JP5740427B2 - 回路基板を備える制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板を備える制御装置に関し、特に、外来輻射ノイズに対する回路動作の耐性を高めることのできる回路基板を備えた制御装置に関する。

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、この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、制御対象に大電流が通電されるような場合には、制御回路を構成する回路基板上のグランドパターンといえども微小な電気抵抗を有することから、制御対象からグランドへ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、制御回路を構成する電気部品間のグランド電位に変動が生じ得る。また、このようなグランド電位の変動は、制御回路の外部から到来する輻射ノイズ（電磁波雑音）によっても生じ、これら種々の要因によって引き起こされるグランド電位の変動が、センサ信号の適正な受信を妨害したり各電気部品の適正な動作を妨害して、制御動作に誤りを生じさせる。

また、一般に、制御を行う際には、アナログ信号であるセンサ信号をＡＤ（Analog-to-Digital）変換してデジタル信号とし、当該デジタル信号に対しＣＰＵ（Central Processor Unit）や論理回路等のデジタル回路を用いて演算を行うことで制御対象を制御するための制御量を決定する。すなわち、センサ信号を取り扱うアナログ信号系の回路と、ＡＤ変換後のデジタル信号を扱うデジタル系の回路と、制御対象を扱う電力系の回路とは、一続きの回路として構成される。したがって、制御の正確さの観点からは、これら各回路のグランドが接続される各グランドパターンの電位は同電位であるか、もしくは異なる電位であっても互いの電位差が一定であることが望ましい。

従来、複数のグランド間の電位差変動を解消する技術として、モータ等の大電流負荷を駆動するパワー系回路のグランドパターンと、当該パワー系回路を制御するための信号を出力する信号制御系回路のグランドパターンとが、独立の配線パターンとして形成されるか又は独立の配線プレーンに形成され、両グランドパターンの間が、低周波の大電流を阻止すると共に両端の電位差を所定値以下に制限する制限素子（例えば抵抗器）及び当該制限素子に並列に接続された少なくとも一つの容量性素子（コンデンサ）を介して接続される、プリント配線基板が知られている（特許文献１参照）。このプリント配線基板では、上記容量性素子により両グランド間の高周波インピーダンスを低減して、制御信号の波形品位を維持すると共に、上記制限素子により、一方のグランドがオープン状態となった場合でも、両グランド間の電位差を所定値以下に制限して、両回路間の電気的なストレスを防止する

また、複数のグランドを用いたプリント配線基板において、コネクタ等から進入するノイズの影響を低減する技術として、表面層にアナログ入出力端子である外部接続部（コネクタ）と、アナログ回路と、アナロググランドと、デジタル回路とが形成され、中間層に基準電位を与えるデジタルグランドプレーンが形成され、外部接続部の近傍の、アナロググランド電位とデジタルグランド電位が同一である位置で、上記アナロググランドとデジタルグランドがコンデンサにより接続される、プリント配線基板が知られている（特許文献２参照）。このプリント配線基板では、外部接続部から進入するノイズが、上記コンデンサを介して即座にデジタルグランドプレーンに導かれるため、アナロググランドに対する当該ノイズの影響が防止される。

上述した従来のプリント配線基板の構成においては、コネクタ等の外部接続部の近傍や大電流負荷の近傍に、グランドパターン間を接続するコンデンサが設けられており、これによって外部接続部から入力されるノイズや負荷変動等に伴うグランド電位の変動の影響を回避することができる。しかしながら、上記プリント配線基板の構成では、プリント配線基板外部から到来する輻射ノイズによってグランドパターンに誘導される電気ノイズに対しては、何ら配慮が為されておらず、輻射ノイズの到来方向によっては、輻射ノイズによりグランドパターン上に誘導される電気ノイズの発生箇所から電源のグランド端子に至るまでの距離が長くなり、当該電気ノイズの影響を効果的に低減できない事態が起こり得る。

このような輻射ノイズによる回路動作への影響は、例えば、燃料燃焼のための火花放電やスタータモータ等の大電流負荷の駆動に伴う大きな輻射ノイズが発生する車両のエンジンルーム内においては、極めて重大なものとなり得る。このため、車両エンジンの制御を行うＥＣＵ（電子制御装置、Electronic Control Unit）等では、輻射ノイズに対するより高い制御回路の安定性を確保すべく、当該制御回路を構成するプリント配線基板について、でき得る限り高い輻射ノイズ耐性を持つことが期待される。

特開２０１０−４０７８７号公報 特許第３７９９９４９号公報

上記より、負荷変動に伴う制御の誤動作を回避しつつ、外来輻射ノイズに対するより高い耐性を持った回路基板を備える制御回路の実現が望まれている。

本発明は、制御回路を構成する電気部品が搭載された回路基板を備え、センサからの信号を受信して制御対象を制御する制御装置である。前記回路基板は、複数のグランドパターンを有し、前記複数のグランドパターンは、前記回路基板の外周の少なくとも一部に沿って形成された少なくとも一つの外縁部グランドパターンを含んでいる。また、前記外縁部グランドパターンを除く前記各グランドパターンは、前記外縁部グランドパターンに対し、直流的に接続されると共に、少なくとも一つのコンデンサを介して交流的に接続されている。
本発明の一の態様によると、前記外縁部グランドパターンは、電源のグランド端子に向かうグランド電流経路に対し、前記グランド電流経路に沿って他の前記グランドパターンよりも直流的に最も下流の位置に接続されている。
本発明の他の態様によると、前記外縁部グランドパターン以外の前記グランドパターンは、前記グランド電流経路に対し、前記外縁部ブランドパターンよりも直流的に下流に接続されていない。
本発明の他の態様によると、前記外縁部グランドパターンは、前記複数のグランドパターンのうち最も大きなグランド電流を前記グランド電流経路に対し流し出すものである。
本発明の他の態様によると、前記外縁部グランドパターンには、前記制御対象のグランドラインが接続されている、
本発明の他の態様によると、前記回路基板は矩形であり、前記外縁部グランドパターンは、前記回路基板の少なくとも３辺に沿う外周部に形成されている。
本発明の他の態様によると、前記外縁部グランドパターンは、前記回路基板の外周のうち、外来輻射ノイズの発生源が存在する方向に最も近い部分において、所定の長さの範囲に形成される。

本発明によれば、複数のグランドパターンが形成されたプリント配線基板を備える制御装置において、負荷変動に伴うグランドパターン間の電位差変動を抑制しつつ、輻射ノイズにより誘導されるグランドパターン間の電位差変動をも抑制して、輻射ノイズに対するより高い耐性を備えた、より安定な制御動作を行うことのできる制御回路を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。 本制御装置においてグランド電流変動及び外来輻射ノイズに起因するグランド電位変動の影響が低減される原理を説明するための説明図である。 本発明に従う制御回路における、信号用グランド（ＳＧ）、論理回路用グランド（ＬＧ）、及び外縁部グランドパターンたる電力用グランド（ＰＧ）が形成される回路基板の一例を示す図である。 本発明に従う制御回路における、全外周に外縁部グランドパターンたる電力用グランド（ＰＧ）が形成される回路基板の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一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の内部に収容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、その外側面にフランジ１０６、１０８、１１０が設けられている。筐体１０４及びフランジ１１０は、共に金属（例えばアルミニウム）等の導電性材料により構成されており、筐体１０４は、フランジ１０６、１０８、１１０により車体１１２に機械的に固定されると共に、フランジ１１０により車体１１２に対し電気的に接続される。

回路基板１００上には、駆動回路１２０及び１２２と、電源回路１２４と、ＡＤ変換回路（アナログ・デジタル変換回路、Analog-to-Digital Converter）１２６と、デジタル処理回路１２８と、が配され、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上に示した各回路１２０〜１２８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。

駆動回路１２０及び１２２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、車載発電機ＡＣＧ（オルタネータ、Alternating Current Generator）１３０からの電源供給を受けて動作し、デジタル処理回路１２８から受信した制御量に基づき、それぞれ制御対象１３２及び１３４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１３２及び１３４にそれぞれに出力する。

電源回路１２４は、例えばレギュレータであり、ＡＣＧ１３０から供給された電圧を所定の電圧値に変換して、ＡＤ変換回路１２６、デジタル処理回路１２８、及びセンサ１３６に電力を供給する。なお、ＡＣＧ１３０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、ＡＣＧ１３０のグランド端子（図示、「ＧＮＤ」側端子）は車体１１２に接続されている。

ＡＤ変換回路１２６は、電源回路１２４からの電源供給を受けて、センサ１３６から出力された検知電圧信号（センサ信号）であるアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタル処理回路１２８に出力する。

デジタル処理回路１２８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、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、ＡＤ変換回路１２６によりデジタル信号に変換されたセンサ１３６からのセンサ信号に基づいて、制御対象１３２及び１３４をそれぞれ制御するための制御量を算出する。

ここで、センサ１３６は、制御対象１３２、１３４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１３２、１３４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。

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３つのケーブル１４０、１４２、１４４、及びＡＣＧ１３０から電源を供給するためのワイヤ線１４６が接続され、これらのケーブル１４０〜１４４、及びワイヤ線１４６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１４０は、駆動回路１２０の出力を制御対象１３２に供給するための駆動電力線１５０と、制御対象１３２のグランド端子に接続されたグランド線１５２と、を有している。また、同様に、ケーブル１４２は、駆動回路１２２の出力を制御対象１３４に供給するための駆動電力線１５４と、制御対象１３４のグランド端子に接続されたグランド線１５６と、を有している。

ケーブル１４４は、電源回路１２４の出力電圧をセンサ１３６に供給する電源線１５８と、センサ１３６にグランド電位を与えるグランド線１６０と、センサ１３６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１６２と、を有している。

回路基板１００の外周部、本実施形態では、図１における回路基板１００の図示上下及び右側の辺に沿って、コの字形のパターンを構成するように電力用グランド（ＰＧ、Power Ground）１７２が設けられ、ＰＧ１７２に対し回路基板１００の内側に論理回路用グランド（ＬＧ、Logic Ground）１７０が設けられている。また、ＬＧ１７０とＰＧ１７２とは、その一部がＧＮＤ接続パターン１７４により直流的に接続されている。

ＬＧ１７０は、回路基板１００上に形成された配線ライン１８０を介して、センサ１３６からのグランド線１６０が接続されており、信号線１６２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、ＬＧ１７０は、配線ライン１８２を介してＡＤ変換回路１２６のグランドが接続され、ＡＤ変換回路１２６におけるＡＤ変換動作の基準電圧を与えている。すなわち、本実施形態では、ＬＧ１７０は、信号用グランド（ＳＧ、Signal Ground）を兼ねている。

さらに、ＬＧ１７０は、回路基板１００上に形成された配線ライン１８４を介してデジタル処理回路１２８のグランド端子に接続されており、デジタル処理回路１２８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、ＬＧ１７０には、回路基板１００上に形成された配線ライン１８６を介して電源回路１２４のグランドも接続されている。

ＰＧ１７２は、回路基板１００上に形成された配線ライン１８８を介して、ケーブル１４０内のグランド線１５２が接続されており、制御対象１３２からグランドへ還流する電流の復路を構成する。また、ＰＧ１７２には、配線ライン１９０を介して駆動回路１２０のグランドも接続されている。

さらに、ＰＧ１７２は、回路基板１００上に形成された配線ライン１９２を介して、ケーブル１４２内のグランド線１５６が接続されており、制御対象１３４からグランドへ還流する電流の復路を構成する。また、ＰＧ１７２には、配線ライン１９４を介して駆動回路１２２のグランドも接続されている。

図１に示すＰＧ１７２の、図示右側には、金属（例えばアルミニウム）等の導電性材料により構成された導体板１９６が設けられており、導体板１９６を筐体１０４及びＰＧ１７２にそれぞれ半田付けすることにより、ＰＧ１７２と筐体１０４との間の電気的な接続が行われる。なお、ＰＧ１７２と筐体１０４との接続は、導体板１９６を用いるほか、例えば、ＰＧ１７２と筐体１０４のカバー（不図示）とを接触させることにより行うこともできる。

これにより、ＡＣＧ１３０から回路基板１００に供給された電流は、センサ１３６、制御対象１３２、１３４、および各回路１２０〜１２８を構成する電気回路部品を通過した後、ＬＧ１７０、ＧＮＤ接続パターン１７４、及び／又はＰＧ１７２から筐体１０４及び車体１１２を経て、ＡＣＧ１３０のグランド端子へ戻り、電流の循環経路が構成される。なお、以下では、各回路１２０〜１２８、制御対象１３２、１３４、及びセンサ１３６からＡＣＧ１３０のグランド端子へ向かって流れる電流を、グランド電流とも称するものとする。

さらに、ＬＧ１７０とＰＧ１７２とは、コンデンサ２００ａ〜ｄにより交流的にも接続されている。

次に、グランド電流の変動及び外来輻射ノイズによるグランド電位の変動の影響が、制御装置１０において低減される原理について、図２を用いて説明する。
図２は、図１に示す制御装置１０の回路基板１００周辺部分を抜き出した部分図であり、制御装置１０においてグランド電流変動及び外来輻射ノイズに起因するグランド電位変動の影響が低減される原理を説明するための説明図である。図２に示した太い黒線は、ＬＧ１７０及びＰＧ１７２から導体板１９６、筐体１０４及び車体１１２を介してＡＣＧ１３０のグランド端子へ向かって流れ出るグランド電流の経路を示している。また、図２に示すギザギザの２辺を持つ黒い４つの三角形は、外来輻射ノイズの到来を模式的に示したものである。

制御対象１３２、１３４、及び駆動回路１２０、１２２から流れ出たグランド電流は、ＰＧ１７２、導体板１９６、筐体１０４を介して車体１１２に流れ出す。一方、ＬＧ１７０は、ＡＣＧ１３０に向かうグランド電流に関しＰＧ１７２よりも直流的に上流側にあって、電源回路１２４、ＡＤ変換回路１２６、デジタル処理回路１２８、及びセンサ１３６から流れ出たグランド電流を、ＧＮＤ接続パターン１７４、ＰＧ１７２、導体板１９６、筐体１０４を介して車体１１２に流し出す。

換言すれば、外縁部グランドパターンであるＰＧ１７２は、電源たるＡＣＧ１３０へ向かってＧＮＤ接続パターン１７４、導体板１９６、筐体１０４、及び車体１１２等により構成されるグランド電流経路に対し、当該グランド電流経路とＬＧ１７０との接続位置よりも直流的に下流側で接続されている。

一般に、車両制御においては、力学的に大きな力を発生させるアクチュエータ等が制御対象１３２、１３４となるため、制御対象１３２、１３４、及び駆動回路１２０、１２２からは、ＰＧ１７２を介して数十Ａから数百Ａに至る極めて大きなグランド電流が流れる。一方、筐体１０４及び車体１１２は、金属等の導電性材料で構成されているといえども有限の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１３２等からのグランド電流が流れることにより、無視し得ない電圧降下を発生させる。その結果、制御対象１３２等の動作状態に応じてＰＧ１７２から流れ出るグランド電流の大きさが変動すれば、筐体１０４及び車体１１２における電圧降下も変動し、ＰＧ１７２の電位が変動することとなる。

これに対し、デジタル処理回路１２８等が接続されたＬＧ１７０に流れる電流は数百ｍＡから数Ａ程度であり、上記のような電圧降下の要因とはなり得ない。

本制御装置１０の回路基板１００では、特に、ＬＧ１７０が上記グランド電流経路に対しＰＧ１７２よりも直流的に上流側に配されている。このため、ＰＧ１７２から流れ出す大きなグランド電流により筐体１０４と車体１１２とを介してＡＣＧ１３０へ至る電流経路に電圧効果が生じてＰＧ１７２の電位が上がったとしても、これと同じだけＬＧ１７０の電位も上昇することとなり、ＬＧ１７０とＰＧ１７２の電位は時間的に同位相で変化することとなる。その結果、各回路１２０〜１２８は、同じグランド電位、又は少なくとも一定の電位差が維持されたグランド電位を持つＬＧ１７０及びＰＧ１７２の電位に基づいて動作することとなり、安定な制御動作を行うことができることとなる。

なお、本実施形態では、導体板１９６、筐体１０４、及び車体１１２等で構成されるグランド電流経路に対し、ＬＧ１７０が上流側に、ＰＧ１７２が下流側に接続されるものとしたが、これに限らず、大きなグランド電流が流れるＰＧ１7２の下流側に他のグランドパターン（本実施形態ではＬＧ１７０）が接続されていなければ、上記と同様にグランドパターン間での電位差の変動は発生しないため、例えばＬＧ１７０とＰＧ１７２とが共に上記グランド電流経路の同じ位置で接続されるものとしてもよい。この場合、ＬＧ１７０とＰＧ１７２とが、上記グランド電流経路との接続位置における電位を直接的に共有することとなるので、上記と同様、ＬＧ１７０とＰＧ１７２の電位を時間的に同位相で変化するものとすることができる。

さらに、本制御装置１０の回路基板１００は、外縁部グランドパターンであるＰＧ１７２が回路基板１００の外周部に沿って形成され、ＬＧ１７０がＰＧ１７２に対し回路基板１００の内側（中央寄り）に形成されており、かつ、ＰＧ１７２とＬＧ１７０とが、コンデンサ２００ａ〜ｄにより交流的に接続されている。すなわち、ＰＧ１７２とＬＧ１７０とは、上述のようにＧＮＤ接続パターン１７４により直流的に接続される一方、コンデンサ２００ａ〜ｄを介して交流的にも接続され、各接続部の近傍において、高周波に対し互いに低インピーダンスで結合された状態となっている。

本制御装置１０の外部から到来し筐体１０４から進入した外来輻射ノイズは、まずＰＧ１７２に到達してノイズ電流を誘導し、ＰＧ１７２のグランド電位を交流的に（あるいは高周波領域で）変動させるが、ＬＧ１７０とＰＧ１７２とがコンデンサ２００ａ〜ｄにより交流的に接続され高周波的に低インピーダンスで結合していることから、ＬＧ１７０のグランド電位もこれと同位相で変動することとなる。その結果、ＬＧ１７０とＰＧ１７２との電位差は、外来輻射ノイズが到来した場合にも、０Ｖ又は一定値を維持することとなり、制御動作の安定性が確保される。

なお、本実施形態では、ＬＧ１７０とＰＧ１７２とを交流的に接続するコンデンサの数を４つ（コンデンサ２００ａ〜ｄ）としたが、当該コンデンサの数はこれに限らず、外来輻射ノイズによるグランド電位の交流的な変動に対しＬＧ１７０とＰＧ１７２とを低インピーダンスで結合するという効果が得られる限りにおいて、両グランドパターンの一つ以上のコンデンサとすることができ、かつ、上記効果が得られる範囲においてその容量を選択することができる。

また、上述の制御装置１０の構成では、図１に示す回路基板１００上の電気回路は、一つのセンサ及び二つの制御対象を扱うものとして記載されているが、複数のセンサ及び一つまたは三つ以上の制御対象を扱うものとして構成することもできる。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ＬＧ１７０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ＰＧ１７２に接続されるものとすることができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、回路基板１００の部品実装面にＬＧ１７０及びＰＧ１７２が形成されているものとしたが、ＬＧ１７０及びＰＧ１７２が形成される面はこれに限らず、電気部品が実装されない回路基板１００の裏面や、回路基板１００が多層基板である場合には当該多層基板の内層の面とすることができる。

また、本実施形態では、ＬＧ１７０が信号用グランド（ＳＧ）を兼ね、センサ１３６及びＡＤ変換回路１２６のグランドも接続される構成としたが、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やＡＤ変換誤差の大きさによっては、センサ１３６やＡＤ変換回路１２６のグランドラインを接続するための信号用グランド（ＳＧ、Signal Ground）を、ＬＧ１７０とは独立に設けるものとすることができる。

この場合、ＳＧは、外縁部グランドパターンであるＰＧ１７２よりも回路基板１００の内側に形成されるものとり、かつ、ＳＧ、ＬＧ１７０、及びＰＧと、電源たるＡＣＧ１３０に向かうグランド電流経路との各接続点は、最も大きなグランド電流を流し出すＰＧ１７２の接続点がグランド電流経路の最も下流側に配されるものとするか、又は、ＳＧ及びＬＧとグランド電流経路との接続点が少なくともＰＧ１７２の接続点よりも下流には配されないものとする。したがって、例えば、ＳＧと上記グランド電流経路との接続点は、ＬＧ１７０とグランド電流経路との接続点よりも直流的に上流側に配するものとすることができる。

さらに、ＳＧは、ＰＧ１７２に対し、直接に又はＬＧ１７０を介して間接的に、少なくとも一つのコンデンサにより交流的に接続されるものとすることができる。

図３は、本発明に従う制御回路における、信号用グランド（ＳＧ）、論理回路用グランド（ＬＧ）、及び電力用グランド（ＰＧ）が形成された回路基板の一例を示す図である。なお、理解を容易にするため、図３にはＳＧ、ＬＧ，及びＰＧとコネクタのみが記載され、電気部品や配線パターン等の記載は省略されている。図３の例では、回路基板３００の外周の３辺に沿って外縁部グランドパターンであるＰＧ３０２が形成され、ＰＧ３０２の内側にＬＧ３０４が形成され、ＬＧ３０４の内側にＳＧ３０６が形成されている。また、ＬＧ３０４とＰＧ３０２との間はＧＮＤ接続パターン３０８により直流的に接続され、ＳＧ３０６とＬＧ３０４との間はＧＮＤ接続パターン３１０により直流的に接続されている。

さらに、ＬＧ３０４とＰＧ３０２との間は、コンデンサ３２０ａ〜ｄにより交流的に接続されている。また、ＳＧ３０６は、ＬＧ３０４との間がコンデンサ３３０ａ〜ｄにより交流的に接続され、ＬＧ３０４を介してＰＧ３０２と間接に交流的に結合している。

上記の構成を有する回路基板３００を、例えば、図１と同様の構成により筐体１０４に収容すれば、ＡＣＧ１３０へ向かうグランド電流に関し、ＬＧ３０４は直流的にＰＧ３０２の上流に配され、ＳＧ３０６は直流的にＬＧ３０４の上流に配されることとなる。このため、制御装置１０と同様に、筐体１０４及び車体１１２における電圧降下に起因したＰＧ３０２の電位変動があっても、ＰＧ３０２とＬＧ３０４とＳＧ３０６との間の互いの電位差はゼロ又は一定値に維持されることとなり、制御動作の安定性が確保される。

また、外部から到来する輻射ノイズは、まず、回路基板３００の外周に形成されたＰＧ３０２に到達して電位変動を誘導し、当該ノイズにより誘導されたＰＧ３０２の電位変動は、コンデンサ３２０ａ〜ｄ及び３３０ａ〜ｄによりＬＧ３０４及びＳＧ３０６にも伝達される。このため、外来輻射ノイズが到来した場合にも、ＰＧ３０２とＬＧ３０４とＳＧ３０６との間の互いの電位差はゼロ又は一定値に維持されることとなり、制御動作の安定性が確保される。

上述した本実施形態においては、回路基板１００の外周の３辺に沿ってＰＧ１７２を形成するものとしたが、ＰＧ１７２が形成される辺の数はこれに限らず、筐体１０４内部に進入した外来輻射ノイズがまずＰＧ１７２に到達するように配される限りにおいて、任意の辺の数とすることができ、また、回路基板１００が矩形でない場合には、当該回路基板１００の外周に沿って任意の範囲にＰＧ１７２を設けることができる。例えば、外来輻射ノイズの発生源の位置が特定されている場合には、回路基板１００の辺又は外周のうち、制御装置１０から見た当該ノイズ発生源の方向に最も近い一つ又は複数の辺、若しくは当該方向に最も近い外周部分の所定の長さに亘る範囲に、ＰＧ１７２を形成するものとすることができる。また、例えば、外来輻射ノイズの発生源の位置が特定されない場合には、回路基板１００の全辺又は全外周に沿って、ＰＧ１７２を形成するものとすることもできる。

図４は、本発明に従う制御回路における、全外周に外縁部グランドパターンたる電力用グランド（ＰＧ）が形成される回路基板の一例を示す図である。なお、理解を容易にするため、図４にはＰＧ４０２及びＬＧ４０４を含む回路基板４００とコネクタ１０２のみが記載され、電気部品や配線パターン等の記載は省略されている。また、図４においては、ＰＧ４０２及びＬＧ４０４は回路基板４００の裏面に形成されているものとする。

ＰＧ４０２は、回路基板４００の全外周に沿って形成されており、ＧＮＤ接続パターン４０６によりその内側に形成されたＬＧ４０４と直流的に接続されている。また、ＰＧ４０２とＬＧ４０４との間は、コンデンサ４１０ａ〜ｄにより交流的に接続されている。

上記の構成を有する回路基板４００を、例えば、図１と同様の構成により筐体１０４に収容すれば、ＡＣＧ１３０へ向かうグランド電流に関し、ＬＧ４０４は直流的にＰＧ４０２の上流に配されることとなるので、制御装置１０と同様に、筐体１０４及び車体１１２における電圧降下に起因したＰＧ４０２の電位変動があっても、ＰＧ４０２とＬＧ４０４との間の互いの電位差はゼロ又は一定値に維持されることとなり、制御動作の安定性が確保される。

また、外部から到来する輻射ノイズは、まず、回路基板４００の外周に形成されたＰＧ４０２に到達し、当該ノイズによりＰＧ４０２に誘導された電位変動は、コンデンサ４１０ａ〜ｄによりＬＧ４０４にも伝達される。このため、外来輻射ノイズが到来した場合にも、ＰＧ４０２とＬＧ４０４との間の電位差はゼロ又は一定値に維持されることとなり、制御動作の安定性が確保される。

以上、説明したように、本実施形態に係る制御装置１０では、回路基板１００の外周に沿って最も大きなグランド電流が流れるＰＧ１７２が外縁部グランドパターンとして形成されている。また、ＬＧ１７０が、ＰＧ１７２より回路基板１００の内側に形成されると共に、ＰＧ１７２に対し直流的に接続され、かつ、一つ以上のコンデンサ２００ａ〜ｄにより交流的に接続されている。

これにより、ＬＧ１７０を、電源たるＡＣＧ１３０に向かうグランド電流に関し、ＰＧ１７２に対して上流に配することができ、ＰＧ１７２から流れ出る大きなグランド電流に起因してＰＧ１７２のグランド電位が変動した場合でも、ＬＧ１７０のグランド電位を同様に変動させ、ＰＧ１７２及びＬＧ１７０間のグランド電位差を一定に維持して制御装置１０の制御動作の安定性を確保することができる。

また、外来輻射ノイズが筐体１０４に進入した場合でも、当該ノイズに起因するノイズ電流を、まず回路基板１００外周の外縁部グランドパターンたるＰＧ１７２において発生させ、ＰＧ１７２において発生した当該ノイズ電流に起因する交流的な電位変動を、コンデンサ２００ａ〜ｄによりＬＧ１７０にも即座に伝達して、ＰＧ１７２及びＬＧ１７０間のグランド電位差を一定に維持して制御装置１０の制御動作の安定性を確保することができる。

これにより、制御装置１０は、制御対象１３２、１３４の負荷変動に起因する制御の誤動作を回避しつつ、外来輻射ノイズに対する高い耐性を備えて、より安定な制御動作を行うことができる。

１０・・・制御装置、１００、３００、４００・・・回路基板、１０２・・・コネクタ、１０４・・・筐体、１０６、１０８、１１０・・・フランジ、１１２・・・車体、１２０、１２２・・・駆動回路、１２４・・・電源回路、１２６・・・ＡＤ変換回路、１２８・・・デジタル処理回路、１３０・・・ＡＣＧ、１３２、１３４・・・制御対象、１３６・・・センサ、１４０、１４２、１４４・・・ケーブル、１４６・・・ワイヤ線、１５０、１５４・・・駆動電力線、１５２、１５６、１６０・・・グランド線、１５８・・・電源線、１６２・・・信号線、１７０、３０４、４０４・・・論理回路用グランド（ＬＧ）、１７２、３０２、４０２・・・電力用グランド（ＰＧ）、３０６・・・信号用グランド（ＳＧ）、１７４、３０８、３１０、４０６・・・ＧＮＤ接続パターン、１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４・・・配線ライン、１９６・・・導体板、２００ａ〜ｄ、３２０ａ〜ｄ、３３０ａ〜ｄ、４１０ａ〜ｄ・・・コンデンサ。

Claims (7)

1. 制御回路を構成する電気部品が搭載された回路基板を備え、センサからの信号を受信して制御対象を制御する制御装置であって、
   前記回路基板は、複数のグランドパターンを有し、
   前記複数のグランドパターンは、前記回路基板の外周の少なくとも一部に沿って形成された少なくとも一つの外縁部グランドパターンを含み、
   当該外縁部グランドパターンは、他の前記複数のグランドパターンを、前記回路基板の外周の前記少なくとも一部に沿って囲うように構成されており、
   前記外縁部グランドパターンを除く前記各グランドパターンは、それぞれ一部分において、前記外縁部グランドパターンに対し直接に、又は他の前記グランドパターンを介して間接に、抵抗器を介さず直流的に接続されていると共に、当該直流的に接続されている部分以外の部分において、少なくとも一つのコンデンサを介して前記外縁部グランドパターンに対し直接に、又は他の前記グランドパターンを介して間接に、交流的に接続されている、
   制御装置。
2. 前記外縁部グランドパターンは、電源のグランド端子に向かうグランド電流経路に対し、前記グランド電流経路に沿って他の前記グランドパターンよりも直流的に最も下流の位置に接続されている、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記外縁部グランドパターン以外の前記グランドパターンは、前記グランド電流経路に対し、前記外縁部グランドパターンよりも直流的に下流に接続されていない、
   請求項１に記載の制御装置。
4. 前記外縁部グランドパターンは、前記複数のグランドパターンのうち最も大きなグランド電流を前記グランド電流経路に対し流し出すものである、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記外縁部グランドパターンには、前記制御対象のグランドラインが接続されている、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記回路基板は矩形であり、
   前記外縁部グランドパターンは、前記回路基板の少なくとも３辺に沿う外周部に形成されている、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記外縁部グランドパターンは、前記回路基板の外周のうち、外来輻射ノイズの発生源が存在する方向に最も近い部分において、所定の長さの範囲に形成される、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の制御装置。

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