JP3752963B2 - Gpsセンサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は衛星からの電波を受信して現在位置を測定するGPSセンサに関し、詳しくは装置の小型化を可能とする一体化構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
GPSはGlobal Position Satellite又はGlobal Positioning Systemの略であり、複数の衛星から受信した電波信号に基づいて地球上の位置を測定するシステムを意味する。このようなGPSは、車載用又は携帯用端末として近年急速に普及しつつあり、その小型化と低廉化が要求されている。
【0003】
図17に、従来のGPSセンサの構成を示す。このGPSセンサ40は、電波を受信するGPSアンテナ41、受信機本体42、インターフェイスケーブル43、バックアップ用電池44等を備えている。
【0004】
GPSアンテナ41にはプリアンプ回路が内蔵され、このプリアンプ回路はGPSアンテナで得られた高周波信号を増幅する。また、GPSアンテナ41は金属製のグランドプレーン45上に固定されている。グランドプレーン45は衛星からの電波を効率的に受信する働きを有し、表面積が大きいほどその効果が大きい。
【0005】
GPSアンテナ41のプリアンプ回路で増幅された高周波信号はアンテナケーブル46を経て受信機本体42に入力される。受信機本体42は高周波信号を処理するアナログ回路と、アナログ回路のA/Dコンバータから出力されるディジタル信号を処理するディジタル回路とを含み、これらがシールドケースに覆われている。シールドケースは、特にディジタル回路で発生する高周波ディジタルノイズが空中に放射されてGPSアンテナ41等に悪影響を及ぼすのを防ぐ働きを有する。
【0006】
受信機本体42のディジタル回路から最終的に出力される信号は、インターフェイスケーブル43を通して外部機器に出力される。インターフェイスケーブル43は、外部機器から受信機本体42へ制御信号を与えるためのラインと電源供給ラインとを含んでいる。また、受信機本体42のディジタル回路のメモリバックアップ用電池44が、インターフェイスケーブル43とは別に受信機本体42に接続されている。
【0007】
図18は、上記のような従来のGPSセンサのグランド(アース)接続を示すブロック図である。図18にも示すように、受信機本体42のアナログ回路とディジタル回路とがシールドケースで覆われている。一方、GPSアンテナ41のグランドプレーン45とプリアンプ回路のグランドとが共通接続されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなGPSアンテナ、受信機本体及びバックアップ用電池を主な構成要素とするGPSセンサの一体化、小型化を図るに際し、以下のような問題があった。
【0009】
すなわち、GPSアンテナと受信機本体が近づくと、受信機本体のディジタル回路から発生する高周波ディジタルノイズがアナログ回路やGPSアンテナに回り込み、S/N比が悪くなる。これを回避して十分なS/N比を確保するには、例えば、GPSアンテナのグランドプレーン、アナログ回路用プリント基板、ディジタル回路用プリント基板、アナログ回路用シールドケース、及びディジタル回路用シールドケースを個別に設ける必要があり、コスト上昇を避けることが困難であった。また、前述のように、GPSアンテナのグランドプレーンは大きいほど利得等の特性が向上するが、逆にGPSセンサの全体構造が大きくなり、小型化の要請に反することになる。
【0010】
本発明は上記のような従来の問題を解決し、小型化及び低廉化に適した構造を有するGPSセンサを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明によるGPSセンサは、位置検出用の電波を受信するGPSアンテナと、該GPSアンテナから得られた高周波信号を増幅するプリアンプ回路と、該プリアンプ回路から得られた信号を処理するアナログ回路と、該アナログ回路から得られたディジタル信号を処理するディジタル回路と、該ディジタル回路から得られた信号の出力等に用いられるインターフェイスコネクタとを備えたGPSセンサであって、少なくとも前記ディジタル回路を外部から電磁遮蔽するシールドケースが設けられ、前記GPSアンテナのグランドと、前記プリアンプ回路のグランドと、前記アナログ回路のグランドとが前記シールドケースに接続され、前記インターフェイスコネクタがシールド付きで該インターフェイスコネクタのシールドとディジタル回路のバックアップ用電池の一端子とがシールドケースにさらに接続され、ディジタル回路のバックアップ用電池がシールドケース上に配置されてバックアップ用電池の一端子がシールドケースに直接接続されたものであり、前記シールドケースは、アナログ回路とディジタル回路とが共に形成された共通基板の表側を覆う第1シールドケースと裏側を覆う第2シールドケースとを含み、前記第1及び第2シールドケースの少なくとも一方は前記ディジタル回路が形成された部分と前記アナログ回路が形成された部分の両方を覆い、該シールドケースのアナログ回路を覆う部分に前記GPSアンテナが配置されているとともにシールドケースがGPSアンテナのグランドプレーンを兼ねていることを特徴とする。
【0012】
上記のような構造によれば、ディジタル回路から発生する高周波ディジタルノイズが効果的に吸収され、GPSアンテナに回り込みにくくなり、S/N比の劣化を抑制することができる上に、装置の小型化、低廉化を図ることができる。
【0013】
また、シールドケースが前記GPSアンテナのグランドプレーンを兼ねているために、グランドプレーンを別途設けることなく、広いグランドプレーン面積を確保することができ、装置の小型化に寄与し得る。
【0014】
シールドケースの端部がインターフェイスコネクタのシールドに面接触するように接続されていることが好ましい、これにより、ディジタル回路等を覆うシールドケースとインターフェイスコネクタのシールドとの接続を容易かつ確実なものとすることができる。
【0015】
GPSアンテナの被取り付け部にはGPSアンテナの位置決め部材を設けておくことが好ましい。これにより、GPSアンテナの取り付け位置のずれで耐ノイズ性の低下が生じることを防ぐことができる。
【0016】
上記位置決め部材はGPSアンテナの固定部材を兼ねていると、GPSアンテナの取り付け固定が容易となる。
【0017】
GPSアンテナと回路とを接続するアンテナケーブルを備えたものではこのアンテナケーブルの位置決め部材を備えていると、アンテナケーブルの引き回し位置によって耐ノイズ性能が変化してしまうことを抑えることができる。
【0018】
シールドケースはGPS信号波長の1/4以下の間隔の複数箇所で回路が実装された基板に接続しておくのが好ましい。これにより、基板とシールドケースとの間の隙間からのノイズの漏れを抑制することができる。
【0019】
インターフェイスコネクタがUSBである場合、USBコントローラはディジタル回路と共にシールドケース内に配しておくことで、USBコントローラからのノイズを抑制することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明すると、図2及び図3は本発明の実施形態の一例に係るGPSセンサの斜視図及び分解図であり、本実施形態のGPSセンサ10は、電波を受信するGPSアンテナ11、プリント基板12、上シールドケース13、下シールドケース14、バックアップ用電池15、インターフェイスコネクタ16、及びインターフェイスケーブル17を備えている。
【0021】
GPSアンテナ11で得られた高周波信号は給電ピン11aを経てプリント基板12のアナログ回路12aに入力される。この実施形態では、アナログ回路12aにプリアンプ回路が含まれている。また、GPSアンテナ11は上シールドケース13に直付けされ、上シールドケース13がGPSアンテナ11のグランドプレーンを兼ねている。
【0022】
プリント基板12は高周波信号を処理するアナログ回路12aと、アナログ回路のA/Dコンバータから出力されるディジタル信号を処理するディジタル回路12bとを含む。プリント基板12の上(表)面は上シールドケース13で覆われ、下(裏)面は下シールドケース14で覆われている。これらのシールドケース13,14は、特にディジタル回路で発生する高周波ディジタルノイズが空中に放射されGPSアンテナ11等に悪影響を及ぼすのを防ぐ働きを有する。
【0023】
したがって、シールドケース13,14はプリント基板12の少なくともディジタル回路12b部分を覆う必要がある。本実施形態では、下シールドケース14はディジタル回路12b部分のみを覆い、上シールドケース13はアナログ回路12a及びディジタル回路12bの両方を覆っている。そして、上シールドケース13のアナログ回路12aの上方にGPSアンテナ11を直付けし、GPSアンテナ11とアナログ回路12aとの接続がGPSアンテナ11の給電ピン11aによって最短経路で作業性良く行われるように構成している。なお、上シールドケース13と下シールドケース14はプリント基板12の導電パターンを介して共通電位に接続されている。
【0024】
プリント基板12のディジタル回路12bから最終的に出力される信号は、インターフェイスコネクタ16に接続されるインターフェイスケーブル17を通して外部機器に出力される。インターフェイスケーブル17は制御信号ラインや電源供給ラインを含むシールドケーブルであり、そのシールドはインターフェイスコネクタ16のシールド16aに接続される。インターフェイスケーブル17として、例えばUSB規格ケーブルが用いられる。
【0025】
インターフェイスコネクタ16のシールド16aは、インターフェイスケーブル17の挿入面及びプリント基板12に接する面が開放された箱形の金属ケースである。インターフェイスコネクタ16のシールド16aをプリント基板12に実装すれば、インターフェイスコネクタ16の本体もプリント基板12に固定される。
【0026】
図2及び図3から分かるように、上シールドケース13の一端部(インターフェイスコネクタ16側)が延長され、組立時にその延長部がインターフェイスコネクタ16のシールド16aの上面に圧接される。これにより、プリント基板12のシールドケース(上シールドケース13)とインターフェイスコネクタ16のシールド16aとの電気接続が面接触によって容易かつ確実に行われる。
【0027】
また、バックアップ用電池15が上シールドケース13上に配置されている。このバックアップ用電池15は、プリント基板12のディジタル回路12bのメモリバックアップ用である。図2及び図3から分かるように、バックアップ用電池15としてボタン型電池が使用され、その負電極が上シールドケース13上に直付けされている。上シールドケース13はプリント基板12の導電パターンを介してディジタル回路12bのメモリバックアップ用電源ラインの負極側に接続されている。
【0028】
バックアップ用電池15の正電極は、正極端子15a及びリード線15bを介して、プリント基板12上に設けられたディジタル回路12bのメモリバックアップ用電源ラインの正極側に接続されている。このようにして、バックアップ用電源の接続についても、作業性の向上とコスト低減を図っている。
【0029】
図1は、上記のような構造のGPSのグランド(アース)接続を示すブロック図である。この図では、プリアンプ回路12cがアナログ回路12aとは独立に描かれているが、前述のように、図3のアナログ回路12aはプリアンプ回路を含んでいる。これらの回路12a,12cとディジタル回路12bとがシールドケース13,14で覆われ、このシールドケースに、GPSアンテナ11のグランド、プリアンプ回路12cのグランド、アナログ回路12aのグランド、インターフェイスコネクタ16のシールド、及びバックアップ用電池15の一端子(負極側)が接続されていることが分かる。
【0030】
ところで、シールドケース13へのGPSアンテナ11への固定であるが、GPSアンテナ11の固定位置がずれると高周波ノイズの影響を受けやすくなることから、図4に示すように、シールドケース13に切り起こしや絞り加工によって複数個の位置決め用突起21を形成しておき、この位置決め用突起21によってGPSアンテナ11のシールドケース13上の位置を規定しておくのが好ましい。突起21に代えて、図5に示すように、GPSアンテナ11が嵌り込むことになる凹部22を設けてもよい。
【0031】
また、図6〜図8に示すように、突起21にばね弾性を持たせたり、突起21や凹部22の内壁に係合突部23を設けたりすることで、突起21や凹部22がGPSアンテナ11の固定も担うようにしておいてもよい。図9に示すようにGPSアンテナ11の側面に突起21あるいは係合突部23が係合する係合凹部25を設けておけば、より確実にGPSアンテナ11の固定を行うことができる。
【0032】
また、GPSアンテナ11と回路側とをアンテナケーブル26を用いて接続する場合も、アンテナケーブル26の引き回しが耐ノイズ性に影響を与えることから、図10あるいは図11に示すように、アンテナケーブル26の位置決め固定を行う位置決め部材27を設けておくのが好ましい。なお、グランドプレーンを兼ねるシールドケース13にGPSアンテナ11を取り付ける場合について説明したが、別途グランドプレーン(アース板)を設ける場合にも上記位置決め固定構造は有効である。
【0033】
図12に他例を示す。樹脂製のケース27内に納めたGPSセンサのシールドケース13の開口縁からGPSの信号波長(1575.42MHz)の1/4波長以下の間隔で複数個の突部13aを突出させて、該突部13aを回路12a,12b,12cが実装されているプリント基板12に接続している。この接続は半田付けで行うことができる。プリント基板12上に実装された回路で発生するノイズ成分のうち、GPS信号波長の1/2波長及び1/4波長に相当するノイズ成分がGPSアンテナ11に回り込むとS/N比が急激に悪くなるが、1/4波長以下の間隔でシールドケース13の突部13aをプリント基板12に接続しておけば、シールドケース13とプリント基板12との隙間を通じてノイズがシールドケース13外に出ることは殆どなく、この結果、GPSセンサのノイズによる特性劣化を防ぐことができる。図中12dはUSBとして形成されたインターフェイスコネクタ16のためのUSBコントローラであり、デジタル回路12bの一部として形成されている。
【0034】
図13はシールド付きとなっているインターフェイスコネクタ16のシールド部とシールドケース13との接続をインターフェイスコネクタ16の両側面にシールドケース13から立ち上げた突片13bを接触または半田付けすることで行ったものを示している。インターフェイスコネクタ16の側面に接続していることから、耐ノイズ性の向上だけでなく、GPSセンサの薄型化にも寄与するものとなっている。
【0035】
GPSセンサを円盤型に形成する場合は、図14に示すように、プリント基板12やシールドケース13を(シールドケース14がある場合はシールドケース14も)八角形に形成すると、円盤状の樹脂ケース内での占有率が高く、従って小型にできるものを得ることができる。
【0036】
この時、八角形の各辺の長さをGPS信号波長λの1/4以下の長さとなるようにしておけば、受信回路から発生する高周波ノイズで共振が発生してその高調波電波がGPSアンテナの受信周波数となって受信感度の劣化が生じてしまう事態が生じなくなる。
【0037】
また、この場合においても、図15に示すように、シールドケース13からλ/4以下の間隔で突部13aを突出させてプリント基板12に接続しておくと、より好ましいものとなり、プリント基板12が多層で内層にグランド層を有するものにおいては、各突部13aをグランド層に接続するとよい。
【0038】
そして、シールドケース14を有するものにおいては、図16に示すように、シールドケース14側にもλ/4以下の間隔で突部14aを設けて、これら突部13a,14aをプリント基板12に接続して上記グランド層を挟み込むとともに、突部14aをシールドケース13(または及び突部13aをシールカバー14)に係合連結させておけば、より確実なシールドを行うことができる。
【0039】
なお、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のGPSセンサによれば、ディジタル回路等を覆うシールドケースをGPSアンテナのグランド、プリアンプ回路のグランド、アナログ回路のグランドに共通接続したことにより、装置全体の小型化及びコスト低減を図りながら、ディジタル回路から発生する高周波ディジタルノイズがシールドケースで効果的に吸収されるので、アナログ回路やGPSアンテナに回り込みにくくなり、S/N比の劣化を抑制することができるものであり、しかも前記インターフェイスコネクタがシールド付きで該インターフェイスコネクタのシールドとディジタル回路のバックアップ用電池の一端子とがシールドケースにさらに接続され、ディジタル回路のバックアップ用電池がシールドケース上に配置されてバックアップ用電池の一端子がシールドケースに直接接続されたものであり、前記シールドケースは、アナログ回路とディジタル回路とが共に形成された共通基板の表側を覆う第1シールドケースと裏側を覆う第2シールドケースとを含み、前記第1及び第2シールドケースの少なくとも一方は前記ディジタル回路が形成された部分と前記アナログ回路が形成された部分の両方を覆い、該シールドケースのアナログ回路を覆う部分に前記GPSアンテナが配置されていることから、S/N比の劣化の抑制をより確実に行うことができるとともに、配線の簡素化や装置の小型化、低廉化を図ることができる。しかも、シールドケースがGPSアンテナのグランドプレーンを兼ねているために、グランドプレーンを別途設けることなく、広いグランドプレーン面積を確保することができ、装置の小型化を図ることができると同時に広いグランドプレーンを備えることによる感度向上を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の一例に係るグランド接続を示すブロック図である。
【図2】 同上の斜視図である。
【図3】 同上の分解斜視図である。
【図4】 (a)(b)は夫々GPSアンテナ取り付け部の斜視図である。
【図5】 GPSアンテナ取り付け部の他例の斜視図である。
【図6】 GPSアンテナ取り付け部の更に他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図7】 GPSアンテナ取り付け部の別の例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図8】 GPSアンテナ取り付け部の更に別の例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図9】 GPSアンテナ取り付け部の他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図10】 アンテナケーブルの取り付け部を示す説明図である。
【図11】 アンテナケーブルの取り付け部の他例を示す説明図である。
【図12】 GPSセンサの他例を示すもので、(a)は断面図、(b)はシールドケースとプリント基板の斜視図である。
【図13】 同上のシールドケースとインターフェイスコネクタの斜視図である。
【図14】 GPSセンサのさらに他例におけるシールドケースとプリント基板の斜視図である。
【図15】 シールドケースの他例を示しており、(a)(b)は夫々斜視図である。
【図16】 シールドケースとプリント基板のさらに他例を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は側面図である。
【図17】 従来のGPSの構成を示す斜視図である。
【図18】 従来のGPSのグランド接続を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 GPS
11 GPSアンテナ
12 プリント基板
12a アナログ回路
12b ディジタル回路
12c プリアンプ回路
13 上シールドケース(第1シールドケース)
14 下シールドケース(第2シールドケース)
15 バックアップ用電池
16 インターフェイスコネクタ
Claims (8)
- 位置検出用の電波を受信するGPSアンテナと、該GPSアンテナから得られた高周波信号を増幅するプリアンプ回路と、該プリアンプ回路から得られた信号を処理するアナログ回路と、該アナログ回路から得られたディジタル信号を処理するディジタル回路と、該ディジタル回路から得られた信号の出力等に用いられるインターフェイスコネクタとを備えたGPSセンサであって、
少なくとも前記ディジタル回路を外部から電磁遮蔽するシールドケースが設けられ、前記GPSアンテナのグランドと、前記プリアンプ回路のグランドと、前記アナログ回路のグランドとが前記シールドケースに接続され、
前記インターフェイスコネクタがシールド付きで該インターフェイスコネクタのシールドとディジタル回路のバックアップ用電池の一端子とがシールドケースにさらに接続され、
ディジタル回路のバックアップ用電池がシールドケース上に配置されてバックアップ用電池の一端子がシールドケースに直接接続されたものであり、
前記シールドケースは、アナログ回路とディジタル回路とが共に形成された共通基板の表側を覆う第1シールドケースと裏側を覆う第2シールドケースとを含み、前記第1及び第2シールドケースの少なくとも一方は前記ディジタル回路が形成された部分と前記アナログ回路が形成された部分の両方を覆い、
該シールドケースのアナログ回路を覆う部分に前記GPSアンテナが配置されているとともにシールドケースがGPSアンテナのグランドプレーンを兼ねていることを特徴とするGPSセンサ。 - 共通基板上にインターフェイスコネクタが直付けされていることを特徴とする請求項1記載のGPSセンサ。
- シールドケースの端部がインターフェイスコネクタのシールドに面接触するように接続されていることを特徴とする請求項1または2記載のGPSセンサ。
- GPSアンテナの被取り付け部にはGPSアンテナの位置決め部材を設けていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のGPSセンサ。
- 位置決め部材はGPSアンテナの固定部材を兼ねていることを特徴とする請求項4記載のGPSセンサ。
- GPSアンテナと回路とを接続するアンテナケーブルの位置決め部材を備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のGPSセンサ。
- シールドケースはGPS信号波長の1/4以下の間隔の複数箇所で回路が実装された基板に接続されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のGPSセンサ。
- インターフェイスコネクタがUSBであり、USBコントローラがディジタル回路と共にシールドケース内に配されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のGPSセンサ。
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