ground PG instead of the signal ground SG. The effect of this connection will be described in comparison with a comparative example in which the emitter of the transistor TR is connected to the signal ground SG.
図5は、比較例の信号波形を示す図である。
図5で矢印tの方向に時間が進行するものとする。
従来の接続では、トランジスタTRの出力信号はハイレベルが5V、ローレベルが信号用グランドSGとなる。
タイミングT1からタイミングT2まで電力用グランドPGに大きさレベルNLのノイズが入った場合、マイクロコンピュータ200の電源電圧VCである5Vと、信号用グランドSGの電圧値とは、R1によるインピーダンスのために同時に上がる。トランジスタTRの出力は信号用グランドSGを基準に上がるので、ハイレベルもローレベルも上がる。
FIG. 5 is a diagram illustrating signal waveforms of the comparative example.
It is assumed that time advances in the direction of arrow t in FIG.
In the conventional connection, the high level of the output signal of the transistor TR is 5V, and the low level is the signal ground SG.
When noise of a magnitude level NL enters the power ground PG from the timing T1 to the timing T2, the power supply voltage VC of the
図6は、本発明の実施形態に係る制御装置の信号波形を示す図である。
図5と同様に、タイミングT1からタイミングT2まで、電力用グランドPGに、レベルNLのノイズが加わった場合を示す。
マイクロコンピュータ200による読み取り電圧範囲RVは、5Vから信号用グランドSGまでである。一方、トランジスタTRのグランド接続端子は電力用グランドPGに接続されているので、トランジスタTRの出力信号は、電力用グランドPGを基準に信号レベルが決定される。
タイミングT1までは、5Vは低電圧回路110が生成するために変化せず、ローレベルは電力用グランドPGと同じレベルとなる。
FIG. 6 is a diagram illustrating signal waveforms of the control device according to the embodiment of the present invention.
Similar to FIG. 5, the case where noise of level NL is added to the power ground PG from timing T1 to timing T2 is shown.
The read voltage range RV by the
Until the timing T1, 5V does not change because it is generated by the
タイミングT1からタイミングT2まで電力用グランドPGに大きさレベルNLのノイズが入った場合、トランジスタTRの出力信号のローレベルはノイズのために上がる。しかし、信号グランドSGから見たノイズレベルはレベルLV1と認識される。一方、比較例では信号グランドSGから見たノイズレベルがレベルLV2であるのに対して、本実施形態ではレベルLV2より小さいレベルLV1と認識される。これにより、ノイズタフネスが向上する。 When noise of a magnitude level NL enters the power ground PG from timing T1 to timing T2, the low level of the output signal of the transistor TR rises due to noise. However, the noise level viewed from the signal ground SG is recognized as the level LV1. On the other hand, in the comparative example, the noise level viewed from the signal ground SG is the level LV2, whereas in the present embodiment, it is recognized as the level LV1 smaller than the level LV2. Thereby, noise toughness is improved.
なお、マイクロコンピュータ200による入力信号の検出電圧範囲は、一般にハイレベルが電圧VCの70%以上、ローレベルが電圧VCの30%以下であれば、ハイレベルとローレベルの検出に問題がない。すなわち、ノイズでトランジスタTRの出力のローレベルが上下しても、マイクロコンピュータ200で許容される検出範囲以下であれば誤検出しない。
The detection voltage range of the input signal by the
また、トランジスタTRの代わりに、FET(Field Effect Transistor)やIC(Integrated Circuit)など他のスイッチングデバイスを入力信号SIのバッファに使用してもよい。 Further, instead of the transistor TR, another switching device such as an FET (Field Effect Transistor) or an IC (Integrated Circuit) may be used as a buffer for the input signal SI.
以上説明したように、本実施形態に係る制御装置では、センサ60からの入力信号SIを処理して制御対象70を制御する。制御装置は、入力信号SIを処理するマイクロコンピュータ200からの電流が流れる信号用グランドSGと、制御対象を駆動し、マイクロコンピュータ200より大きい電流が流れる制御対象駆動回路100からの電流が流れる電力用グランドPGと、を備え、マイクロコンピュータ200に入力される入力信号のバッファ回路のグランド端子を、電力用グランドPGに接続するよう構成されている。
As described above, in the control device according to the present embodiment, the
本実施形態によれば、入力信号が処理回路で正しく検出するためのノイズマージンが増大し、ノイズタフネスを向上させることができる。すなわち、駆動回路により電流に加わるノイズが処理回路に与える影響を、さらに小さくことができる。
特に、車両の動作を制御する制御装置の場合は、小電流系回路と大電流系回路が混在し、大電流系回路を流れるノイズも大きいので効果が大きい。
According to this embodiment, the noise margin for correctly detecting the input signal by the processing circuit is increased, and the noise toughness can be improved. That is, the influence of noise applied to the current by the drive circuit on the processing circuit can be further reduced.
Particularly, in the case of a control device that controls the operation of a vehicle, a small current system circuit and a large current system circuit are mixed, and noise flowing through the large current system circuit is large, so that the effect is great.
なお本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present technology.
10・・・制御装置、20・・・筺体、30・・・基板、40・・・コネクタ、50、52、54・・・ハーネス、60・・・センサ、70・・・制御対象、80・・・電源装置、100・・・制御対象駆動回路、110・・・低電圧生成回路、120・・・処理回路、200・・・マイクロコンピュータ、SG・・・信号用グランド、PG・・・電力用グランド、GND・・・電源グランド、R1、R2、R3・・・抵抗、TR・・・トランジスタ、VS・・・電源電圧、VC・・・電圧、RV・・・電圧範囲、NL、LV1、LV2・・・レベル。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記入力信号を処理する処理回路からの電流が流れる第1グランドと、
前記制御対象を駆動し、前記処理回路より大きい電流が流れる駆動回路からの電流が流れる第2グランドと、を備え、
前記処理回路に入力される前記入力信号のバッファ回路のグランド端子を、前記第2グランドに接続するよう構成されている、
制御装置。 A control device that controls an object to be controlled by processing an input signal from a sensor,
A first ground through which a current from a processing circuit that processes the input signal flows;
A second ground for driving the control object and for flowing a current from a drive circuit through which a current larger than the processing circuit flows.
The ground terminal of the buffer circuit for the input signal input to the processing circuit is configured to be connected to the second ground.
Control device.
前記バッファ回路はスイッチングデバイスである、
請求項1に記載の制御装置。 The input signal is a pulse signal,
The buffer circuit is a switching device;
The control device according to claim 1.
請求項1または2に記載の制御装置。 The processing circuit is a microcomputer to which a voltage lower than that of the driving circuit is supplied.
The control device according to claim 1 or 2.
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の制御装置。 The control device is mounted on a vehicle and controls the operation of the vehicle.
The control device according to any one of claims 1 to 3.
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