JP5923438B2

JP5923438B2 - 複数のグランドパターンを備えた回路基板を有する制御装置

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Publication number: JP5923438B2
Application number: JP2012251363A
Authority: JP
Inventors: 淳史倉内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: JP2014099554A

Description

本発明は、回路基板を有する制御装置であって、特に、当該回路基板が複数のグランドパターンを備えてい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ト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、センサにより上記電気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。その結果、センサに与えるグランド電位も変動し、センサ信号を正しく受信することができなくなって、制御動作に誤りを生ずることとなる。

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。

そこで、上述のような、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１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１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り発生する内部グランド内の電圧降下によりセンサのグランドラインと内部電源のグランドラインとの間に電位差が生ずる現象を効果的に回避することができるが、センサ等のグランドラインと制御対象のグランドラインの、内部グランドパターンに対する接続点の相対的な位置関係（すなわち、接続点の配置）に制約が課されることから、回路基板内における結線パターンの配置の自由度や電気部品の配置の自由度が制限される。すなわち、特許文献１に記載の制御装置は、各電気部品のグランドラインをグランドパターンに接続する際の、接続点の配置の自由度の点でなお改善の余地がある。

特開２０１２−１１４２１８号公報

上記の背景から、回路基板内のレイアウトの自由度に対する制限を緩和しつつ、制御対象等からグランドラインへ還流する大電流によりグランド電位が変動することによる制御動作への影響を回避できる、制御回路の実現が望まれている。

本発明は、電気部品が搭載された回路基板を備える制御装置であって、前記回路基板は、前記電気部品のグランドが接続された複数のグランドパターンと、電源のグランドに向かう電流経路に直接又は間接に電気的に接続された共通接続パターンと、を有し、前記複数の各グランドパターンは、それぞれ前記共通接続パターンと電気的に接続され、前記複数の各グランドパターンから流れ出るグランド電流は、前記共通接続パターンを介してのみ前記回路基板外へ流れ出て前記電源のグランドに至る。
本発明の他の態様によると、前記共通接続パターンは、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に接続されている。
本発明の他の態様によると、前記共通接続パターンは、前記複数のグランドパターンのうちの少なくとも一つの前記グランドパターンの一部として構成されている。
本発明の他の態様によると、前記複数のグランドパターンは、前記共通接続パターンから延在するように形成されている。
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、回路基板内のレイアウトの自由度に対する制限を緩和しつつ、制御対象等からグランドラインへ還流する大電流によりグランド電位が変動することによる制御動作への影響を防止することができる。

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。本発明におけるグランドパターンの接続の例を示す図である。本発明におけるグランドパターンの接続の、他の例を示す図である。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、その外側面にフランジ１０６ａ、１０６ｂ、及び１０６ｃが設けられている。筐体１０４及びフランジ１０６ａ〜ｃ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１０６ａ〜ｃ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、回路基板１００上に形成された銅箔等の電気回路パターン（配線ライン）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、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、センサ１２０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。

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、処理回路１１４とセンサ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３つのケーブル１２６、１２８、１３０が接続され、これらのケーブル１２６、１２８、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、ＡＣＧ１２４から回路基板１００上の電気部品等に電力を供給する電源線である。

ケーブル１３０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１３６ａと、制御対象１２２のグランド端子に接続されたグランド線１３６ｂと、を有している。

回路基板１００の一部には、信号用グランド（ＳＧ、Signal Ground）１４０、論理回路用グランド（ＬＧ、Logic Ground）１４２、及び電力用グランド（ＰＧ、Power Ground）１４４から成る複数のグランドパターンと、筐体１０４を介して電源たるＡＣＧ１２４のグランド端子に間接的に接続される共通接続パターン１４６が設けられている。

ここで、共通接続パターン１４６は、回路基板１００の表面（図１に示した回路基板１００の面を表面とする）に形成されたパターン１４６ａ（図示斜線部分）と、当該パターン１４６ａと対向するよう回路基板１００の裏面に形成されたパターン１４６ｂ（図示点線部分）から成り、パターン１４６ａとパターン１４６ｂとは、例えばビアホールにより電気的に接続されている。また、回路基板１００の裏面に設けられたパターン１４６ｂは、回路基板１００を筐体１０４に取り付けた状態において筐体１０４と接触するよう構成されており、当該接触により筐体１０４と電気的に接続される。

なお、共通接続パターン１４６のパターン１４６ａの形状は、本実施形態ではＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４と同じ幅を持つ矩形として示されているが、これに限られるものではなく、任意の形状とすることができる。例えば、共通接続パターン１４６を、グランドパターンであるＳＧ１４０、ＬＧ１４２、又はＰＧ１４４より広い幅を持つ矩形や、任意の大きさの多角形あるいは円形のパターンとして構成することもできる。

ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４は、それぞれの一端が共通接続パターン１４６に電気的に接続されており、したがって、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４から流れ出るグランド電流は、共通接続パターン１４６を介してのみ筐体１０４に流れ、筐体１０４及び車体１１０を通ってＡＣＧ１２４のグランド端子に至る。

ＳＧ１４０には、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からのグランド線１３２ｂが接続されており、これにより、センサ１２０に対し、信号線１３２ｃに送り出すセンサ信号の電圧レベルの基準が与えられる。さらに、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のグランドが接続されている。

ＬＧ１４２には、回路基板１００上に形成された配線ライン１５４を介して処理回路１１４のグランドが接続されており、これにより、処理回路１１４に対しそ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が与えられる。また、ＬＧ１４２には、回路基板１００上に形成された配線ライン１５６を介して電源回路１１６のグランドも接続されている。

ＰＧ１４４には、回路基板１００上に形成された配線ライン１６０を介して、ケーブル１３０内のグランド線１３６ｂが接続されており、これにより、制御対象１２２からグランドへ還流する電流の復路が構成される。また、ＰＧ１４４には、配線ライン１６２を介して駆動回路１１８のグランドも接続されている。

一般に、センサ及びプリアンプからのグランド電流は数十μＡから数十ｍＡ程度であるのに対し、処理回路からのグランド電流は、これより数桁程度大きい数百ｍＡから数Ａであり、アクチュエータ等の制御対象からのグランド電流は、さらに数桁大きい数十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導電体であるグランドパターンといえども、僅かな電気抵抗を有することから、上記のような制御対象からの大きなグランド電流が流れれば当該グランド電流の電流経路に沿って電圧降下が生じ、当該グランドパターンに不均一な電圧分布が生じる。同様に、金属等の導電性材料により構成されている筐体や車体においても、僅かな電気抵抗を有するため、上記のような制御対象からのグランド電流が流れれば無視し得ない電圧降下が発生する。

その結果、回路基板上のグランドパターン、筐体、及び車体等により構成される電流経路に対する、制御対象等からの大きなグランド電流の電流経路の接続位置と、センサや処理回路等からの比較的小さなグランド電流の電流経路の接続位置との、相対的な位置関係が不適切な場合には、各電気部品におけるグランド電位に差が生じて、制御動作の異常や制御誤差が生じ得る。

本実施形態に係る制御装置１０では、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４を含む複数のグランドパターンのそれぞれの一端が共通接続パターン１４６に接続され、上記複数の各グランドパターン（すなわち、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、またはＰＧ１４４）から流れ出るグランド電流は、共通接続パターン１４６を介してのみ回路基板１００外へ流れ出し、筐体１０４及び車体１１０を通って電源たるＡＣＧ１２４のグランド端子に至るように構成されている。

このため、制御装置１０においては、制御対象１２２からの大きなグランド電流により筐体１０４及び車体１１０において電圧降下を生じて筐体１０４の電位が変動したとしても、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４における互いの電位差はゼロとなり、制御動作の異常や制御誤差の発生が防止される。また、制御対象１２２からのグランド電流によりＰＧ１４４内に電圧分布を生じたとしても、少なくともＰＧ１４４のうち共通接続パターン１４６と接続される位置の近傍においてはＳＧ１４０及びＬＧ１４２との電位差はほぼゼロとなるので、当該近傍部分に駆動回路１１８を配置したり、ＰＧ１４４の長さを短くして電圧降下量を低減すること等により、ＰＧ１４４内における電圧降下の影響を回避することが可能となる。

さらに、各グランドパターン（ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４）は、共通接続パターン１４６に接続されるという条件を満たす限りにおいて回路基板１００上の任意の位置に形成することができるため、回路基板上における電気部品や回路パターンのレイアウトに対する制限が緩和されることとなる。

なお、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及び一つの制御対象を扱うものとして記載されているが、複数のセンサ及び複数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。

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、ＳＧ１４０ではなくＬＧ１４２に接続することもできる。

また、本実施形態では、小信号を扱うセンサ１２０とプリアンプ１１２とが接続されるＳＧ１４０、デジタル信号を扱う処理回路等が接続されるＬＧ１４２、大電力信号を扱う制御対象１２２と駆動回路１１８とが接続されるＰＧ１４４、のように、各グランドパターンが、それぞれ異なる種類の信号を扱う電気部品群に接続されるものとなっているが、各グランドパターンの使い分け方はこれに限定されない。例えば、各グランドパターンに対し、それぞれ、接続すべき電気部品のグランド電流の範囲を定めておき、各グランドパターンには当該パターンに対して定めた範囲のグランド電流を流し出す電気部品のみを接続するものとしてもよい。

さらに、共通接続パターン１４６は、筐体１０４を介して電源たるＡＣＧ１２４のグランド端子に間接的に接続されるものとしたが、これに限らず、共通接続パターン１４６とＡＣＧ１２４のグランド端子とを、例えばリード線により、直接的に接続することもできる。このように、共通接続パターン１４６とＡＣＧ１２４のグランド端子とをリード線等により直接的に接続した場合でも、各グランドパターン（ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４）から流れ出るグランド電流は、共通接続パターン１４６を介してのみ回路基板１００外へ流れ出ることとなるので、大きなグランド電流により上記リード線等において電圧降下が発生したとしても、ＳＧ１４０、ＬＧ１４２、及びＰＧ１４４における互いの電位差はゼロに保持され、制御動作の異常や制御誤差の発生は防止される。また、共通接続パターン１４６をＡＣＧ１２４のグランドに直接的に接続するか間接的に接続するかは、回路基板１００上の電気部品や回路パターンのレイアウトには影響を与えないため、上記構成においても、回路基板１００上のレイアウトに対する制限は緩和される。

さらに、本実施形態では、Ｌ字形のＳＧ１４０及びＰＧ１４４のそれぞれの一端と直線状のＬＧ１４２の一端とが共通接続パターン１４６に接続されて、全体としてＥ字形のパターンを構成するものとなっているが（図１）、グランドパターンの設け方はこれに限られない。すなわち、本発明の制御回路では、複数のグランドパターンの各グランドパターンから流れ出すグランド電流が、共通接続パターンを介してのみ回路基板外へ流れ出て電源のグランド端子に至る構成であればよく、当該複数のグランドパターンを、例えば十字型に接続したり、放射状に接続して構成することもできる。また、上記複数のグランドパターンのうちの少なくとも一つのグランドパターンの一部を用いて共通接続パターンを構成することもできる。

図２及び図３は、本発明の制御装置におけるグランドパターンの設け方についての例を示す図である。なお、図２及び図３においては、回路基板に設けられるグランドパターン及び共通接続パターンのみを取り出して示している。また、図２及び図３において、７００〜７６２は、電気部品（不図示）が接続されるグランドパターンであり、８００〜８１８は、電源（不図示）のグランド端子が直接又は間接に接続される共通接続パターンである。

最も単純な形態として、二つの直線状グランドパターンを、Ｌ字形状（またはＶ字形状）やＩ字形状をなすように矩形状の共通接続パターンに接続することができる。図２Ａでは、直交する方向に形成された二つの直線状グランドパターン７００及び７０２が共通接続パターン８００に接続されてＬ字形状を構成しており、図２Ｂでは、同一方向に形成された二つの直線状グランドパターン７０４及び７０６が共通接続パターン８０２に接続されてＩ字形状を構成している。

また、図２Ｃに示すように、二つのＬ字形グランドパターン７０８及び７１０を共通接続パターン８０４に接続して、全体をコの字形状に構成することもできる。このようなコの字形の構成は、図２Ｄに示すように、一つのＬ字形状のグランドパターン７１２の一端と直線状グランドパターン７１４の一端とを共通接続パターン８０６に接続することによっても構成することができる。

さらに、図２Ｅに示すように、３つのグランドパターン７１６、７１８、及び７２０の一端を共通接続パターン８０８に接続して、全体をＴ字形状とすることもできる。このようなＴ字形の構成は、図２Ｆに示すように、二つの直線状グランドパターン７２２及び７２４を用い、一方のグランドパターン７２２の略中央部分により共通接続パターン８１０を構成するものとし、当該共通接続パターン８１０に他方のグランドパターン７２４の一端を接続することによっても構成することができる。

また、三つの直線状グランドパターンを用いた構成として、Ｔ字形の接続構成のほか、図３Ａに示すようなＹ字形状の接続構成を用いることもできる。図３Ａにおいては、三つの直線状グランドパターン７２６、７２８、７３０のそれぞれの一端が、三角形の共通接続パターン８１２に接続され、全体としてＹ字形状を構成している。

直線状グランドパターンの数が更に多い場合には、図３Ｂ及びＤに示すように、四つのグランドパターン７３２〜７３８の一端を矩形の共通接続パターン８１４に接続して十字形状の構成としたり、六つのグランドパターン７４６〜７５６の一端を六角形の共通接続パターン８１８に接続して＊形状（あるいは放射形状）の構成とすることもできる。なお、図３Ｂに示す十字形状の構成は、図３Ｃに示すように、三つの直線状グランドパターン７４０〜７４４を用い、一のグランドパターン７４２の略中央部分により共通接続パターン８１６を構成するものとし、当該共通接続パターン８１６に他の二つのグランドパターン７４０、７４４の一端を接続することによっても構成することができる。

なお、上述した図２及び図３の説明においては、各グランドパターンの一端が共通接続パターンに接続されているものとして表現したが、図２及び図３に示した構成は、各グランドパターンが共通接続パターンから延在するように形成されたものと見ることもできる。例えば、図３Ａ及びＢに示す形状は、それぞれ、グランドパターン７２６、７２８、７３０を共通接続パターン８１２から延在するように形成したもの、及び、グランドパターン７３２、７３４、７３６、７３８を共通接続パターン８１４から延在するように形成したものとして構成することができる。また、図３Ｃに示す形状は、グランドパターン７４２の略中央部分により構成された共通接続パターン８１６から延在するように、グランドパターン７４０及び７４４を形成したものとして構成することができる。

また、各グランドパターンの形状は、図２及び図３に示した例では直線やＬ字形といった単純な形状を有するものとしているが、これに限らず、各グランドパターンは、共通接続パターンに対しその一端が接続されるか、又は、共通接続パターンから延在するように形成されている限りにおいて、任意の形状を持つものとすることができる。

図２及び図３に例示したグランドパターンを含め、どのような構成のグランドパターンとするかは、例えば、回路基板の形状や、当該回路基板に搭載される電気部品の形状、あるいは、当該回路基板上に形成された電気回路における信号処理の経路（例えば、信号が当該電気回路に入力されてから出力されるまでの信号処理経路）等に基づき、適宜決定することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る制御装置について説明する。本実施形態は、図３Ｂ又はＣに示した十字形の形状を為すグランドパターン構成の具体例である。

図４に、本発明の第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す。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）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じ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４０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４００を備える。

回路基板４００には、複数のグランドパターンとして、信号用グランドのグランドパターンであるＳＧ４４０と、論理回路用グランドのグランドパターンであるＬＧ４４２ａ及び４４２ｂと、電力用グランドのグランドパターンであるＰＧ４４４が形成されている。また、回路基板４００には、筐体１０４等を介して電源たるＡＣＧ１２４のグランド端子に間接的に接続される共通接続パターン４４６が設けられている。

共通接続パターン４４６は、回路基板４００の表面（図４に示した回路基板４００の面を表面とする）に形成されたパターン４４６ａ（図示斜線部分）と、当該パターン４４６ａと対向するよう回路基板４００の裏面に形成されたパターン４４６ｂ（図示点線部分）から成り、パターン４４６ａとパターン４４６ｂとは、例えばビアホールにより電気的に接続されている。また、回路基板４００の裏面に設けられたパターン４４６ｂは、回路基板４００を筐体１０４に取り付けた状態において筐体１０４と接触するよう構成されており、当該接触により筐体１０４と電気的に接続される。

なお、共通接続パターン４４６のパターン４４６ａの形状は、本実施形態ではＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ４４４と同じ幅を持つ矩形として示されているが、これに限られるものではなく、任意の形状とすることができる。例えば、共通接続パターン４４６を、グランドパターンであるＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、又はＰＧ４４４より広い幅を持つ矩形や、任意の大きさの多角形あるいは円形のパターンとして構成することもできる。

ＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ１４４は、それぞれの一端が共通接続パターン４４６に電気的に接続されており、全体として、当該共通接続パターン４４６を中心とする十字形のパターンを構成している。これにより、ＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ４４４から流れ出るグランド電流は、共通接続パターン４４６を介してのみ回路基板４００外へ流れ出し、筐体１０４及び車体１１０を通ってＡＣＧ１２４のグランド端子に至る。

ＳＧ４４０には、回路基板４００上に形成された配線ライン４５０ａ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、これにより、センサ１２０に対し、信号線１３２ｃに送り出すセンサ信号の電圧レベルの基準が与えられる。さらに、ＳＧ４４０には、回路基板４００上に形成された配線ライン４５０ｂを介して、プリアンプ１１２のグランドが接続されている。

ＬＧ４４２ａには、回路基板４００上に形成された配線ライン４５４を介して処理回路１１４のグランドが接続されており、これにより、処理回路１１４に対しそ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が与えられる。

ＬＧ１４２ｂには、回路基板４００上に形成された配線ライン４５６を介して電源回路１１６のグランドが接続されている。

ＰＧ４４４には、回路基板４００上に形成された配線ライン４６０を介して、ケーブル１３０内のグランド線１３６ｂが接続されており、これにより、制御対象１２２からグランドへ還流する電流の復路が構成される。また、ＰＧ４４４には、配線ライン４６２を介して駆動回路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４０は、回路基板４００上に形成された複数のグランドパターンであるＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ４４４が、共通接続パターン４４６を中心とする十字形を為すように互いに電気的に接続されている。このため各グランドパターンＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、ＰＧ４４４から流れ出すグランド電流は、共通接続パターン４４６を介してのみ回路基板４００外へ流れ出し、筐体１０４及び車体１１０により構成される電流経路を通ってＡＣＧ１２４のグランド端子へ還流する。

その結果、制御装置４０は、ＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ４４４の電位が共通接続パターン４４６の電位に維持されることとなり、上述した第１の実施形態に係る制御装置１０と同様に、制御対象１２２から還流するグランド電流により筐体１０４及び車体１１０において電圧降下が発生して筐体１０４の電位が変動したとしても、ＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ４４４における互いの電位差はゼロとなり、制御動作の異常や制御誤差の発生が防止される。また、制御対象１２２からのグランド電流によりＰＧ４４４内に電圧分布を生じたとしても、第１の実施形態に係る制御装置１０と同様に、少なくともＰＧ４４４のうち共通接続パターン４４６と接続される位置の近傍においてはＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、及びＬＧ４４２ｂとの電位差はほぼゼロとなるので、当該近傍部分に駆動回路１１８を配置したり、ＰＧ４４４の長さを短くして電圧降下量を低減すること等により、ＰＧ４４４内における電圧降下の影響を回避することが可能となる。

また、各グランドパターン（ＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ１４４）は、共通接続パターン４４６を中心として接続されるという条件を満たす限りにおいて回路基板４００上の任意の位置に形成することができるため、本制御装置４０においても、第１の実施形態に係る制御装置１０と同様に、回路基板上における電気部品や回路パターンのレイアウトに対する制限が緩和される。

なお、上記の説明では、グランドパターンであるＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ４４４の十字形の接続（図４）を、これら４つのグランドパターンの一端が共通接続パターン４４６に接続されたものとして表現したが、当該十字の形状は、共通接続パターン４４６から図示上下左右に延在するようにＳＧ４４０、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂ、及びＰＧ４４４を形成したものとして構成することもでき、また、ＬＧ４４２ａ、ＬＧ４４２ｂを含む図示縦方向に延びた一つの直線状グランドパターンの略中央部分により共通接続パターン４４６を構成し、共通接続パターン４４６から延在するようにＳＧ４４０及びＰＧ４４４を形成して構成することもできる。

以上説明したように、第１及び第２の実施形態に係る制御装置は、回路基板上に複数のグランドパターンを有し、各グランドパターンは、電源のグランド端子に至る電流経路に直接又は間接に接続された電流接続パターンに接続されている。これにより、本制御装置では、各グランドパターンから流出するグランド電流が、共通接続パターンを介してのみ、当該制御装置の回路基板から外へ流れ出すため、流れ出した大電流により回路基板外の電流経路（例えば、当該制御回路の筐体や車体）において電圧降下が発生したとしても、グランドパターン間の電位差をゼロに保持して、制御動作の異常や制御誤差の発生を防止することができる。

また、本制御装置では、各グランドパターンを、共通接続パターンに接続されるという条件を満たす限りにおいて回路基板上の任意の位置に形成することができるため、回路基板上における電気部品や回路パターンのレイアウトに対する制限が緩和される。

１０、４０・・・制御装置、１００、４００・・・回路基板、１０２・・・コネクタ、１０４・・・筐体、１１０・・・車体、１１２・・・プリアンプ、１１４・・・処理回路、１１６・・・電源回路、１１８・・・駆動回路、１２０・・・センサ、１２２・・・制御対象、１２４・・・ＡＣＧ、１４０、４４０・・・信号用グランド（ＳＧ）、１４２、４４２ａ、４４２ｂ・・・論理回路用グランド（ＬＧ）、１４４、４４４・・・電力用グランド（ＰＧ）、１４６、４４６、８００〜８１８・・・共通接続パターン、７００〜７５６・・・グランドパターン。

Claims

機能及び又は扱う信号の大きさの異なる複数の回路ブロックから成る電気回路を構成するように３つ以上の電気部品が搭載された回路基板を備える制御装置であって、
前記回路基板は、
前記回路ブロック毎に設けられた、それぞれに一つ又は複数の前記電気部品のグランドが接続されたグランドパターンと、
電源のグランドに向かう電流経路に直接又は間接に電気的に接続された共通接続パターンと、
を有し、
前記グランドパターンは、それぞれ前記共通接続パターンと電気的に接続され、前記グランドパターンから流れ出るグランド電流は、それぞれ前記共通接続パターンを介してのみ前記回路基板外へ流れ出て前記電源のグランドに至るよう構成されており、
前記回路ブロックの少なくとも一つは、制御対象を駆動する駆動回路を構成するものであって、前記グランドパターンの少なくとも一つは、前記駆動回路が接続されたグランドパターンであり、
前記複数のグランドパターンが接続されている、前記共通接続パターンの領域は、前記複数のグランドパターンのいずれよりも小さい領域であって、当該共通接続パターンに接続された前記複数のグランドパターンのいずれか一つ以上から流れ込む電流が流れない部分を含まず、当該共通接続パターンの全領域に亘って当該共通接続パターンに接続された前記複数のグランドパターンからの全てのグランド電流が流れるよう構成されている、
制御装置。
請求項１に記載された制御装置において、
前記共通接続パターンは、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に接続されている、制御装置。
請求項１または２に記載された制御装置において、
前記共通接続パターンは、前記グランドパターンのうちの少なくとも一つの一部分として構成されている、制御装置。
請求項１または２に記載された制御装置において、
前記グランドパターンは、それぞれ前記共通接続パターンから延在するように形成されている、制御装置。
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４のいずれか一項に記載の制御装置。