JP5597235B2 - 筐体を介して接地される制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体を介して制御回路が接地される制御装置に関し、特に、放射電磁雑音に対する耐力を向上し得る制御装置に関する。

制御装置は、一般に、観測可能な物理量を操作量として検出し、当該操作量が目標値と一致するように制御対象に与える制御量を決定する。例えば、ヒータにより水温を制御する場合には、観測可能な物理量である水温を操作量として温度センサ等により検出し、当該水温が目標温度となるように、制御対象であるヒータに与える制御量、例えば当該ヒータへの通電電流値を決定する。従って、操作量を精度良く検出することは、精度のよい制御を行うための必須要件となる。

一般に、センサは、検出した物理量を当該物理量の大きさに応じた電圧値等に変換し、当該物理量を電気信号として制御装置に与える。ここで、当該電気信号の電圧値は、センサが、当該センサに対し与えられているグランド（接地、ＧＮＤ（Ground））電位を基準（０Ｖ）とし、このグランド電位に対する差分電圧として生成する。

一方、制御装置は、センサから受信した電気信号の電圧（信号電圧）を、例えばデジタル値に変換し、当該デジタル値を用いて演算処理を行うことにより、制御量を算出する。通常、この信号電圧は、制御装置を構成する電気回路のグランド（接地、ＧＮＤ）を基準（０Ｖ）とし、グランド電位からの差分電圧として扱われる。

したがって、センサに与えるグランドの電位と制御装置を構成する電気回路のグランドの電位とが異なる場合には、制御装置がセンサから受信する電気信号は、当該センサが検知した物理量を正しく表していないものとなり、制御動作に誤りを生ずることとなる。

このため、一般に、センサと制御回路とは、制御回路からセンサへ当該センサの動作に必要な電源を供給する電源線と、センサから制御回路へ当該センサが検知した物理量の大きさ等を表わす電気信号（センサ信号）を送信するための信号線と、制御回路とセンサのグランド電位を等しくするためのグランド線とにより接続される。当該グランド線は、通常、制御装置が備える制御回路内のグランドラインに接続され、上記電源線が供給する電圧のレベルを規定するほか、センサにより上記センサ信号を生成する際の基準電位としても用いられる。

しかしながら、上記のような接続を用いても、例えば自動車のエンジンルーム内においては、エンジン気筒内の燃料を燃焼させるための点火装置から大きな放射電磁雑音が発生し、当該雑音により制御装置内のグランドラインに電位変動が発生して、センサからの電気信号を正しく受信できない事態が起こり得る。

このような雑音に起因するグランド間の電位差を解消するため、例えば車載用電子機器においては、（ｉ）ノイズの影響を受けやすいセンサのためのグランド（センサーグランド）や処理回路（論理回路など）のためのグランド（ロジックグラウンド）を、オルタネータ（車載発電機）から専用に引き込む、（ｉｉ）電磁波ノイズから保護するために制御装置を構成する回路基板をアルミケースで保護する、（ｉｉｉ）ＥＭＩ（電磁妨害、Electro Magnetic Interference）フィルタ等、バイパスコンデンサやソレノイドにより構成されるノイズ除去回路を用いる、などの方法が用いられている。

またこのようなノイズ対策の例として、例えば、特許文献１には、制御回路用のグランド（制御用グランド）と制御装置のケース用のグランド（ケースグランド）とが個別に設けられている制御装置において、信号線とケースグランドとの間に設けられたＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）保護用コンデンサに破壊電圧以上の静電電圧が印加されるのを防止することを目的として、制御用グランドとケースグランドとの間に静電気保護素子（例えば、抵抗器）を設けた、自動車用電子制御装置が記載されている。

しかしながら、上記従来の手法では、センサや論理回路のためのグランドを発電機から個別に引き込むため、当該引き込み部分にバイパスコンデンサやソレノイドを個別に設ける必要があり、使用する電気部品の数が増加すると共に、当該電気部品を実装する回路基板のサイズも大きくなって、コストが増加する。

一方、特許文献１に記載の制御装置では、制御用グランドは、ケースグランドにより放射電磁雑音から守られ、制御用グランドとケースグランドとの間に発生する静電電圧も解消される。しかしながら、制御対象に大電流が通電されるような場合には、回路基板上のグランドパターン（制御用グランドのパターン）といえども微小な電気抵抗を有することから、制御対象から還流した大電流により電圧降下が発生してグランドパターン内（あるいはグランドライン内）に電圧分布が生じる。このため、制御回路内における各電気回路部品のグランドの採り方によっては、センサからの電気信号を正確に受信することができず、制御動作に誤りを生じる事態が発生し得る。

このような、制御対象からグランドへ向かって還流する大電流により発生した制御用グランドライン内の電圧降下に起因する制御誤りを回避することを目的として、特許文献２には、回路基板上に設けられた内部グランドをケースグランド（筐体）に接続し、回路基板上における、センサからのグランドラインと内部グランドとの接続点、及び、当該センサに電圧を供給する内部電源回路のグランドラインと内部グランドとの接続点を、制御対象からのグランドラインと内部グランドとの接続点よりも上流側、すなわち、各接続点から内部グランドを経てケースグランドへと流れ出る電流経路に沿って上流側に配するものとした、制御装置が記載されている。

特許文献２に記載の制御装置では、制御対象から還流する大電流によるグランドラインの電圧降下の影響を効果的に回避することができる。しかしながら、制御回路の基板内に少なくとも上流部分と下流部分とが明確になる程度の広さを持つ内部グランドパターンを設ける必要があることから、内部グランドとケースグランドとの接続部は、一定の大きさを持つ広がりを確保しやすい回路基板の外周部に配され、従って回路基板からのグランド電流は筐体内部の側壁近傍部分を介して外部へ流されることとなる。

筐体の側壁部分は筐体外周部に存在するため外部からの放射電磁雑音が到達しやすく、したがって、特許文献２の構成では回路基板上の上記内部グランドが外来雑音の影響を受けやすくなる事態が生じ得る。すなわち、特許文献２に記載の制御装置は、外来雑音に対する耐性の点において、なお改善の余地がある。

特許第４００５７９４号公報 特開２０１２−１１４２１８号公報

上記の背景から、外来雑音の影響に対してより耐力のある制御動作を行い得る、制御回路の実現が望まれている。

本発明は、制御対象を制御する電気部品が搭載された回路基板と、電源のグランドに直接又は間接に電気的に接続される筐体とを備える制御装置であって、前記回路基板は、前記回路基板上の電気部品のグランドを前記筐体に対して電気的に接続する第１のグランドパターンを有し、前記第１のグランドパターンは、前記筐体の内面の一部に電気的に接続され、当該内面の一部は、導電体である外部構造物に対する前記筐体の取付面の中央部に至るまでの電流経路の抵抗値が最小となる部分となっている。
本発明の他の態様によると、前記回路基板は、前記筐体の内部において、前記回路基板の一の面が前記筐体の内面に接するように取り付けられ、前記第１のグランドパターンは、前記回路基板の前記一の面の中央部に配され、かつ、前記回路基板が前記筐体の内部に取り付けられたときに、前記筐体の内面と電気的に接続されるように設けられている。
本発明の他の態様によると、前記筐体の前記取付面と当該取付面の裏面に相当する前記筐体の内面部分とは平行な平面を構成しており、前記第１のグランドパターンは、前記取付面の裏面に電気的に接続される。
本発明の他の態様によると、前記回路基板は、前記電気部品のグランドと前記第１のグランドパターンとの間の電流経路に配された複数の第２のグランドパターンを有し、前記複数の第２のグランドパターンのうち、他のグランドパターンを介さずに前記電気部品から流れ込む電流量の総量が最も大きい一の前記第２のグランドパターンのみが前記第１のグランドパターンと電気的に直接接続されており、他の前記第２のグランドパターンは、前記一の第２のグランドパターンを介して前記第１のグランドパターンに電気的に接続される。
本発明の他の態様によると、前記制御対象のグランドは、前記一の第２のグランドパターンに接続されており、前記制御対象を制御するために用いるセンサのグランドは、前記他の第２のグランドパターンのいずれかに接続されている。
本発明の他の態様によると、前記制御装置は、車両に搭載されて当該車両の動作を制御するものである。

本発明によれば、制御装置において、外来雑音の影響に対してより耐力のある制御動作を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。 図１に示す制御装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、本発明に従う制御装置の例として、車両に搭載され当該車両の動作を制御する制御装置を示しているが、本発明に係る制御装置は本用途に限られるものではなく、車両以外の他の機械、機器等の制御にも適用できることは言うまでもない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。
本制御装置１０は、車両に搭載され当該車両のエンジン制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）であり、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回路基板１００と、回路基板１００に配されたコネクタ１０２と、回路基板１００及びコネクタ１０２を収容する筐体１０４と、を有している。なお、回路基板１００は筐体１０４に収容されているため、筐体１０４の外部から回路基板１００を視認することはできないが、図１においては、説明のため、筐体１０４の内部に主要されている部分についても実線を用いて示している。

筐体１０４は、ネジ等により車体１１０に機械的に固定されると共に、車体１１０に対し電気的に直接接続される。

回路基板１００上には、プリアンプ１１２と、処理回路１１４と、電源回路１１６と、駆動回路１１８が配されている。プリアンプ１１２と、処理回路１１４と、電源回路１１６は、回路基板１００上に形成された銅箔等の電気回路パターンにより互いに電気的に接続されて制御回路を構成している。

なお、図１において回路基板１００上に示した、プリアンプ１１２、処理回路１１４、電源回路１１６、駆動回路１１８等を結ぶ線分は、回路基板１００上に形成された電気回路パターンを模式的に示したものであり、当該線分の交差部に示された黒丸は、当該交差部において電気回路パターンが互いに電気的に接続されていることを示している。また、黒丸が示されていない線分の交差部は、当該交差部を構成する電気回路パターンが電気的に接続されていないことを示しており、例えば、当該交差部では、一方の電気回路パターンが、回路基板１００に設けられたビアホール等を介して回路基板１００の裏面に逃げることで、電気的接続が回避される。

プリアンプ１１２は、センサ１２０からのセンサ信号を増幅して処理回路１１４に出力するフロントエンド回路であり、例えば、入力インピーダンスが高く低雑音の差動増幅器やフィルタ回路により構成される。

処理回路１１４は、プリアンプ１１２から受信したセンサ信号に基づいて制御対象１２２を制御するための制御量を算出する回路であり、例えば、ＣＰＵ、ＡＤ変換器（アナログ・デジタル変換器、Analog-to-Digital Converter）、ＡＮＤ回路やＯＲ回路等の論理回路デバイス、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデジタル回路により構成される。

ここで、センサ１２０は、制御対象１２２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。また、制御対象１２２は、例えば、車両の走行等に影響を与えるブレーキ、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とすることができる。

電源回路１１６は、例えばレギュレータであり、車載発電機ＡＣＧ（オルタネータ、Alternating Current Generator）１２４から供給された電圧を所定の電圧値に変換して、プリアンプ１１２、処理回路１１４、及びセンサ１２０に電力を供給する。ここで、ＡＣＧ１２４は、エンジンの回転運動により発電する発電機により構成されており、ＡＣＧ１２４のグランド端子は車体１１０に接続されている。

駆動回路１１８は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のトランジスタを用いた電力増幅回路により構成され、ＡＣＧ１２４からの電源供給を受けて動作し、処理回路１１４から受信した制御量に基づき、制御対象１２２に与えるべき電流又は電圧値を決定して、当該決定した電流又は電圧値を持つ出力を制御対象１２２に出力する。

コネクタ１０２は、車両内の各電気機器を接続するワイヤーハーネス（不図示）を構成する２つのケーブル１２６及び１２８、並びに、ＡＣＧ１２４から電源を供給するためのワイヤ線１３０が接続され、これらのケーブル１２６、１２８、及びワイヤ線１３０を回路基板１００上の電気回路に電気的に接続する。

ケーブル１２６は、電源回路１１６の出力電圧をセンサ１２０に供給する電源線１３２ａと、センサ１２０にグランド電位を与えるグランド線１３２ｂと、センサ１２０が検知した操作量を表わす電気信号であるセンサ信号を伝送する信号線１３２ｃと、を有している。

ケーブル１２８は、駆動回路１１８の出力を制御対象１２２に供給するための駆動電力線１３６と、制御対象１２２のグランド端子に接続されたグランド線１３８と、を有している。

回路基板１００の外周部には、それぞれが矩形状のパターンとして構成された信号用グランド（ＳＧ、Signal Ground）１４０と、論理回路用グランド（ＬＧ、Logic Ground）１４２と、電力用グランド（ＰＧ、Power Ground）１４４と、が設けられている。本実施形態では、図１において回路基板１００の図示上側の辺にＳＧ１４０が、図示左側の辺にＬＧ１４２が、図示下側の辺にＰＧ１４４が設けられている。

ＳＧ１４０は、回路基板１００上に形成された配線ライン１５８によりＬＧ１４２に接続され、ＬＧ１４２は、回路基板１００上に形成された配線ライン１６０によりＰＧ１４４に接続されている。

また、回路基板１００の中央部には、円形状に形成された外部接続グランド１４８が形成され、回路基板１００上に形成された配線ライン１６２を介してＰＧ１４４に接続されている。外部接続グランド１４８は、後述するビアホール２６０ａ〜ｃを介して回路基板１００の裏面中央部に設けられた裏面グランド２４９（図２）に電気的に接続されている。回路基板１００は、その裏面が筐体１０４の内面に接するように取り付けられ、裏面グランド２４９は、回路基板１００が筐体１０４に取り付けられたときに、筐体１０４の内面の一部に電気的に接続される。これにより、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２，及びＰＧ１４４が、筐体１０４に電気的に接続される。すなわち、裏面グランド２４９は、回路基板１００上の電気部品のグランドを筐体１０４に対して電気的に接続するためのグランドパターンを構成する。

ＳＧ１４０は、回路基板１００上に形成された配線ライン１５０ａを介して、センサ１２０に接続されたグランド線１３２ｂに接続されており、信号線１３２ｃが伝送するセンサ信号の電圧レベルの基準を与える。また、ＳＧ１４０には、回路基板１００上に形成された配線ライン１５０ｂを介して、プリアンプ１１２のグランドも接続されている。

ＬＧ１４２は、回路基板１００上に形成された配線ライン１５２を介して処理回路１１４のグランドに接続されており、処理回路１１４の内部動作及び出力信号に用いられるパルス信号の電圧レベル、すなわち当該パルス信号の論理値を規定する基準を与える。また、ＬＧ１４２には、回路基板１００上に形成された配線ライン１５４を介して電源回路１１６のグランド端子も接続されている。

ＰＧ１４４は、回路基板１００上に形成された配線ライン１５６を介して、ケーブル１２８内のグランド線１３８が接続されており、制御対象１２２からグランドへ還流する電流の復路を構成する。また、ＰＧ１４４には、配線ライン１５６を介して駆動回路１１８のグランドも接続されている。

なお、本実施形態では、制御対象１２２のグランドを、制御装置１０の回路基板１００上に設けられたＰＧ１４４を介してＡＣＧ１２４のグランド端子に接続する構成としているが、制御対象１２２のグランドを車体１１０に直接接続し、車体１１０のみを介してＡＣＧ１２４のグランド端子に接続する構成とすることもできる。

また、回路基板１００上の電気回路は、図１に示す例では一つのセンサ１２０と一つの制御対象１２２を扱うものとして記載されているが、センサ及び制御対象の数は、制御回路に用いる電気部品の能力等が許容する限りにおいて、これと異なる数とすることができる。この場合には、例えば、複数のセンサに接続された各グランドラインはＳＧ１４０にまとめて接続され、複数の制御対象に接続された各グランドラインはＰＧ１４４に接続されるものとすることができる。また、センサの種類や当該センサにより検知される物理量、許容される検知誤差の大きさ、あるいは、当該センサに対するＡＤ変換回路の必要性の有無等によっては、当該センサのグランドラインをＬＧ１４２に接続することもできる。

一般に、センサ１２０からのグランド電流は数μＡ〜数ｍＡ程度、プリアンプ１１２からのグランド電流は数ｍＡから数十ｍＡ程度、処理回路１１４からのグランド電流は数百ｍＡから数Ａ程度であるのに対し、アクチュエータ等の制御対象１２２からのグランド電流は、さらに大きい数十Ａから数百Ａに達する。このため、回路基板上に形成されたグランドパターン等の導電体といえども、僅かな電気抵抗を持つことから、数十Ａから数百Ａにも及ぶ制御対象１２２からのグランド電流が通過することにより、無視し得ない電圧降下を発生させる。

本実施形態における制御装置１０は、上述のとおり、グランド電流の最も少ないセンサ１２０のグランドと、次にグランド電流の少ないプリアンプ１１２のグランドとを、ＳＧ１４０にまとめて接続し、次にグランド電流の少ない処理回路１１４と電源回路１１６のグランドとをＬＧ１４２にまとめて接続し、最もグランド電流の大きい制御対象１２２及び駆動回路１１８のグランドをＰＧ１４４にまとめて接続する構成となっている。

したがって、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４から筐体１０４へ流れ出るグランド電流（流出電流）の大きさは、ＳＧ１４０が最も小さく数ｍＡから数十ｍＡ程度であり、ＬＧ１４２が次に小さく及び数百ｍＡから数Ａであり、ＰＧ１４４が最も大きく数十Ａから数百Ａとなる。

また、本実施形態に係る制御装置１０は、最も大きいグランド電流が制御対象１２２から流れ込むＰＧ１４４が、ＳＧ１４０及びＬＧ１４２に対し、配線パターン１６２、外部接続グランド１４８、ビアホール２６０ａ〜ｃ、裏面グランド２４９、筐体１０４、及び車体１１０を介してＡＣＧ１２４へ至るグランド電流の電流経路（グランド電流経路）に沿って最も下流に配置されている。

このため、回路基板１００においては、ＰＧ１４４から流れ出す大きなグランド電流により、配線パターン１６２、外部接続グランド１４８、及びビアホール２６０ａ〜ｃ等において電圧降下が生じてＰＧ１４４の電位が上がったとしても、これと同じだけＳＧ１４０及びＬＧ１４２の電位も上昇することとなる。その結果、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４は同電位となるので、制御対象１２２からのグランド電流に起因する制御動作の異常や制御誤差の発生が防止される。

図２は、図１の制御装置１０のＡＡ断面の矢視図である。
筐体１０４は、外部構造物である車体１１０に対する取付面２０４を構成する平板状のベース１０４ａと、ベース１０４ａに対しネジ等により固定されて回路基板１００を収容する空間を形成するカバー１０４ｂとにより構成される。ベース１０４ａの図示下面、すなわち外面は、外部構造物である車体１１０に対し筐体１０４を取り付けるための取付面２０４となる。

ベース１０４ａとカバー１０４ｂは、共に導電性材料により構成され、回路基板１００のグランドを外部の構造物に対し電気的に接続すると共に、回路基板１００上に構成された電気回路に対する雑音防止用のシールドとして機能する。

回路基板１００の表面（図示上側面）の中央部に設けられた外部接続グランド１４８と対抗する回路基板１００の裏面中央部分には、裏面グランド２４９が設けられており、裏面グランド２４９と外部接続グランド１４８とは、複数のビアホール２６０ａ〜ｃを介して電気的に接続されている。裏面グランド２４９は、回路基板１００がベース１０４ａに機械的に固定されたときに、ベース１０４ａに接触するよう構成されている。

これにより、裏面グランド２４９はベース１０４ａの中央部に電気的に接続され、外部接続グランド１４８から流れ出るグランド電流は、裏面グランド２４９を介して取付面２０４の中央部から車体１１０に向かって流れ出す。

なお、本実施形態では、カバー１０４ｂの内面に段差が設けられており、回路基板１００は、カバー１０４ｂがベース１０４ａに固定されたときに上記段差により挟み込まれて、カバー１０４ｂに固定される構成となっている。ただし、裏面グランド２４９と筐体１０４との接続方法は、上記の構成に限らず、適切な導体を介して筐体１０４に半田付けされるものとしてもよい。

上記の構成を有する制御装置１０は、回路基板１００から筐体１０４を介して外部構造物たる車体１１０に流れ出すグランド電流の唯一の流出位置が、外部構造物に対する筐体１０４の取付面２０４の中央部、すなわち、外来放射電磁雑音の影響を受けやすい筐体１０４の外側面から最も遠い位置に配されているため、筐体１０４の外部から火花雑音等の大きな放射電磁雑音が到来しても、外部接続グランド１４８は、当該雑音の影響を受けることなく一定のグランド電位を保つことができる。

また、仮に、外部雑音により筐体１０４の取付面２０４の電位が変動したとしても、回路基板１００上に構成された制御回路のグランドは、取付面２０４の中央部においてのみ接続されていることから、制御回路を構成する各電気部品のグランド電位は電位差を生じず、制御動作の異常や制御誤差の発生が防止される。

なお、本実施形態では、取付面２０４を構成するベース１０４ａを平行平板として記載したが（図２）、これに限らず、ベース１０４ａを、例えば、取付面２０４において平行平板状の形状あるいはその他の形状を有するように切削加工あるいは板金加工された金属加工物とすることもできる。

また、本実施形態では、裏面グランド２４９はベース１０４ａの内面中央部に直接接する構成としたが、これに限らず、ベース１０４ａが平行平板状の形状を有さない場合には、裏面グランド２４９から流れ出るグランド電流が取付面２０４の中央部から外部（例えば、車体１１０）へ流れ出るように、裏面グランド２４９を、取付面２０４の中央部までの電流経路の抵抗値が最小となる位置に接続するものとしてもよい。

［第２実施形態］
次に本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態に係る制御装置１０（図１及び図２）と同一の構成要素については、制御装置１０において用いた符号と同一の符号を用いるものとする。また、本実施形態において、制御装置１０において用いた符号と同一の符号により示される構成要素については、制御装置１０について上述した説明を援用する。

本制御装置３０は、第１の実施形態における回路基板１００に代わり、回路基板１００と異なるグランドパターンを有する回路基板３００を有している。また、制御装置３０は、センサ１２０に追加して、センサ３２０及び３２１が、それぞれケーブル３２６及び３２７を介してコネクタ３０２に接続され、回路基板３００上の電気回路に接続されている。

ケーブル３２６は、電源回路１１６の出力電圧をセンサ３２０に供給する電源線３３２ａと、センサ３２０にグランド電位を与えるグランド線３３２ｂと、センサ３２０からの電気信号（センサ信号）を伝送する信号線３３２ｃと、を有している。また、ケーブル３２７は、電源回路１１６の出力電圧をセンサ３２１に供給する電源線３３３ａと、センサ３２１にグランド電位を与えるグランド線３３３ｂと、センサ３２１からの電気信号（センサ信号）を伝送する信号線３３３ｃと、を有している。

回路基板３００上には、第１の実施形態に係る回路基板１００上に搭載されている処理回路１１４に代えて、三つのセンサ１２０、３２０、及び３２１からのセンサ信号に基づき制御対象１２０の制御量を決定する処理回路３１４が搭載されている。

また、回路基板３００上の略中央部分には、グランドパターンである外部接続グランド３４８（図示斜線部分）が設けられており、外部接続グランド３４８から図示右方向へ延在するように、一つの信号用グランド（ＳＧ）３４０と、二つの論理回路用グランド（ＬＧ）３４２ａ及び３４０ｂが形成されている。また、外部接続グランド３４８からは、図示上下方向に延在するように、さらに二つの論理回路用グランド（ＬＧ）３４２ｃ及び３４２ｄが形成され、図示左方向に延在するように一つの電力用グランド（ＰＧ）が形成されている。

回路基板３００の裏面の、外部接続グランド３４８に対向する領域には、円形の裏面グランド３４９（図示点線部分）が設けられており、外部接続グランド３４８と裏面グランド３４９との間は、ビアホール等により電気的に接続されている。また、裏面グランド３４９は、回路基板３００が筐体１０４（具体的には、筐体１０４を構成するベース１０４ａ（図２））に機械的に固定されたときに、ベース１０４ａの中央部分に接触するよう構成されている。この接触により、ＳＧ３４０、ＬＧ３４２ａ、ＬＧ３４２ｂ、ＬＧ３４２ｃ、ＬＧ３４２ｄ、及びＰＧ３４４は、ベース１０４ａに対し電気的に接続され、ベース１０４ａ及び車体１１０を介してＡＣＧ１２４のグランド端子に電気的に接続される。

ＳＧ３４０は、回路基板３００上に形成された配線ラインを介して、センサ１２０からのグランド線１３２ｂが接続されており、信号線１３２ｃが伝送するセンサ信号の電圧レベルの基準を与える。また、ＳＧ３４０には、プリアンプ１１２のグランドも接続されている。

ＬＧ３４２ａは、回路基板３００上に形成された配線ラインを介して、センサ３２０からのグランド線３３２ｂが接続されており、信号線３３２ｃが伝送するセンサ信号の電圧レベルの基準を与える。また、ＬＧ３４２ｂは、回路基板３００上に形成された配線ラインを介して、センサ３２０からのグランド線３３２ｂが接続されており、信号線３３２ｃが伝送するセンサ信号の電圧レベルの基準を与える。ここで、ＬＧ３４２ａ及び３４２ｂには、制御回路を構成するための図示しない他の論理回路用の電気部品、例えばクロック回路やＡＮＤ回路等の論理演算回路のための電気部品のグランドも接続されているものとする。

なお、センサのグランドを信号用グランドに接続するか論理回路用グランドに接続するかは、当該センサの種類や当該センサにより検知される物理量、許容される検知誤差の大きさ、あるいは、当該センサに対するＡＤ変換回路の必要性の有無等によって、決定することができる。

本実施形態では、センサ１２０からのセンサ信号はプリアンプ１１２により増幅された後に処理回路３１４に入力され、一方、センサ３２０及び３２１からのセンサ信号は、処理回路３１４に直接入力される。処理回路３１４に入力された各センサ信号は、処理回路３１４内において、デジタル信号に変換された後、制御対象１２２の制御量を決定するための演算に用いられる。そして、当該演算により決定された制御量は、制御信号として処理回路３１４から駆動回路１１８に与えられる。

ＬＧ３４２ｃは、回路基板３００上に形成された配線ラインを介して処理回路３１４のグランドが接続されており、処理回路３１４の内部動作及び出力信号に用いられるパルス信号の電圧レベル、すなわち当該パルス信号の論理値を規定する基準を与える。

ＬＧ３４２ｄは、回路基板３００上に形成された配線ラインを介して、センサ１２０、３２０、３２１、プリアンプ１１２、及び処理回路３１４に電源を供給する電源回路１１４のグランドが接続されている。なお、ＬＧ３２４ｃ及び３４２ｄには、ＬＧ３４２ａ及びＬＧ３４２ｂと同様に、制御回路を構成するための図示しない他の論理回路用の電気部品のグランドも接続されているものとする。

ＰＧ３４４は、回路基板３００上に形成された配線ラインを介して、ケーブル１２８内のグランド線１３８が接続されており、制御対象１２２からＡＣＧ１２２のグランド端子に向かって還流する電流の、復路の一部を構成する。また、ＰＧ３４４には、駆動回路１１８のグランドも接続されている。

上記の構成を有する制御装置３０は、グランドパターンであるＳＧ３４０、ＬＧ３４２ａ、ＬＧ３４２ｂ、ＬＧ３４２ｃ、ＬＧ３４２ｄ、及びＰＧ３４４が、回路基板３００の中央部分に設けられた外部接続グランド３４８から延在するように形成されている。また、上述したように、外部接続グランド３４８に対し電気的に接続された裏面グランド３４９は、筐体１０４を構成するベース１０４ａの中央部分に接触するよう構成されている。

このため、各グランドパターン（ＳＧ３４０、ＬＧ３４２ａ、ＬＧ３４２ｂ、ＬＧ３４２ｃ、ＬＧ３４２ｄ、及びＰＧ３４４）から流れ出すグランド電流は、外部接続グランド３４８、裏面グランド３４９、及びベース１０４ａを介して、ベース１０４ａの取付面２０４の中央部から車体１１０に向かって流れ出すこととなる。

すなわち、本制御装置３０は、回路基板３００から筐体１０４を介して外部構造物たる車体１１０に流れ出すグランド電流の唯一の流出位置が、外部構造物に対する筐体１０４の取付面２０４の中央部、すなわち、外来放射電磁雑音の影響を受けやすい筐体１０４の外側面から最も遠い位置に配されている。その結果、本制御装置１は、第１の実施形態に係る制御装置１０と同様に、筐体１０４の外部から火花雑音等の大きな放射電磁雑音が到来しても、当該雑音の影響を受けることなく、外部接続グランド３４８が一定のグランド電位に保たれることとなって、制御動作の異常や制御誤差の発生が防止される。

また、各グランドパターン（ＳＧ３４０、ＬＧ３４２ａ、ＬＧ３４２ｂ、ＬＧ３４２ｃ、ＬＧ３４２ｄ、及びＰＧ３４４）は、それぞれ外部接続グランド２４８に直接接続されているため、制御対象１２２からＰＧ３４４に大きなグランド電流が流れてＰＧ３４４に電圧分布が生じても、ＳＧ３４０、ＬＧ３４２ａ、ＬＧ３４２ｂ、ＬＧ３４２ｃ、及びＬＧ３４２ｄの間における互いの電位差はゼロとなる。その結果、センサ１２０、３２０、３２１からのセンサ信号に基づく制御量の算出誤差は低減され、制御対象１２２からのグランド電流に起因する制御動作の異常や制御誤差の発生も低減される。

１０、３０・・・制御装置、１００、３００・・・回路基板、１０２、３０２・・・コネクタ、１０４・・・筐体、１１０・・・車体、１１２・・・プリアンプ、１１４、３１４・・・処理回路、１１６・・・電源回路、１１８・・・駆動回路、１２０、３２０、３２１・・・センサ、１２２・・・制御対象、１２４・・・ＡＣＧ、１４０、３４０・・・信号用グランド（ＳＧ）、１４２、３４２ａ〜ｄ・・・論理回路用グランド（ＬＧ）、１４４、３４４・・・電力用グランド（ＰＧ）、１４８、３４８・・・外部接続グランド、２０４・・・取付面、２４９、３４９・・・裏面グランド。

Claims (6)

1. 制御対象を制御する電気部品が搭載された回路基板と、導電体である外部構造物を介して電源のグランドに電気的に接続される筐体とを備える制御装置であって、
   前記回路基板は、前記回路基板上の電気部品のグランドを前記筐体に対して電気的に接続する第１のグランドパターンを有し、
   前記第１のグランドパターンは、前記筐体の内面の一部に電気的に接続され、
   前記筺体は、前記外部構造物に対する取付面を備え、
   前記筺体の内面の前記一部は、前記取付面の中央部に至るまでの電流経路の抵抗値が最小となる部分である、
   制御装置。
2. 請求項１に記載された制御装置において、
   前記回路基板は、前記筐体の内部において、前記回路基板の一の面が前記筐体の内面に接するように取り付けられ、
   前記第１のグランドパターンは、前記回路基板の前記一の面の中央部に配され、かつ、前記回路基板が前記筐体の内部に取り付けられたときに、前記筐体の内面と電気的に接続されるように設けられている、
   制御装置。
3. 請求項１又は２に記載された制御装置において、
   前記筐体の前記取付面と当該取付面の裏面に相当する前記筐体の内面部分とは平行な平面を構成しており、
   前記第１のグランドパターンは、前記取付面の裏面に電気的に接続される、
   制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載された制御装置において、
   前記回路基板は、前記電気部品のグランドと前記第１のグランドパターンとの間の電流経路に配された複数の第２のグランドパターンを有し、
   前記複数の第２のグランドパターンのうち、他のグランドパターンを介さずに前記電気部品から流れ込む電流量の総量が最も大きい一の前記第２のグランドパターンのみが前記第１のグランドパターンと電気的に直接接続されており、他の前記第２のグランドパターンは、前記一の第２のグランドパターンを介して前記第１のグランドパターンに電気的に接続される、
   制御装置。
5. 請求項４に記載された制御装置において、
   前記制御対象のグランドは、前記一の第２のグランドパターンに接続されており、
   前記制御対象を制御するために用いるセンサのグランドは、前記他の第２のグランドパターンのいずれかに接続されている、
   制御装置。
6. 前記制御装置は、車両に搭載されて当該車両の動作を制御するものである、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の制御装置。

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