WO2019207731A1

WO2019207731A1 - インターフェイス回路、基板、電子機器およびプログラマブルコントローラ

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Publication number: WO2019207731A1
Application number: PCT/JP2018/017059
Authority: WO
Inventors: 浩生塩野谷; 壮亮船越
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US20210022262A1; JP6479292B1; US11064625B2; CN112005617A; CN112005617B; DE112018007344T5; JPWO2019207731A1

Abstract

インターフェイス回路（７）は、パソコンと接続可能なコネクタ（１４）と、他の電子機器への送信信号を生成可能な通信回路（１３）と、コネクタ（１４）と通信回路（１３）との間に設けられ、絶縁素子（１５）を実装可能な第１領域と、通信回路（１３）とコネクタ（１４）とを第１領域を介して接続するための配線（５１～５８）と、電子回路と前記コネクタとを、第１領域以外の領域を経由して接続するための配線（８１～８６）と、を備える。

Description

インターフェイス回路、基板、電子機器およびプログラマブルコントローラ

　本発明は、電子機器に搭載され他の機器と接続可能なインターフェイス回路、該インターフェイス回路が実装される基板、電子機器およびプログラマブルコントローラに関する。

　工業機器をはじめとした電子機器が、電源回路とパーソナルコンピュータ等の他の機器と接続するためのインターフェイス回路とを備えることがある。電源回路の＋端子がフレームグランドに接地された場合に、電子機器が、インターフェイス回路を介して、フレームグランドが共通である他の機器と接続されると、他の機器にショート故障が生じる可能性がある。このため、電源回路と他の機器とを含む経路上に絶縁素子を配することにより、他の機器のショート故障を抑制していた。

　工業機器をはじめとした電子機器に搭載される電源回路には、絶縁機能を有する絶縁電源回路と、絶縁機能を有さない非絶縁電源回路とがある。上述した他の機器と接続可能な電子機器が、電源回路として絶縁電源回路を用いる場合には、電源回路とは別に絶縁素子を備える必要はない。したがって、絶縁素子をインターフェイス回路に実装する場合、インターフェイス回路が実装される基板として、絶縁素子が実装される場合と絶縁素子が実装されない場合とで配線パターンの異なる基板を用意することになる。

　特許文献１には、外部電源に接続可能な電力変換設備が、絶縁トランスおよび開閉器を備え、絶縁トランスを経由する経路と絶縁トランスを経由しない経路とを開閉器を用いて切替えることが開示されている。

国際公開第２０１２／１２７６７３号

　しかしながら、絶縁素子が実装される場合と絶縁素子が実装されない場合とで配線パターンの異なる基板を用意することは、生産の効率化のためには好ましくない。インターフェイス回路が実装される基板の配線パターンは、電子機器の電源回路の種別によらず、共通化されることが望ましい。

　特許文献１に記載の技術では、絶縁トランスを経由する経路と絶縁トランスを経由しない経路とを切替えることができるように、絶縁トランスは電力変換設備に必ず実装されている。このため、特許文献１に記載の技術には、絶縁トランスを備える場合と備えない場合とで絶縁トランスが実装される基板を共通化するための技術は開示されていない。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、搭載される電子機器における電源回路の種別により配線パターンが異なることを抑制することができるインターフェイス回路を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるインターフェイス回路は、電子機器に搭載可能であり、他の電子機器と接続可能なインターフェイス回路であって、他の電子機器と接続可能なコネクタと、他の電子機器への送信信号を生成可能な電子回路と、電子回路とコネクタとの間に設けられ、絶縁素子を実装可能な第１領域と、を備える。インターフェイス回路は、さらに、電子回路とコネクタとを第１領域を介して接続するための第１配線と、電子回路とコネクタとを、第１領域以外の領域を経由して接続するための第２配線と、を備える。

　本発明にかかるインターフェイス回路は、搭載される電子機器における電源回路の種別により配線パターンが異なることを抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態にかかる工業機器の構成例を示す図図１に示したインターフェイス回路の拡大図第１配線接続部、絶縁素子、第２配線接続部および接地接続部が実装されていない状態のインターフェイス回路の構成例を示す図工業機器に実装される電源回路が絶縁電源回路である場合の工業機器の構成例を示す図図４に示したインターフェイス回路の拡大図工業機器に実装される電源回路が非絶縁電源回路である場合の工業機器の構成例を示す図図６に示したインターフェイス回路の拡大図図２に示したインターフェイス回路が実装された共通基板の基板実装面を示す図図２に示したインターフェイス回路が実装された共通基板を裏面側から見た図図５に示したインターフェイス回路が実装された共通基板を基板実装面側から見た図図５に示したインターフェイス回路が実装された共通基板を裏面側から見た図図７に示したインターフェイス回路が実装された共通基板を基板実装面側から見た図図７に示したインターフェイス回路が実装された共通基板を裏面側から見た図通信回路とコントローラとの間に補償回路を設けた工業機器の構成例を示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかるインターフェイス回路、基板、電子機器およびプログラマブルコントローラを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかる工業機器の構成例を示す図である。本実施の形態では、電子機器の一例である工業機器１を例に挙げて説明する。工業機器１は、工場などで使用される機器である。以下では、工業機器１が、プログラマブルコントローラを構成する１つのユニットであるとして説明する。本発明にかかる電子機器は、これに限定されず、他の電子機器と接続可能するためのインターフェイス回路７を備え、インターフェイス回路において絶縁を行うことを要求される可能性のある電子機器であればよい。インターフェイス回路７は、電子機器に搭載可能であり、他の電子機器と接続可能である。

　図１に示すように、工業機器１は、電源基板４と、共通基板５と、基板間コネクタ１２とを備える。工業機器１は、外部電源８と接続可能である。また、工業機器１は、他の電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）２と接続可能であるとともに、制御ユニット３と接続可能である。図１では、工業機器１とともに外部電源８、パソコン２および制御ユニット３も図示されている。図１では、工業機器１が、外部電源８、制御ユニット３およびパソコン２とそれぞれ接続された状態を示している。制御ユニット３は、工業機器１に接続される機器であり、センサが例示される。なお、図１では、工業機器１が制御ユニット３と接続可能な例を示しているが、本発明は制御ユニット３と接続する機能を有していない工業機器にも適用可能である。

　電源基板４には、電源コネクタ９、電源回路１０および接続コネクタ３０が実装される。電源回路１０は、絶縁トランス１１を有する絶縁電源回路である。図１では、工業機器１には絶縁電源回路が実装される例を示したが、後述するように工業機器１には絶縁トランス１１を有さない非絶縁電源回路が実装される場合もある。電源回路１０は、図示しない内部電源により駆動され、電源コネクタ９を介して外部電源８から供給された電圧を昇圧または降圧させて、工業機器１内部および制御ユニット３でそれぞれ使用される電源を生成する。電源回路１０によって生成された電源は、基板間コネクタ１２を介して共通基板５に供給されるとともに、接続コネクタ３０を介して制御ユニット３に供給される。接続コネクタ３０の＋端子と制御ユニット３とを接続する配線は接地箇所１６に接地される。接地箇所１６は、アース接地点である。

　共通基板５は、本実施の形態のインターフェイス回路７が実装される基板である。共通基板５には、コントローラ６およびインターフェイス回路７が実装される。インターフェイス回路７は、通信回路１３およびコネクタ１４を備える。通信回路１３は、パソコン２との間で信号を送受信する通信機能を有する。他の電子機器への送信信号を生成可能な電子回路の一例である通信回路１３は、パソコン２から受信した信号をコントローラ６へ渡すことが可能であり、コントローラ６から受け取った信号をパソコン２へ送信することが可能である。コントローラ６は、工業機器１の動作を制御する制御回路である。また、コントローラ６は、パソコン２へ送信する信号を生成することができ、パソコン２から受信した信号を処理することができる。コネクタ１４は、通信回路１３とパソコン２とを接続可能である。

　共通基板５には、グランド部１９ａ，１９ｂが設けられる。グランド部１９ａは、工業機器１内部のグランドであり、電源基板４等の他基板とも共通のグランドである。グランド部１９ｂは、工業機器１内部のグランドであり、コネクタ１４が接続されるグランドである。グランド部１９ａとグランド１９ｂとは互いに絶縁されている。さらに、共通基板５には、絶縁素子１５、配線接続部１７および接地接続部１８を実装可能である。本実施の形態では、絶縁素子１５、配線接続部１７および接地接続部１８に関する部分の配線に関しては、工業機器１に実装される電源回路が絶縁電源回路であるか非絶縁電源回路であるかによらず共通としておき、工業機器１に実装される電源回路が絶縁電源回路であるか非絶縁電源回路であるかによって、配線間を接続する０Ω抵抗等の接続部品を実装するか否かを決定する。これにより、プリント基板として共通基板５を製造するときに、配線パターンを工業機器１に実装される電源回路が絶縁電源回路であるか非絶縁電源回路であるかによらず同一とすることができ、機器に電流供給する電源回路の構成によらず、インターフェイス回路を有する基板の共通化を実現することができる。

　工業機器１内で、通信回路１３もしくは電源回路において絶縁されていなければ、コネクタ３０の＋端子が接地箇所１６に接続されると、通信信号の経路がアースと接続され、パーソナルコンピュータ２などにおいてショートによる故障が生じる可能性がある。このため、本実施の形態では、工業機器１に実装される非絶縁電源回路である場合には、絶縁素子１５を共通基板５に実装する。また、工業機器１をパーソナルコンピュータ２と接続した際に、パーソナルコンピュータ２からのノイズが生じることが想定される。本実施の形態では、絶縁素子１５を実装しない場合には、グランド部１９ａと１９ｂとを接続することでグランドを強化し、耐ノイズ性を向上させる。

　図１に示した絶縁素子１５、配線接続部１７および接地接続部１８の構成は、実装可能な接続部品を全て実装した例を示している。したがって、実際には、一般には、図１に示した構成は実装されない。図２は、図１に示したインターフェイス回路７の拡大図である。図１および図２に示すように、配線接続部１７は、第１配線接続部２０ａおよび第２配線接続部２０ｂを備える。

　第１配線接続部２０ａは、第１接続部品である接続部品２１～２４を備える。接続部品２１～２４は、例えば０Ω抵抗である。また、第１配線接続部２０ａは、ジャンパスイッチとよばれる部品のように、接続部品２１～２４を備える１つの部品として実装されてもよいし、それぞれ個別の部品である接続部品２１～２４として実装されてもよい。

　接続部品２１～２４および絶縁素子１５が共通基板５に実装される場合の各部の接続関係について図２を用いて説明する。接続部品２１，２２は、通信回路１３に接続される配線５１，５２にそれぞれ接続される。配線５３，５４は、接続部品２１，２２と絶縁素子１５とを接続する。接続部品２１，２２が共通基板５に実装されることにより、通信回路１３と絶縁素子１５とが接続される。配線５５，５６は、絶縁素子１５と接続部品２３，２４とを接続する。接続部品２３，２４は、それぞれ配線５７，５８を介してコネクタ１４と接続される。このように、通信回路１３とコネクタ１４とは、第１配線である配線５１～５８、絶縁素子１５および接続部品２１～２４を介して接続される。なお配線５１，５２のうち配線８１，８２との分岐点までの間は、第１配線であるとともに後述する第２配線でもある。

　第２配線接続部２０ｂは、第２接続部品である接続部品２５～２８を備える。接続部品２５～２８は、例えば０Ω抵抗である。また、第２配線接続部２０ｂは、ジャンパスイッチとよばれる部品のように、接続部品２５～２８を備える１つの部品として実装されてもよいし、それぞれ個別の部品である接続部品２５～２８として実装されてもよい。

　接続部品２５～２８が共通基板５に実装される場合の各部の接続関係について図２を用いて説明する。接続部品２５は、通信回路１３に接続される配線５１と配線５１に接続される配線８１とを介して、通信回路１３に接続される。接続部品２６は、通信回路１３に接続される配線５２と配線５２に接続される配線８２とを介して、通信回路１３に接続される。接続部品２７は、配線８３を介して接続部品２５と直列に接続されるとともに、配線５７に接続される配線８５と配線５７とを介して、コネクタ１４に接続される。接続部品２８は、配線８４を介して接続部品２６と直列に接続されるとともに、配線５８に接続される配線８６と配線５８とを介して、コネクタ１４に接続される。このように、接続部品２５～２８が、第２配線である配線８１～８６および接続部品２５～２８を介してコネクタ１４と接続される。すなわち、配線８１～８６および接続部品２５～２８を介する経路では、通信回路１３とコネクタ１４とが、絶縁素子１５を介さずに接続される。

　接地接続部１８は、第３接続部品である接続部品３１，３２を備える。接続部品３１，３２は、例えば０Ω抵抗である。また、接地接続部１８は、ジャンパスイッチとよばれる部品のように、接続部品３１，３２を備える１つの部品として実装されてもよいし、それぞれ個別の部品である接続部品３１，３２として実装されてもよい。接続部品３１は、共通基板５に設けられた配線を介して第１グランド部であるグランド部１９ａに接続され、接続部品３２は、共通基板５に設けられた配線を介して第２グランド部であるグランド部１９ｂに接続される。グランド部１９ａは、通信回路１３に接続され、グランド部１９ｂはコネクタ１４に接続される。

　接続部品３１，３２が共通基板５に実装される場合の各部の接続関係について図２を用いて説明する。接続部品３１，３２は、配線を介して互いに直列に接続される。接続部品３１，３２が共通基板５に実装されることにより、グランド部１９ａとグランド部１９ｂとが、接続部品３１，３２および配線を介して接続される。なお、図２では、接続部品３１，３２をそれぞれ１つ示しているが、接続部品３１，３２の組が複数組設けられてもよい。

　図３は、第１配線接続部２０ａ、絶縁素子１５、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８が実装されていない状態のインターフェイス回路７の構成例を示す図である。図３に示すように、インターフェイス回路７は、絶縁素子１５、第１配線接続部２０ａ、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８が実装されるべき領域が設けられる。すなわち、インターフェイス回路７は、絶縁素子１５を実装可能な第１領域９０を備える。第１領域９０は、通信回路１３とコネクタ１４との間に設けられる。インターフェイス回路７は、接続部品２１～２４を実装可能な第２領域９１と、第１配線とを備える。第２領域９１は、通信回路１３とコネクタ１４との間に設けられる。第１配線は、通信回路１３とコネクタ１４とを第１領域９０を介して接続する配線であり、詳細には、通信回路１３とコネクタ１４とを第１領域９０および第２領域９１を介して接続するための配線５１～５８である。

　また、インターフェイス回路７は、通信回路１３とコネクタ１４との間に設けられ接続部品２５～２８を実装可能な第３領域９２と、第２配線とを備える。第３領域９２は、第１領域以外の領域の一例である。第２配線は、通信回路１３とコネクタ１４とを第３領域９２を介して接続するための配線８１～８６である。

　さらに、インターフェイス回路７は、グランド部１９ａとグランド部１９ｂとの間に設けられ接続部品３１，３２を実装可能な第４領域９３と、第３配線とを備える。第３配線は、グランド部１９ａとグランド部１９ｂとを第４領域９３を介して接続するための配線１０１である。

　なお、図３では、接続部品２１～２４にそれぞれ対応する第２領域９１のうち１つに符号を付し、接続部品２５～２８にそれぞれ対応する第３領域９２のうち１つに符号を付し、接続部品３１，３２にそれぞれ対応する第４領域９３のうち１つに符号を付している。

　例えば、第１配線接続部２０ａの接続部品２１を設けることが可能な領域である第２領域９１には、通信回路１３に接続される配線の端部である端部４１と、絶縁素子１５に接続可能な配線の端部である端部４２が存在する。接続部品２１が実装される場合、端部４１と端部４２とが接続部品２１を介して接続されることにより、通信回路１３と絶縁素子１５とが接続される。接続部品２２～２８，３１，３２に関しても接続部品２１と同様に、接続部品２２～２８，３１，３２が実装された場合、自身が実装される箇所に対応する２つの配線間を接続する。本実施の形態では、図３に示した第１配線接続部２０ａ、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８が実装されていない状態の配線は、工業機器１に実装される電源回路が絶縁電源回路であるか非絶縁電源回路であるかによらず共通である。

　次に、工業機器に実装される電源回路が絶縁電源回路であるか非絶縁電源回路であるかに応じたインターフェイス回路の構成例について説明する。図４は、工業機器に実装される電源回路が絶縁電源回路である場合の工業機器の構成例を示す図である。図４に示した工業機器１ａは、図１に示した工業機器１と同様に絶縁電源回路である電源回路１０を備える。図４に示すように、工業機器１ａは、工業機器１の共通基板５の替わりに共通基板５ａを備える。共通基板５ａは、図１に示した共通基板５のインターフェイス回路７の替わりにインターフェイス回路７ａを備える以外は、図１に示した共通基板５と同様である。図４では、図１と同様の機能を有する構成要素は図１と同一の符号を付している。図１と同様の機能を有する構成要素の説明は省略する。

　図５は、図４に示したインターフェイス回路７ａの拡大図である。図５に示すように、インターフェイス回路７ａは、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８を備える。すなわち、図４に示した例では、図３に示した第１配線接続部２０ａ、絶縁素子１５、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８が実装されていない状態の共通基板５に対して、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８が追加されている。領域４０ａは、第１配線接続部２０ａを実装可能な領域である。インターフェイス回路７ａでは、領域４０ａには第１配線接続部２０ａが実装されず、絶縁素子１５も実装されない。これは、図４に示した構成例では、インターフェイス回路７ａのグランドと制御ユニット３の接地箇所１６と電源回路１０により分離されるため、絶縁素子１５が必要ないためである。絶縁素子１５は一般に高価であり、必要のない場合には絶縁素子１５を実装しないことでコストが抑制される。

　図６は、工業機器に実装される電源回路が非絶縁電源回路である場合の工業機器の構成例を示す図である。図６に示した工業機器１ｂは、絶縁トランスを有さない非絶縁電源回路である電源回路１０ａを備える。図６に示すように、工業機器１ｂは、工業機器１の共通基板５の替わりに共通基板５ｂを備える。共通基板５ｂは、図１に示した共通基板５のインターフェイス回路７の替わりにインターフェイス回路７ｂを備える以外は、図１に示した共通基板５と同様である。図６では、図１と同様の機能を有する構成要素は図１と同一の符号を付している。図１と同様の機能を有する構成要素の説明は省略する。

　図７は、図６に示したインターフェイス回路７ｂの拡大図である。図７に示すように、インターフェイス回路７ｂは、第１配線接続部２０ａおよび絶縁素子１５を備える。すなわち、図７に示した例では、図３に示した第１配線接続部２０ａ、絶縁素子１５、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８が実装されていない状態の共通基板５に対して、第１配線接続部２０ａおよび絶縁素子１５が追加されている。領域４０ｂは、第２配線接続部２０ｂを実装可能な領域である。領域４０ｃは、接地接続部１８を実装可能な領域である。インターフェイス回路７ｂでは、領域４０ｂには第２配線接続部２０ｂが実装されず、領域４０ｃには接地接続部１８が実装されない。これは図６に示した構成例では、電源回路１０ａが非絶縁電源回路であるため、インターフェイス回路７ｂに絶縁素子１５を設ける必要があるためである。

　以上のように、本実施の形態では、インターフェイス回路の配線は、電源回路が絶縁電源回路である場合と非絶縁電源回路である場合とで共通化しておき、第１配線接続部２０ａ、絶縁素子１５、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８のそれぞれを実装するか否かを変更することが可能なようにした。これにより、インターフェイス回路を共通基板５に実装する際に、電源回路が絶縁電源回路である場合と非絶縁電源回路である場合とで、配線パターンの形成までが行われた基板を共通化することができる。

　次に、本実施の形態のインターフェイス回路の実装例について説明する。図８は、図２に示したインターフェイス回路７が実装された共通基板５を基板実装面側から見た図である。図９は、図２に示したインターフェイス回路７が実装された共通基板５を裏面側から見た図である。基板実装面は、共通基板５において通信回路１３、コネクタ１４等の部品が実装される面であり、表面または第１面ともいう。裏面は、共通基板５の基板実装面を表面とした場合の裏面であり、第２面ともいう。

　図８および図９は、第１配線接続部２０ａ、絶縁素子１５、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８が全て実装された状態に対応する。第１配線接続部２０ａおよび絶縁素子１５は、第１面に実装され、第２配線接続部２０ｂは第２面に実装される。また、共通基板５の内部にはグランド層が設けられる。図８および図９では、配線箇所以外に、グランド層が表層に設けられた基板の表面および裏面を示している。図８および図９に示した例では、グランド部１９ａ，１９ｂは、互いに離間したグランド層により実現される。接地接続部１８は、図８および図９に示した実装例では、第１面に、通信回路１３に接続された配線５１，５２が配線パターンとして形成される。配線５１，５２は、第１配線接続部２０ａの接続部品２１，２２にそれぞれ接続される。接続部品２１，２２は、配線５３，５４を介して絶縁素子１５に接続される。共通基板５にはビア６１～６４が設けられる。配線５１，５２はビア６１，６２を介して配線８１，８２とそれぞれ接続される。配線５７，５８はビア６３，６４を介して配線８５，８６とそれぞれ接続される。絶縁素子１５は、接続部品２３，２４のそれぞれに異なる配線を介して接続される。接続部品２３，２４は、配線５７，５８を介してコネクタ１４にそれぞれ接続される。

　共通基板５は、両面基板で構成されており、表層に配線箇所とグランドとが配置されている。また、共通基板５が４層基板で構成される場合、内層である２層目および３層目のいずれかの層にグランド層を設け、表層のグランド層と内層のグランド層とをビアで接続することも可能である。なお、共通基板５の層数は、これに限定されない。

　第２面には、ビア６１，６２と接続部品２５，２６とをそれぞれ接続する配線８１，８２が設けられる。第２面には、接続部品２５，２６と接続部品２７，２８とをそれぞれ接続する配線８３，８４が設けられる。第２面には、接続部品２７，２８とビア６３，６４とをそれぞれ接続する配線８５，８６が設けられる。

　また、図８および図９に示すように、共通基板５のグランド層には、グランド部１９ａとグランド部１９ｂを、接続部品３１，３２を介して接続するための配線が設けられる。図８および図９では、接続部品３１，３２がそれぞれ４つの部品で構成される例を示しているが、接続部品３１，３２の数はこの例に限定されない。図８および図９に示した例では、グランド部１９ａおよびグランド部１９ｂは、第１領域、第２領域および第３領域、すなわち絶縁素子５１および接続部品２１～２８を囲う形状である。なお、第１領域、第２領域および第３領域を囲うとは、第１領域、第２領域および第３領域の包絡域の外周の全てを覆う場合だけでなく、包絡域の一部が覆われていない場合も含む。このように、グランド部１９ａおよびグランド部１９ｂが、第１領域、第２領域および第３領域を囲うことで、耐ノイズ性を向上することができる。

　次に、電源回路が絶縁電源回路である場合のインターフェイス回路の実装例について説明する。図１０は、図５に示したインターフェイス回路７ａが実装された共通基板５ａを基板実装面側から見た図である。図１１は、図５に示したインターフェイス回路７ａが実装された共通基板５ａを裏面側から見た図である。基板実装面は、共通基板５ａにおいて通信回路１３、コネクタ１４等の部品が実装される面であり、表面または第１面ともいう。裏面は、共通基板５ａの基板実装面を表面とした場合の裏面であり、第２面ともいう。

　図１０および図１１に示した実装例は、図８および図９に示した実装例から、電源回路が絶縁電源回路である場合に対応するために、絶縁素子１５および第１配線接続部２０ａを取り除いたものに相当する。

　次に、電源回路が非絶縁電源回路である場合のインターフェイス回路の実装例について説明する。図１２は、図７に示したインターフェイス回路７ｂが実装された共通基板５ｂを基板実装面側から見た図である。図１３は、図７に示したインターフェイス回路７ｂが実装された共通基板５ｂを裏面側から見た図である。基板実装面は、共通基板５ｂにおいて通信回路１３、コネクタ１４等の部品が実装される面であり、表面または第１面ともいう。裏面は、共通基板５ｂの基板実装面を表面とした場合の裏面であり、第２面ともいう。

　図１２および図１３に示した実装例は、図８および図９に示した実装例から、電源回路が絶縁電源回路である場合に対応するために、第２配線接続部２０ｂおよび接地接続部１８を取り除いたものに相当する。

　図８～図１３に示した実装例では、インターフェイス回路が実装される共通基板の第１面に第１配線、第１領域および第２領域が実装され、基板の第２面に第２配線および第３領域が実装され、第１配線および第２配線はビアを介して接続される。図８～図１３に示した実装例を用いることにより、第１配線接続部２０ａが実装されるための領域および第２配線接続部２０ｂが実装されるための領域との両方が、同一の面にないため、基板の実装面が大型化を抑制することができる。

　次に、本実施の形態の動作と実装の具体例について説明する。まず、電源回路１０と図１０および図１１に示した実装が行われたインターフェイス回路７ａとを備える工業機器１ａを例に説明する。制御ユニット３が工業機器１ａに接続され、接続コネクタ３０の＋端子と制御ユニット３とを接続する配線が接地箇所１６に接地された状態で、パソコン２と工業機器１が接続される。この状態で、コントローラ６は、通信回路１３およびコネクタ１４を介してパソコン２と信号の送受信を行う。コントローラ６とパソコン２との間で送受信される信号である通信信号はビア６１～６４を経由して伝達される。

　インターフェイス回路７ａでは、接地接続部１８が実装されるので、グランド部１９ａとグランド部１９ｂとが接続される。このとき、図１１に示した、接地接続部１８を構成する接続部品の間隔７０を、インターフェイス回路７ａのデータ伝送速度に応じて決定する。間隔７０は、インターフェイス回路７ａにより伝送される信号の伝送方向に直交する方向における２つの接続部品３１の間隔である。間隔７０は、インターフェイス回路７ａにより伝送される信号の伝送速度に応じて決定される。これにより、ノイズを抑制した通信を実現できる。間隔７０は、例えば、インターフェイス回路７ａにより伝送される信号の周波数に応じた波長λの１／８以下に決定される。

　次に、電源回路１０ａと図１２および図１３に示した実装が行われたインターフェイス回路７ｂとを備える工業機器１ｂを例に説明する。この場合、コントローラ６とパソコン２との間で送受信される信号である通信信号はビア６１～６４を経由せずに伝達される。具体的には、通信信号は、コネクタ１４と通信回路１３との間では、配線および第１配線接続部２０ａを構成する接続部品および絶縁素子１５を経由して伝達される。また、インターフェイス回路７ｂでは、接地接続部１８が実装されないので、グランド部１９ａとグランド部１９ｂとが接続されない。したがって、ビア６１～６４を介して第１配線接続部２０ａに接続される第２面の配線８１～８６およびビア６１～６４がスタブとなり、通信信号を劣化させる可能性がある。したがって、スタブとなる配線の長さであるスタブ長は、インターフェイス回路７ｂにより伝送される信号の伝送速度に応じて通信信号が劣化しないように決定されることが望ましい。スタブ長は、配線８１～８６のそれぞれの長さとビア６１～６４のそれぞれの長さの合計となる。すなわち第２配線のうちインターフェイス回路７ｂにより伝送される信号の伝送方向の長さである。図１３では、スタブ長は、配線８１の長さ７１とビア６１の長さとの合計である。

　また、インターフェイス回路７ｂでは、第２配線接続部２０ｂが実装されないため、第２面の配線８１，８２と配線８３，８４との間、すなわちスタブ間にギャップ７２が生じる。このギャップ７２が、ノイズの要因となる可能性がある。したがって、ギャップ７２は、通信回路１３およびコントローラ６が、誤動作または停止しないようにノイズを抑制できるよう決定されることが望ましい。ギャップ７２は、第２配線である配線８１～８４のうち、通信回路１３に直接接続される配線と、コネクタ１４に直接接続される配線との間のギャップであり、例えば、インターフェイス回路７ｂにより伝送される信号の周波数に応じた波長λの１／８以下に決定される。すなわちギャップ７２は、通信回路１３側のスタブとコネクタ１４側のスタブとの間隔である。ギャップ７２の長さは、例えば、１μｓ幅、１ｋＶのパルス形状のノイズを想定し、ノイズ印加によりギャップに０．０１Ｖ以上の電圧が発生しないことを条件に算出すると、ギャップの長さは１．５７ｍｍ以上となる。ギャップの長さの具体的な数値は、想定されるノイズおよびノイズに関する要求に応じて定められればよく、この例に限定されない。

　なお、図８～図１３に示した実装方法は一例であり、本実施の形態のインターフェイス回路の実装方法は上述した例に限定されない。

　本実施の形態では、基板共通化に伴う通信信号の劣化は、上述したスタブ長の規定、ギャップの規定等により抑制している。一方、これらとは別に、またはこれらの替わりに、通信信号の劣化を抑制するために、通信回路１３内に、インターフェイス回路により伝送される信号の遅延を補償する遅延補償回路、およびインターフェイス回路により伝送される信号のノイズを抑制するノイズ低減回路のうちの少なくとも１つを設けてもよい。また、通信回路１３とコネクタ１４との間に遅延補償回路およびノイズ低減回路のうちの少なくとも１つが設けられてもよい。図１４は、通信回路１３とコントローラ６との間に補償回路２００を設けた工業機器の構成例を示す図である。図１４に示す工業機器１ｃは、通信回路１３とコントローラ６との間に遅延補償回路またはノイズ低減回路である補償回路２００を備えている。また、絶縁素子１５は、トランスに限定されず、電気的に絶縁できる回路または素子であれば任意の素子を用いることができる。

　また、通信回路１３とコネクタ１４との間において、保護回路、フィルタ回路およびノイズフィルター回路のうちの少なくとも１つが設けられてもよい。または、通信回路１３とコネクタ１４との間において、通信信号の論理を安定させるプルアップ抵抗、プルアップ抵抗、および信号を整形するダンピング抵抗のうちの少なくとも１つが設けられてもよい。

　また、本実施の形態のインターフェイス回路を用いることにより、絶縁素子１５を実装するか否か、すなわちインターフェイス回路の実際の構成によって、通信信号における品質、応答時間の遅延などが異なる場合がある。このため、これらを通信回路１３またはコントローラ６により信号処理することにより補正してもよい。または、これらを補正するための信号処理回路を設けてもよい。

　また、本実施の形態では、インターフェイス回路の構成の切り替えを、０Ω抵抗等である接続部品を実装するか否かにより実施したが、切替え方法はこの例に限定されない。接続部品として、電気信号に応じて接続と開放とを切替え可能なアナログスイッチなどのスイッチを用いて、切替えを実現してもよい。この場合、コントローラ６または通信回路１３が、電源回路の種別を、識別情報などを用いて認識し、電源回路が絶縁であるか否かに応じて、スイッチに対して接続と開放を制御するための電気信号を生成することにより、インターフェイス回路の構成の切り替えを実現してもよい。

　以上のように、本実施の形態では、インターフェイス回路における絶縁素子を実装するための配線を、絶縁素子を実装するか否かにかかわらず共通基板５に設けるようにした。このため、搭載される電子機器における電源回路の種別により配線パターンが異なることを抑制することができ、インターフェイス回路が実装される基板の共通化を図ることができる。また、通信信号における品質、応答時間の遅延などを補正することで、構成の差異に依存する通信信号における品質、応答時間の遅延など抑制することができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　工業機器、２　パソコン、３　制御ユニット、４　電源基板、５，５ａ，５ｂ　共通基板、６　コントローラ、７，７ａ，７ｂ　インターフェイス回路、８　外部電源、９　電源コネクタ、１０，１０ａ　電源回路、１１　絶縁トランス、１２　基板間コネクタ、１３　通信回路、１４　コネクタ、１５　絶縁素子、１６　接地箇所、１７　配線接続部、１８　接地接続部、１９ａ，１９ｂ　グランド部、２０ａ　第１配線接続部、２０ｂ　第２配線接続部、２１～２８，３１，３２　接続部品、３０　接続コネクタ、５１～５８，８１～８６，１０１　配線、６１～６４　ビア、９０　第１領域、９１　第２領域、９２　第３領域、９３　第４領域。

Claims

　電子機器に搭載可能であり、他の電子機器と接続可能なインターフェイス回路であって、
　前記他の電子機器と接続可能なコネクタと、
　前記他の電子機器への送信信号を生成可能な電子回路と、
　前記電子回路と前記コネクタとの間に設けられ、絶縁素子を実装可能な第１領域と、
　前記電子回路と前記コネクタとを前記第１領域を介して接続するための第１配線と、
　前記電子回路と前記コネクタとを、前記第１領域以外の領域を経由して接続するための第２配線と、
　を備えることを特徴とするインターフェイス回路。
　前記電子回路と前記コネクタとの間に設けられ、第１接続部品を実装可能な第２領域と、
　前記電子回路と前記コネクタとの間に設けられ、第２接続部品を実装可能な第３領域と、
　を備え、
　前記第１配線は、前記電子回路と前記コネクタとを前記第１領域および前記第２領域を介して接続し、
　前記第２配線は、電子回路と前記コネクタとを前記第３領域を介して接続することを特徴とする請求項１に記載のインターフェイス回路。
　前記電子回路に接続される第１グランド部と、
　前記コネクタに接続される第２グランド部と、
　前記第１グランド部と前記第２グランド部との間に設けられ、第３接続部品を実装可能な第４領域と、
　前記第１グランド部と前記第２グランド部とを前記第４領域を介して接続するための第３配線と、
　を備えることを特徴とする請求項２に記載のインターフェイス回路。
　前記第１グランド部および前記第２グランド部は、前記第１領域、前記第２領域および前記第３領域を囲う形状であることを特徴とする請求項３に記載のインターフェイス回路。
　前記第４領域には、前記第２グランド部の端部に接続される２つの前記第３接続部品を実装可能であり、前記インターフェイス回路により伝送される信号の伝送方向に直交する方向における２つの前記第３接続部品の間隔は、前記インターフェイス回路により伝送される信号の伝送速度に応じて決定されることを特徴とする請求項３または４に記載のインターフェイス回路。
　前記第３領域に前記第２接続部品が実装され、
　前記第４領域に前記第３接続部品が実装され、
　前記電子回路と前記コネクタとが前記第２配線および前記第２接続部品を介して接続され、前記第１グランド部と前記第２グランド部とが前記第３接続部品および前記第３配線を介して接続されることを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載のインターフェイス回路。
　前記第１領域に前記絶縁素子が実装され、
　前記第２領域に前記第１接続部品が実装され、
　前記電子回路と前記コネクタとが前記第１配線、前記絶縁素子および前記第１接続部品を介して接続されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載のインターフェイス回路。
　前記インターフェイス回路は基板に実装され、
　前記基板の第１面に前記第１配線、前記第１領域および前記第２領域が実装され、前記基板の第２面に前記第２配線および前記第３領域が実装され、
　前記第１配線および前記第２配線は前記基板に形成されたビアを介して接続されることを特徴とする請求項２から７のいずれか１つに記載のインターフェイス回路。
　前記第２配線のうち前記インターフェイス回路により伝送される信号の伝送方向の長さは、前記インターフェイス回路により伝送される信号の伝送速度に応じて決定されることを特徴とする請求項２から８のいずれか１つに記載のインターフェイス回路。
　前記第１接続部品および前記第２接続部品は、電気信号に応じて接続と開放とを切替え可能なスイッチであり、
　前記第２領域に前記第１接続部品が実装され、前記第３領域に前記第２接続部品が実装されることを特徴とする請求項２から９のいずれか１つに記載のインターフェイス回路。
　前記電気信号は、前記電子回路により生成されることを特徴とする請求項１０に記載のインターフェイス回路。
　前記インターフェイス回路により伝送される信号の遅延を補償する遅延補償回路、
　を備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載のインターフェイス回路。
　前記インターフェイス回路により伝送される信号のノイズを抑制するノイズ低減回路、
　を備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のインターフェイス回路。
　請求項１から１３のいずれか１つに記載のインターフェイス回路が実装されることを特徴とする基板。
　電子機器に搭載され、請求項１２に記載のインターフェイス回路が実装される基板であって、
　前記インターフェイス回路に接続されるコントローラ、
　を備え、
　前記コントローラが、前記電子機器に搭載される電源回路の種別に応じて、前記インターフェイス回路の接続部品の接続または開放を制御するための電気信号を生成することを特徴とする基板。
　請求項１４または１５に記載の基板を備えることを特徴とする電子機器。
　請求項１４または１５に記載の基板を備えることを特徴とするプラグラマブルコントローラ。