JP6499552B2 - 雑音耐性の高い回路基板及び電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路を構成する回路基板及び当該回路基板を備える電子装置に関し、特に、電源装置につながるグランドラインにおけるグランド電位の変動（グランド雑音）に対する耐性の高い回路基板及び当該回路基板を備える電子装置に関する。

電子回路を構成する回路基板を備える電子装置を、輻射雑音が存在する環境下で使用する場合、当該輻射雑音に起因して、当該電子装置と電源装置とをつなぐグランドラインにグランド電位の変動（グランド雑音）が発生し、当該グランド雑音が電子装置に流入することで、当該電子装置の動作が不安定なものとなり得る。

従来、電源装置につながるグランドラインから進入するグランド雑音の影響を低減する技術として、回路基板を導電性の筐体内に収容し、回路基板上に形成されたグランドパターンを、コンデンサを介して筐体に接続することで、グランドパターンに流入したグランド雑音を筐体外部（例えば、当該筐体が取り付けられた導電性の外部構造物）へ排出する電子装置が知られている。また、他の技術として、多層プリント配線基板の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１参照）。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。

しかしながら、上記従来の技術では、コンデンサのみによってグランド雑音が除去される構成となっているため、その除去効果には限界があり、当該コンデンサによって排除しきれなかったグランド雑音が、回路基板上に構成された電子回路の動作を不安定にさせる事態が生じ得る。

例えば、このようなグランド雑音は、上記のように輻射雑音に起因して生ずるほか、電源装置に複数の電子装置が接続される場合には、自装置以外の他の電子装置のグランド電流が変動することによっても生じ得るものであり、雑音環境下において多くの電子装置が協働して機能するような用途、例えば、それぞれ異なる制御対象を制御する複数のＥＣＵ（電子制御装置、Electronic Control Unit）で構成される車両制御システムにおいては、極めて大きなグランド雑音が発生し得る。このため、このようなシステムに用いられる電子装置では、でき得る限り高いグランド雑音耐性を持つことが期待される。

特許第３７９９９４９号公報

上記背景より、回路基板及び当該回路基板を備える電子装置において、外来輻射雑音等に起因して電源装置につながるグランドラインから流入するグランド雑音の影響を効果的に抑制し得る構成の実現が望まれている。

本発明の一の態様は、電子回路を構成する回路部品が搭載された回路基板であって、電源装置につながるグランドラインに直接又は間接に直流的に接続される第１のグランドパターンと、前記第１のグランドパターンに直接又は間接に交流的に接続されて、前記回路基板を収容する導電性の筐体に直流的に接続される第２のグランドパターンと、を備え、前記第１のグランドパターンの内部には、当該第１のグランドパターンを伝搬する雑音電流を遮る位置に、前記第１のグランドパターンの導体で囲まれたスリットが設けられており、少なくとも一つの前記スリットの少なくとも一つの端部近傍に前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとを交流的に接続するコンデンサが配されている。
本発明の他の態様によると、前記雑音電流を遮るスリットが少なくとも２つ設けられており、当該スリットは前記第１のグランドパターンと前記電源装置につながるグランドラインとの接続部を当該第１のグランドパターンを流れる電流の方向に沿って挟む位置に設けられている。
本発明の他の態様によると、前記雑音電流を遮るスリットは、前記第１のグランドパターンを流れる電流の当該流れの方向に対し略直交する方向に設けられたスリットを含む。
本発明の他の態様によると、前記雑音電流を遮るスリットの少なくとも一つの両端部の近傍に、前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとを交流的に接続する前記コンデンサが配されている。
本発明の他の態様は、上記いずれかの回路基板を備える電子装置である。

本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。 図１に示す電子装置が備える回路基板の構成を示す図である。 図２に示す回路基板の部分詳細図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施形態としてここに示した回路基板及び電子装置は、例えば車両に搭載されて当該車両の動作の少なくとも一つを制御する制御回路が構成された回路基板を備える電子装置である。ただし、本回路基板及び本電子装置の構成は、これに限らず、他の用途を含め、広く一般に用いられている回路基板及び電子装置に同様に適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。図１（ａ）は本電子装置１０の上面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）はＡＡ断面矢視図である。
本電子装置１０は、導電性材料（例えば、アルミニウム等の金属や導電性樹脂）から成るベース１００ａとカバー１００ｂとがネジ１０２ａ〜１０２ｄにより固定されて構成される導電性の筐体１００と、筐体１００内に収容された回路基板１０４と、を備える。回路基板１０４は、電気回路部品１０６を含む複数の回路部品が搭載されて電子回路を構成しており、ベース１００ａに対し、ネジ１０８ａ〜１０８ｄにより固定されている。また、回路基板１０４には、当該回路基板１０４が構成する電子回路を外部の装置やデバイスに接続するためのコネクタ１１０が、筐体１００から外部へ突き出た状態となるように搭載されている。なお、本明細書において「接続」とは、特にことわりのない限り、電気的に直流的に接続されることを意味するものとする。また、回路基板１０４に関し、図１に示す上面図側から見える面をオモテ面、これに対向する側のウラ面と称するものとする。

図２は、回路基板１０４のオモテ面の詳細を示す図である。なお、記載を簡略化して理解を容易にするため、図２においては電気回路部品１０６の記載を省略している。回路基板１０４のオモテ面には、外部の電源装置（不図示）のグランド端子からのグランドラインに接続されるコネクタ１１０の６本のピン（グランドピン）２００に接続された第１のグランドパターンであるグランドパターン２０２が形成されている。すなわち、グランドパターン２０２は、回路基板１０４上に構成される電子回路に電源装置から供給された電流が当該電源装置へ還流する際のグランド電流が流れるグランドパターンである。

また、回路基板１０４のウラ面には、筐体１００のベース１００ａと電気的に接続される第２のグランドパターンであるグランドパターン２０４（図示点線）が形成されている。これにより、グランドパターン２０４に流入した電流は、導電性の筐体１００を介して、例えば当該筐体１００が取り付けられている導電性の外部構造物へ流れ出る。

また、回路基板１０４のウラ面には、グランドパターン２０２とビア２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８を介してそれぞれ直流的に接続されたグランドパターン２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２が設けられている。

図３は、図２に示す回路基板１０４の部分詳細図であり、コネクタ１１０のグランドピン２００及びその周辺部分が拡大して示されている。図示実線矢印は、グランドパターン２０２の各部を流れる電流のおおよその方向を示したものであり、図示破線矢印は、グランドピン２００から流入した雑音電流の伝搬方向を示したものである。すなわち、一般に、高周波成分を持つ雑音電流（高周波電流）は回路基板上のグランドパターン内において直進性を有しており、図示破線矢印はその伝搬方向を表現したものである。

本実施形態では、特に、第１のグランドパターンであるグランドパターン２０２内を伝搬する雑音電流をそれぞれ遮る位置にスリット３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２が設けられている。これにより、各スリット３００〜３１２を挟んでそれぞれグランドピン２００と対向する側のグランドパターン２０２の領域への雑音電流の伝搬が阻止される。

また、各スリット３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２の一方又は両方の端部近傍においてグランドパターン２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２を介してグランドパターン２０２とグランドパターン２０４とを交流的に接続するためのコンデンサ３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２、３３４が配されている。

これにより、各スリット３００〜３１２を迂回して進もうとする雑音電流は、それぞれコンデンサ３２０〜３３４を介して（及びグランドパターン２２０〜２３２を介して）、グランドパターン２０４へ流れ込み、最終的なグランドパターン２０４から導電性の筐体１００のベース１００ａから本電子装置１０の外部（例えば、当該筐体１００が取り付けられた導電性の外部構造物）へ排出される。

また、本実施形態では、電源装置につながるグランドラインとグランドパターン２０２との接続部であるコネクタ１１０の６本のグランドピン２００とグランドパターン２０２との接続点から、図示両側方に向かってグランドパターン２０２が延在していることから、少なくとも２つのスリット（例えばスリット３０４と３０８）が、当該接続部を電源装置につながるグランドラインとの接続部をグランドパターン２０２を流れる電流の方向に沿って挟む位置に設けられている。これにより、ブランドグランドピン２００から流れ込んだ雑音電流の、グランドパターン２０２に沿った図示左右両方向の伝搬が効果的に阻止される。

また、本実施形態では、スリット３００〜３１２は、当該スリットが配されたグランドパターン２０２内の各位置おいて、グランドパターン２０２を流れる電流の方向に対し略直交する方向に設けられている。雑音電流は、グランドパターン２０２を流れる電流（グランド電流）の方向と略同一の方向に伝搬するので、これにより雑音電流の伝搬を効果的に阻止することができる。

以上、説明したように、本実施形態の回路基板１０４は、電源装置に繋がるグランドラインに接続されたグランドパターン２０２と、導電性の筐体に直流的に接続される第２のグランドパターン２０４とを備え、グランドパターン２０２には、当該グランドパターン２０２を伝搬する雑音電流を遮るスリット３００〜３１２が設けられており、当該スリットの少なくとも一端の近傍に、グランドパターン２０２とグランドパターン２０４とを交流的に接続するコンデンサ３２０〜３３４が設けられている。これにより、本回路基板１０４では、グランド電流が流れるグランドパターン２０２内において、外部から流入した雑音電流が伝搬するのを効果的に阻止してこれを排除することができる。

なお、本実施形態では、グランドパターン２０２とグランドパターン２０４とが、グランドパターン２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２を介して間接的に、コンデンサ３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２、３３４により交流的に接続されるものとしたが、これに限らず、例えば回路基板１０４においてグランドパターン２０４がグランドパターン２０２とが同一面に形成される場合には、コンデンサ３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２、３３４の全部または一部が、グランドパターン２０２とグランドパターン２０４とを直接的に交流結合させるものとしてもよい。

１０・・・電子装置、１００・・・筐体、１００ａ・・・ベース、１００ｂ・・・カバー、１０２ａ〜１０２ｄ、１０８ａ〜１０８ｄ・・・ネジ、１０４・・・回路基板、１０６・・・回路部品、１１０・・・コネクタ、２００・・・グランドピン、２０２、２０４、２２０〜２３２・・・グランドパターン、２０６〜２１８・・・ビア、３００〜３１２・・・スリット、３２０〜３３４・・・コンデンサ。

Claims (5)

1. 回路基板であって、
   電源装置につながるグランドラインに直接又は間接に直流的に接続される第１のグランドパターンと、
   前記第１のグランドパターンに直接又は間接に交流的に接続されて、前記回路基板を収容する導電性の筐体に直流的に接続される第２のグランドパターンと、
   を備え、
   前記第１のグランドパターンの内部には、当該第１のグランドパターンを伝搬する雑音電流を遮る位置に、前記第１のグランドパターンの導体で囲まれたスリットが設けられており、少なくとも一つの前記スリットの少なくとも一つの端部近傍に前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとを交流的に接続するコンデンサが配されている、
   回路基板。
2. 前記雑音電流を遮るスリットが少なくとも２つ設けられており、当該スリットは前記第１のグランドパターンと前記電源装置につながるグランドラインとの接続部を当該第１のグランドパターンを流れる電流の方向に沿って挟む位置に設けられている、
   請求項１に記載の回路基板。
3. 前記雑音電流を遮るスリットは、前記第１のグランドパターンを流れる電流の当該流れの方向に対し略直交する方向に設けられたスリットを含む、
   請求項１又は２に記載の回路基板。
4. 前記雑音電流を遮るスリットの少なくとも一つの両端部の近傍に、前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとを交流的に接続する前記コンデンサが配されている、
   請求項１ないし３に記載の回路基板。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の回路基板を備える電子装置。

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