WO2020066192A1 - 電子制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electronic control unit.
- Patent Document 1 describes a shield structure that reduces noise by providing a plurality of connecting portions for connecting a housing and a printed circuit board in the vicinity of an electronic component.
- Patent Document 1 cannot reduce the influence of unnecessary electromagnetic radiation and external noise without increasing the number of connection points between the housing and the printed circuit board.
- An electronic control device is an electronic control device including a housing that stores a board on which electronic components are mounted, the electronic control device including a guard pattern formed on an outer peripheral portion of the board, It is preferable that the guard pattern is connected to a ground pattern of a circuit in the board near an intermediate point of a fixing position for fixing the upper body and the lower housing.
- An electronic control device is an electronic control device including a housing storing a board on which electronic components are mounted, the electronic control apparatus including a guard pattern formed on an outer peripheral portion of the board, The guard pattern and the guard pattern so that the resonance electric field distribution generated due to the length of the side and the resonance electric field distribution generated due to the side length of the housing form an opposite electric field distribution. It is preferable to connect to a ground pattern of a circuit in the substrate.
- FIG. 1 is a top view of an electronic control device according to a comparative example.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of an electronic control device according to a comparative example.
- FIG. 3 is a top view of the electronic control device according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the electronic control device according to the first embodiment.
- FIG. 5 shows an electric field distribution at the time of resonance in a top view of the electronic control device according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a top view of the electronic control device according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a top view of the electronic control device according to the third embodiment.
- FIG. 8 is a top view of the electronic control device according to the fourth embodiment.
- FIG. 9 is a top view of the electronic control device according to the fifth embodiment.
- FIG. 10 is a top view of the electronic control device according to the sixth embodiment.
- FIG. 11 is a top view of the electronic control device according to the seventh embodiment.
- FIG. 1 is a top view of the electronic control unit 800, which is a top view from which an upper portion 502 of the housing is removed.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the electronic control device 800, and is a cross-sectional view taken along a line BB 'in FIG.
- a printed circuit board 601 is stored in the housing so as to be sandwiched between the lower housing portion 501 and the upper housing portion 502.
- the lower case 501 is fixed to the upper case 502 by screws through screw holes 510 provided at four corners.
- the printed circuit board 601 is fixed to the upper part 502 of the housing by screws through the screw holes 609.
- a pattern 602 for establishing conduction with a screw is formed around the screw hole on the printed board 601, and is connected to a ground 604 in the board via a capacitor 606.
- the components mounted on the printed circuit board 601 and the signal wiring and power supply wiring connecting them are omitted in FIGS. 1 and 2, but the printed circuit board 601 having no such wiring or the like is shown.
- the ground 604 of the printed circuit board 601 is allocated to the inner layer / surface layer of the printed circuit board 601.
- a screw hole 510 for fixing the lower housing portion 501 and the upper housing portion 502 and a screw hole 609 for fixing the upper housing portion 502 and the printed circuit board 601 are provided. Are arranged in the vicinity of the four corners, and both are inevitably arranged in close positions.
- the space defined by the upper housing portion 502 and the lower housing portion 501 has a frequency that acts as a cavity resonator.
- electromagnetic waves tend to concentrate on the outer peripheral portion where the upper and lower portions of the housing are close to each other, and resonance is likely to occur.
- the electric field distribution 702 of the resonance generated due to the length of the long side of the housing is simply shown in FIG. 1 by two curves. The farther the two curves are from each other, the stronger the electric field. Since the screw hole 510 is electrically connected between the upper and lower parts of the housing by the screw, the screw hole 510 functions as a node of the standing wave in resonance, and an antinode of the standing wave with the maximum electric field appears at an intermediate point of the screw hole 510.
- FIG. 1 illustrates a resonance electric field distribution 701 caused by the length in the long side direction of the substrate.
- the vicinity of the screw hole 609 becomes a node of the standing wave, and the vicinity of the center of the side functions as an antinode.
- the current flowing on the printed circuit board 601 due to the resonance is concentrated on the area 703 which is the end of the printed circuit board 601.
- the resonance between the ground 604 in the printed circuit board 601 and the upper part of the housing 502 is excited by the electromagnetic wave generated by the operation of the semiconductor chip mounted on the printed circuit board 601. Since the position is close to the antinode of the resonance standing wave, resonance between the upper and lower portions of the housing is also excited. A part of the electric field between the upper and lower portions of the housing leaks to the outside of the housing from gaps between the upper and lower portions of the housing and the resin portions of the connectors 607 and 608, and is emitted to the outside. Also, by following this path in the opposite direction, external noise acts on components on the printed circuit board 601 and becomes a cause of trouble. In the present embodiment described below, the effects of such unnecessary electromagnetic radiation and external noise are reduced.
- FIG. 3 is a top view of the electronic control device 100 of the present embodiment, and is a top view of the electronic control device 100 from which an upper portion 102 of the housing is removed.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line AA ′ in FIG.
- FIG. 5 is a top view showing an electric field distribution for an example of resonance caused by the length of the long side of the electronic control device 100.
- the pattern wiring in the printed circuit board 201 only the pattern wiring related to the present embodiment is described, and other electronic components, signal lines, power supply lines, and the like mounted on the printed circuit board 201 are omitted from the drawings. I have.
- a printed circuit board 201 is arranged so as to be sandwiched between a metal housing upper portion 102 and a metal housing lower portion 101.
- the housing lower part 101 is fixed to the housing upper part 102 by screws passing through screw holes 110 at four corners, and the housing upper part 102 and the housing lower part 101 are electrically connected by these screws.
- Screw holes 209 are arranged near four corners on the printed circuit board 201, and the printed circuit board 201 is fixed to the housing upper portion 102 by screws.
- the connection pattern 202 on the printed circuit board 201 and the housing upper part 102 are electrically connected by the screws.
- a guard pattern 203 is formed on the outer periphery of the printed circuit board 201.
- the guard patterns 203 are provided on four surrounding sides of the printed circuit board 201 independently of the ground pattern 204 on the printed circuit board 201.
- the guard pattern 203 is connected via a resistor 205 to a connection pattern 202 which is electrically connected to the upper part 102 of the housing.
- the resistance of the resistor 205 is most effectively adjusted to the characteristic impedance of the conductor cross section formed by the guard pattern 203 and the upper and lower housings 102 and 101 from the viewpoint of suppressing resonance. I do not care. As an example, a value of about 1 ⁇ to 10 ⁇ is selected.
- the ground pattern in the printed circuit board 201 via the capacitor 206 is established.
- the capacitor 206 is shown.
- a resistor may be provided instead of the capacitor 206 and connected to the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 via the resistor.
- the resonance current and the electric field between the printed board and the housing concentrate on the outer peripheral portion of the printed board.
- a wiring pattern called a guard pattern 203 is formed in a portion where the resonance current and the electric field are concentrated, and the guard pattern 203 is separated from a ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and then connected via a resistor 205. 202.
- the resonance current flows through the resistor 205, whereby the resonance energy is converted into heat energy, and an effect of suppressing electromagnetic radiation is obtained.
- connection point with the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 near the center of the guard pattern 203, as shown in the electric field distribution 304 in FIG. Has an electric field distribution in which the four corners become the antinodes of the standing wave, and the vicinity of the center of the side becomes a node instead.
- the electric field distribution 304 of the resonance generated due to the length of the side of the substrate becomes an electric field distribution opposite to the electric field distribution 702 of the resonance generated due to the length of the side of the housing.
- the resonance between the inner ground pattern 204 and the housing upper part 102 makes it difficult to induce resonance between the housing upper and lower parts, and an effect of reducing electromagnetic radiation is obtained.
- the fixing position (the position of the screw hole 110) for fixing the upper case 102 and the lower case 101 is also used as the screw hole 209 for fixing the printed circuit board 201 and the upper case 102 with screws.
- the lower case 101 and the printed circuit board 201 may be fixed using one screw hole.
- the electric field distributions 304 and 702 are the same as described above.
- the influence of unnecessary electromagnetic radiation and external noise can be reduced without increasing the number of conductive portions between the housing and the printed circuit board 201 with screws or the like.
- the capacitor 206 between the ground pattern 204 and the guard pattern 203 in the printed circuit board 201 may be added at a position other than the center of the side.
- the radiation suppression effect is higher when it is arranged as close to the center of the side as possible.
- FIG. 6 is a top view of the electronic control device 100 according to the present embodiment, and is a top view in which an upper portion 102 of the housing is removed.
- the cross-sectional structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is not illustrated.
- the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- the present embodiment differs from the first embodiment in that a capacitor 206 is inserted between a ground pattern 204 and a connection pattern 202 in a printed circuit board 201.
- the electric field distribution at the time of resonance between the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and the housing upper portion 102 also becomes nodes at the four corners of the printed circuit board 201.
- the guard pattern 203 and the ground pattern 204 are connected via the capacitor 206 at the center of the side of the printed circuit board 201, the center of the side also becomes a node, and the vicinity of the center of the side shown in the comparative example becomes an antinode.
- the distribution is the reverse of the electric field distribution.
- a resistor may be provided instead of the capacitor 206, and the guard pattern 203 and the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 may be connected via the resistor.
- the ground pattern 204 and the connection pattern 202 in the printed circuit board 201 have a path connected by a capacitor. For this reason, the efficiency of converting resonance energy to heat energy is reduced, but when static electricity that has entered the signal wiring needs to be quickly released to the housing, etc., this makes it more resistant to static electricity. Can be enhanced.
- FIG. 7 is a top view of the electronic control device 100 of the present embodiment, and is a top view in which the upper housing 102 is removed.
- the cross-sectional structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is not illustrated.
- the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- the guard pattern 203 is connected to the connection pattern 202 via the resistor 205, but in the present embodiment, the guard pattern 203 provided on the outer peripheral portion of the printed circuit board 201 is It is formed continuously to the periphery.
- the resonance energy cannot be converted into heat energy by the resistor 205 as shown in the first embodiment, but the resonance electric field between the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and the housing upper portion 102 is reduced. Since the effect of shifting the distribution from the resonance electric field distribution between the upper and lower portions of the housing is obtained, the effect of suppressing unnecessary electromagnetic radiation is obtained.
- FIG. 8 is a top view of the electronic control device 100 of the present embodiment, and is a top view of the electronic control device 100 from which the housing upper portion 102 is removed.
- the cross-sectional structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is not illustrated.
- the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- the guard pattern 203 is connected to the connection pattern 202 via the resistor 205, but in the present embodiment, the guard pattern 203 provided on the outer peripheral portion of the printed circuit board 201 is It is formed continuously to the periphery. Then, near the center of the side of the guard pattern 203, the guard pattern 203 is separated, and the resistors 205 are inserted on both sides so as to connect the separated guard patterns 203.
- the resistance of the resistor 205 is most effectively adjusted to the characteristic impedance of the conductor cross section formed by the guard pattern 203 and the upper and lower housings 102 and 101 from the viewpoint of suppressing resonance. I do not care.
- the center of the separated guard pattern 203 and the ground pattern 204 are connected via a capacitor 206. Note that a resistor may be provided instead of the capacitor 206.
- the effect of converting resonance energy into heat energy is obtained by the resistor 205, and the resonance electric field distribution between the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and the housing upper portion 102 is changed between the upper and lower portions of the housing.
- the effect of shifting the electric field distribution of the resonance is prevented from being linked with each other.
- FIG. 9 is a top view of the electronic control device 100 of the present embodiment, and is a top view in which the upper housing 102 is removed.
- the cross-sectional structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is not illustrated.
- the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- the guard pattern 203 provided on the outer peripheral portion of the printed circuit board 201 is formed continuously to the periphery of the screw hole 209. Further, in the present embodiment, a capacitor 206 and a resistor 205 between the ground pattern 204 and the guard pattern 203 in the printed circuit board 201 are inserted and connected in series at the center of the side of the guard pattern 203. As a result, an effect of converting resonance energy into heat energy can be obtained.
- the resonance of the guard pattern 203 alone cannot be suppressed by the resistor 205 as compared with the fourth embodiment, but the number of the resistors 205 can be reduced, so that the board pattern in the printed circuit board 201 can be freely set.
- the degree can be increased.
- FIG. 10 is a top view of the electronic control device 100 according to the present embodiment, and is a top view in which the upper housing 102 is removed.
- the cross-sectional structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is not illustrated.
- the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- This embodiment is an embodiment in which screw holes 209 for fixing the upper portion 102 of the housing and the printed circuit board 201 are arranged in addition to the four corners of the printed circuit board 201. This embodiment will be described in three cases according to the position of the screw hole 209 for fixing the printed circuit board 201.
- connection pattern 202 around the fixing screw hole 209 of the printed circuit board 201 near the screw hole 110 connecting the upper and lower parts of the housing is connected to the guard pattern 203 and the resistor 205 via the resistor 205 as in the first embodiment. .
- Second is a case where there is a screw hole 209 'at the center of the side of the guard pattern 203 or the like.
- the connection pattern 202 ′ of the fixing screw hole 209 ′ for the printed circuit board 201 arranged at a position (such as the center of the side of the guard pattern 203) apart from the screw hole 110 connecting the upper and lower parts of the housing is different from the guard pattern 203.
- it is connected via a capacitor 206 to a ground pattern 204 in the printed circuit board 201.
- the screw hole 209 ′ and the connection pattern 202 ′ form a conductive portion that electrically connects the housing and the substrate by connecting to the housing upper portion 102 with a screw.
- the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and the housing upper part 102 are connected at the center of the side with lower impedance than in the first embodiment, and between the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and the housing upper part 102.
- the effect of becoming a node of the electric field at the time of resonance can be obtained more strongly. Further, the distribution of resonance between the upper and lower portions of the housing can be shifted, and the radiation suppressing effect is further enhanced.
- the capacitor 206 ' is added at an intermediate point between the screw holes 209 so as to obtain an effect of suppressing higher-frequency resonance, but the capacitor 206' may not be provided.
- connection pattern 202 ′′ of the screw hole 209 ′′ is connected to the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 via the capacitor 206, and is not connected to the guard pattern 203.
- the screw hole 209 ′′ and the connection pattern 202 ′′ form a conductive portion that electrically connects the housing and the substrate by connecting the upper portion 102 of the housing with a screw. Since it is not the outer periphery of the printed circuit board 201, resonance is unlikely to concentrate.
- the resonance between the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and the housing upper part 102 It becomes a node in the resonance electric field distribution, and an effect of shifting the housing vertical resonance and the electric field distribution can be obtained.
- FIG. 11 is a top view of the electronic control device 100 according to the present embodiment, which is a top view in which the housing upper portion 102 is removed.
- the cross-sectional structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is not illustrated.
- the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
- connection points of the printed circuit board and the upper part of the housing are electrically conductive elastic members.
- the conductive elastic member 210 is disposed on the connection pattern 202 disposed at the center of the side of the guard pattern 203, and the connection pattern 202 is connected to the guard pattern 203 via the resistor 205, And via a capacitor 206.
- a conductive elastic member 210 is arranged on a connection pattern 202 in the printed circuit board 201 in an area in a ground pattern 204 in the printed circuit board 201, and the connection pattern 202 is connected to the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 via a capacitor 206.
- the conductive elastic member 210 is a conductive metal spring, an elastic body having a surface coated with a conductive material, or the like.
- the radiation suppression effect can be obtained up to a high frequency band without increasing the number of assembling steps by adding screws.
- An electronic control device 100 including housings 101 and 102 storing a printed circuit board 201 on which electronic components are mounted, including a guard pattern 203 formed on an outer peripheral portion of the printed circuit board 201, and an upper case 102
- the guard pattern 203 and the ground pattern 204 of the circuit in the printed circuit board 201 are connected in the vicinity of an intermediate point of the fixing position for fixing the lower part 101 of the housing.
- An electronic control device 100 including housings 101 and 102 in which a printed circuit board 201 on which electronic components are mounted is provided.
- the electronic control device 100 includes a guard pattern 203 formed on an outer peripheral portion of the printed circuit board 201.
- the guard pattern is formed so that the electric field distribution 702 of the resonance generated due to the length of the side and the electric field distribution 304 of the resonance generated due to the length of the side of the housings 101 and 102 form the opposite electric field distribution.
- a connection is made between 203 and a ground pattern 204 of a circuit in the printed circuit board 201. This makes it difficult for the resonance between the ground pattern 204 in the printed circuit board 201 and the housing upper portion 102 to induce resonance between the upper and lower portions of the housing, thereby obtaining an effect of reducing electromagnetic radiation. Then, the influence of unnecessary electromagnetic radiation and external noise can be reduced without increasing the number of connection points between the housing and the printed circuit board.
- the present invention is not limited to the above embodiments, and other forms considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention, as long as the features of the present invention are not impaired. . Further, a configuration in which the above embodiments are combined may be adopted.
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Abstract
電子部品が搭載された基板を格納した筐体を備える電子制御装置であって、前記基板の外周部に形成されたガードパターンを備え、前記筐体上部と前記筐体下部を固定する固定位置の中間地点近傍において、前記ガードパターンと前記基板内の回路のグラウンドパターンとを接続する電子制御装置。
Description
本発明は、電子制御装置に関する。
衝突被害軽減ブレーキなどの運転支援システムや自動運転などを実現するために、自動車の電子制御装置に要求される計算能力は高くなっている。このため、電子制御装置には動作周波数の高い半導体チップが搭載される傾向にある。
その結果、電子制御装置から不要な電磁放射が増加する。不要な電磁放射を防ぐ為には、情報機器等で一般的になされているように、半導体チップが搭載されているプリント基板を金属製の筺体あるいはシールドで覆う構造が有効である。しかし、金属製の筺体およびプリント基板の間に形成された空間がある周波数範囲において共振器として働くため、その周波数範囲において不要な電磁放射が発生する。また、外部から侵入したノイズに対しても同様の共振が起きるため、外来ノイズによる影響を受けやすくなる。
特許文献1には、電子部品の周辺近傍に筐体とプリント基板を接続する接続部を複数設けて、ノイズを低減するシールド構造が記載されている。
特許文献1に記載の技術では、筐体とプリント基板の接続箇所を増やすことなく、不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減できなかった。
本発明の第1の態様による電子制御装置は、電子部品が搭載された基板を格納した筐体を備える電子制御装置であって、前記基板の外周部に形成されたガードパターンを備え、前記筐体上部と前記筐体下部を固定する固定位置の中間地点近傍において、前記ガードパターンと前記基板内の回路のグラウンドパターンとを接続するのが好ましい。
本発明の第2の態様による電子制御装置は、電子部品が搭載された基板を格納した筐体を備える電子制御装置であって、前記基板の外周部に形成されたガードパターンを備え、前記基板の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布と前記筺体の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布とが逆の電界分布を形成するように、前記ガードパターンと前記基板内の回路のグラウンドパターンとの間を接続するのが好ましい。
本発明の第2の態様による電子制御装置は、電子部品が搭載された基板を格納した筐体を備える電子制御装置であって、前記基板の外周部に形成されたガードパターンを備え、前記基板の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布と前記筺体の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布とが逆の電界分布を形成するように、前記ガードパターンと前記基板内の回路のグラウンドパターンとの間を接続するのが好ましい。
本発明によれば、筐体とプリント基板の接続箇所を増やすことなく、不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
[比較例]
図1および図2を参照して、本実施形態との比較例となる車載用の電子制御装置について説明する。図1は、電子制御装置800の上面図であり、筺体上部502を取り除いた上面図である。図2は、電子制御装置800の断面図であり、図1のB―B’の位置における断面図である。
図1および図2を参照して、本実施形態との比較例となる車載用の電子制御装置について説明する。図1は、電子制御装置800の上面図であり、筺体上部502を取り除いた上面図である。図2は、電子制御装置800の断面図であり、図1のB―B’の位置における断面図である。
図2に示すように、筺体下部501と筺体上部502に挟まれる形でプリント基板601が筐体内に格納されている。図1に示すように、筺体下部501は四隅に設けられたネジ穴510を通して筺体上部502とネジにより固定される。
プリント基板601はネジ穴609によって、筺体上部502とネジにより固定される。プリント基板601には、ネジと導通をとるためのパターン602がネジ穴周囲に形成されており、コンデンサ606を介して基板内のグラウンド604と接続されている。図示を簡略化するために、図1、図2ではプリント基板601上の搭載部品やそれらを繋ぐ信号配線・電源配線などを省略して示しているが、それらの配線等が存在しないプリント基板601の内層・表層はプリント基板601のグラウンド604が割り当てられている。
機械振動の影響を最小のネジ数で効果的に抑えるために、筺体下部501と筺体上部502とを留めるためのネジ穴510が、また筺体上部502とプリント基板601を固定するためのネジ穴609が四隅付近に配置され、両者は必然的に近い位置に配置される。
筺体上部502と筺体下部501によって構成された空間は空洞共振器として働く周波数を持つが、特に筺体の上下が近接している外周部に電磁波が集中しやすく、共振が発生しやすくなる。一例として筺体の長辺の長さに起因して発生する共振の電界分布702を2つの曲線によって簡易的に図1に示した。2つの曲線が離れるほど強い電界であることを示している。ネジ穴510は、ネジによって筐体上下が電気的に導通しているため、共振における定在波の節として働き、ネジ穴510の中間地点に電界が最大となる定在波の腹が現れる。
さらに、プリント基板601内のグラウンド604と筐体上部502に挟まれた空間も空洞共振器として働くが、筐体上部502とプリント基板601内のグラウンド604が近接する部分に集中し、共振が発生しやすくなる。図1に基板長辺方向の長さを起因とする共振の電界分布701を図示した。電界分布701は、ネジ穴609付近が定在波の節となり、辺の中央付近が腹として働く。なお、このとき共振によってプリント基板601上に流れる電流はプリント基板601の基板端であるエリア703の部分に集中する。
プリント基板601上に搭載された半導体チップの動作に伴う電磁波によって、プリント基板601内のグラウンド604と筐体上部502の間の共振が励起されるが、そのときの電界の腹が筐体上下の共振定在波の腹との位置と近接しているため、筐体上下間の共振も励振される。筐体上下間の電界はその一部が筐体上下の隙間やコネクタ607、608の樹脂部より筐体外部に漏れだし、外部への放射となる。また、この経路を逆方向に辿ることで、外来ノイズがプリント基板601上の部品に作用し、不具合要因となる。
以下に述べる本実施形態では、このような不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減する。
以下に述べる本実施形態では、このような不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減する。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態について、図3~図5を参照して説明する。図3は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。図2は図1のA-A’の位置における断面図である。図5は電子制御装置100の長辺の長さに起因した共振の一例についての電界分布を上面図上に示したものである。プリント基板201内のパターン配線については、本実施形態に関連するパターン配線のみを表記しており、その他のプリント基板201上に搭載された電子部品や信号線・電源線などは図示を省略している。
本発明の第1の実施形態について、図3~図5を参照して説明する。図3は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。図2は図1のA-A’の位置における断面図である。図5は電子制御装置100の長辺の長さに起因した共振の一例についての電界分布を上面図上に示したものである。プリント基板201内のパターン配線については、本実施形態に関連するパターン配線のみを表記しており、その他のプリント基板201上に搭載された電子部品や信号線・電源線などは図示を省略している。
図4に示すように、金属製の筐体上部102と金属製の筐体下部101に挟まれる形でプリント基板201が配置されている。図3に示すように、筐体下部101は4隅にあるネジ穴110を通すネジによって筐体上部102と固定され、このネジによって筐体上部102と筐体下部101は電気的導通が取られている。プリント基板201上の4隅付近にネジ穴209が配置され、プリント基板201は筐体上部102に対してネジによって固定される。そして、このネジによってプリント基板201上の接続パターン202と筐体上部102とは電気的に導通が取られている。
プリント基板201上の外周部にはガードパターン203が形成されている。ガードパターン203は、プリント基板201上のグラウンドパターン204とは独立して、プリント基板201上の周囲四辺に設けられる。このガードパターン203は、筐体上部102と導通が取られた接続パターン202と抵抗器205を介して接続される。抵抗器205の抵抗値は、共振抑制の観点からガードパターン203と筐体上部102および筐体下部101で構成される導体断面の特性インピーダンスに合わせるのが最も効果的であるが、その周辺値でも構わない。一例としては1Ω~10Ω程度の値が選択される。また、ガードパターン203の中央付近、すなわち、筐体上部102と筐体下部101を固定する固定位置(ネジ穴110の位置)の中間地点近傍において、コンデンサ206を介してプリント基板201内のグラウンドパターン204と導通が取られる。本実施形態ではコンデンサ206の例を示すが、コンデンサ206の代りに抵抗器を設け、この抵抗器を介してプリント基板201内のグラウンドパターン204と接続してもよい。
比較例で説明したようにプリント基板と筐体の間の共振電流および電界はプリント基板の外周部に集中する。本実施形態では共振電流・電界が集中する部分にガードパターン203と称する配線パターンを形成し、このガードパターン203をプリント基板201内のグラウンドパターン204と分離した上で抵抗器205を介して接続パターン202と接続している。これにより、共振電流が抵抗器205を流れることで、共振のエネルギーを熱エネルギーに変換し、電磁放射を抑制する効果が得られる。
さらに、ガードパターン203の中央付近に、プリント基板201内のグラウンドパターン204との接続点を設けることで、図5の電界分布304に示すように、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体間の共振は、四隅が定在波の腹となり、代わりに辺の中央付近が節となるような電界分布となる。
これにより、基板の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布304は、筺体の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布702とは逆の電界分布となり、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102間の共振が筐体上下間の共振を誘発しづらくなり、電磁放射の低減効果が得られる。
なお、筐体上部102と筐体下部101を固定する固定位置(ネジ穴110の位置)をプリント基板201と筐体上部102とネジで固定するためのネジ穴209と兼用し、筐体上部102と筐体下部101とプリント基板201を一つのネジ穴を用いて固定してもよい。この場合も、上述と同様の電界分布304、702となる。
以上により、ネジなどにより筐体とプリント基板201の導通箇所を増やすことなく、不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減することができる。
なお、プリント基板201内のグラウンドパターン204とガードパターン203の間のコンデンサ206は辺の中央以外に追加してもよい。ただし、上述の電界分布の関係から、なるべく辺の中央付近に配置した方が放射抑制効果は高い。
なお、プリント基板201内のグラウンドパターン204とガードパターン203の間のコンデンサ206は辺の中央以外に追加してもよい。ただし、上述の電界分布の関係から、なるべく辺の中央付近に配置した方が放射抑制効果は高い。
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態について、図6を参照して説明する。図6は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本発明の第2の実施形態について、図6を参照して説明する。図6は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態はプリント基板201内のグラウンドパターン204と接続パターン202との間にコンデンサ206が挿入されている点が第1の実施形態と異なる。このようにすることで、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102間の共振時の電界分布はプリント基板201の四隅についても節となる。さらに、プリント基板201の辺の中央でガードパターン203とグラウンドパターン204とをコンデンサ206を介して接続しているため、辺の中央も節となり、比較例で示した辺の中央付近が腹となる電界分布と逆の分布になる。なお、コンデンサ206の代りに抵抗器を設け、この抵抗器を介してガードパターン203とプリント基板201内のグラウンドパターン204とを接続してもよい。
本実施形態では、プリント基板201内のグラウンドパターン204と接続パターン202がコンデンサで接続される経路を持つ。このため、共振エネルギーを熱エネルギーに変換する効率は下がってしまうものの、信号配線に入ってきた静電気を速やかに筐体へ逃がす必要がある場合などには、このようにすることでより静電気耐性を高めることができる。
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態について、図7を参照して説明する。図7は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本発明の第3の実施形態について、図7を参照して説明する。図7は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
第1の実施形態では、ガードパターン203から抵抗器205を介して接続パターン202と接続していたが、本実施形態においては、プリント基板201の外周部に設けたガードパターン203がネジ穴209の周囲まで連続して形成されている。本実施形態では、第1の実施形態で示したような抵抗器205によって共振エネルギーを熱エネルギーに変換することはできなくなるが、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102間の共振電界分布を筐体上下間の共振電界分布とずらす効果は得られるため、不要な電磁放射を抑制する効果が得られる。
本実施形態では、ネジ穴209近傍の抵抗器205を省略することで、ネジ穴209周辺のプリント基板201の設計自由度を増加することができる利点がある。
本実施形態では、ネジ穴209近傍の抵抗器205を省略することで、ネジ穴209周辺のプリント基板201の設計自由度を増加することができる利点がある。
[第4の実施形態]
本発明の第4の実施形態について、図8を参照して説明する。図8は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本発明の第4の実施形態について、図8を参照して説明する。図8は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
第1の実施形態では、ガードパターン203から抵抗器205を介して接続パターン202と接続していたが、本実施形態においては、プリント基板201の外周部に設けたガードパターン203がネジ穴209の周囲まで連続して形成されている。そして、ガードパターン203の辺の中央付近において、ガードパターン203が分離され、分離されたガードパターン203を繋ぐように抵抗器205が両側に挿入される。抵抗器205の抵抗値は、共振抑制の観点からガードパターン203と筐体上部102および筐体下部101で構成される導体断面の特性インピーダンスに合わせるのが最も効果的であるが、その周辺値でも構わない。さらに、分離されたガードパターン203の中央部とグラウンドパターン204とはコンデンサ206を介して接続される。なお、このコンデンサ206の代りに抵抗器を設けてもよい。
第1の実施形態と同じく抵抗器205によって共振エネルギーを熱エネルギーに変換する効果が得られることと、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102の間の共振電界分布を筐体上下間の共振の電界分布をずらし、互いに連動するのを防ぐ効果が得られる。
本実施形態のようにすることで、ネジ穴209付近に回路が密集し、部品の追加が難しい場合に対しても対応することができる。プリント基板201上の回路配置に応じて、第1の実施形態のような形態を、もしくは本実施形態の形態を組合せた形態をとっても良い。
[第5の実施形態]
本発明の第5の実施形態について、図9を参照して説明する。図9は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本発明の第5の実施形態について、図9を参照して説明する。図9は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は、第3の実施形態で示したように、プリント基板201の外周部に設けたガードパターン203がネジ穴209の周囲まで連続して形成されている。さらに、本実施形態は、ガードパターン203の辺の中央部において、プリント基板201内のグラウンドパターン204とガードパターン203との間のコンデンサ206と抵抗器205を直列に挿入して接続されている。これにより、共振のエネルギーを熱エネルギーに変換する効果が得られる。
本実施形態は第4の実施形態に比べて、抵抗器205によってガードパターン203単体の共振を抑制することができないが、抵抗器205の数を減らせるため、プリント基板201内の基板パターンの自由度を高めることができる。
[第6の実施形態]
本発明の第6の実施形態について、図10を参照して説明する。図10は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本発明の第6の実施形態について、図10を参照して説明する。図10は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、プリント基板201の四隅以外にも筐体上部102とプリント基板201を固定するネジ穴209を配置した場合の実施形態である。本実施形態について、プリント基板201の固定用のネジ穴209の位置によって、3通りの場合分けにより説明する。
第1は、プリント基板201の四隅にネジ穴209がある場合である。筐体上下を接続するネジ穴110と近い位置にあるプリント基板201の固定用のネジ穴209の周囲の接続パターン202は、実施形態1と同様にガードパターン203と抵抗器205を介して接続する。
第2は、ガードパターン203の辺の中央などにネジ穴209’がある場合である。筐体上下を接続するネジ穴110とは離れた位置(ガードパターン203の辺の中央など)に配置されたプリント基板201の固定用のネジ穴209’の接続パターン202’は、ガードパターン203と抵抗器205を介して接続するのに加えて、プリント基板201内のグラウンドパターン204とコンデンサ206を介して接続する。ネジ穴209’と接続パターン202’は、ネジで筺体上部102と接続することにより筐体と基板を電気的に導通する導通部を形成している。これにより、第1の実施形態よりも低いインピーダンスで辺の中央でプリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102が接続され、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102の間の共振時電界の節となる効果がより強く得られる。さらに、筐体上下間共振の分布とずらすことができ、放射抑制効果がさらに高まる。
また、本実施形態では、より高周波数共振についても抑制効果が得られるように、ネジ穴209同士の中間地点にもコンデンサ206’を追加しているが、このコンデンサ206’はなくても良い。
第3は、ガードパターン203から遠く、プリント基板201内のグラウンドパターン204内のエリアにあるプリント基板201内の固定用のネジ穴209’’について説明する。ネジ穴209’’の接続パターン202’’は、プリント基板201内のグラウンドパターン204とコンデンサ206を介して接続し、ガードパターン203とは接続しない。ネジ穴209’’と接続パターン202’’は、ネジで筺体上部102と接続することにより筐体と基板を電気的に導通する導通部を形成している。プリント基板201の外周ではないため、共振は集中にくいが、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102の接続点となるため、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102間の共振電界分布では節となり、筐体上下共振と電界分布をずらす効果が得られる。
ネジ数を減らした状態で不要な電磁放射を抑制するのが本発明の目的ではあるが、ネジを追加した上で本発明を使用することで、さらに高周波数域まで放射を抑制する効果が得られる。
本実施形態では第1の実施形態をベースにして、プリント基板201の固定用のネジを追加した場合を述べたが、第2~5の実施形態に対してネジを追加した場合についても同様にして抑制効果が高めることができる。
[第7の実施形態]
本発明の第7の実施形態について、図11を参照して説明する。図11は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本発明の第7の実施形態について、図11を参照して説明する。図11は本実施形態の電子制御装置100の上面図であり、筺体上部102を取り除いた上面図である。本実施形態の断面構造については、第1の実施形態と同様であるため、図示を省略する。第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は第6の実施形態と共通する部分が多いが、機械振動の影響を抑えるための固定ネジは四隅に配置し、それ以外のプリント基板と筐体上部の接続点を導電性弾性部材210によって実現している。すなわち、ガードパターン203の辺の中央に配置された接続パターン202に導電性弾性部材210を配置し、接続パターン202はガードパターン203と抵抗器205を介して接続するのに加えて、プリント基板201内のグラウンドパターン204とコンデンサ206を介して接続する。プリント基板201内のグラウンドパターン204内のエリアにあるプリント基板201内の接続パターン202に導電性弾性部材210を配置し、接続パターン202は、プリント基板201内のグラウンドパターン204とコンデンサ206を介して接続する。導電性弾性部材210は、導電性の金属バネ、表面に導電性材料を塗布した弾性体などである。
第7の実施形態によれば、第6の実施形態に比べて、ネジ追加による組み立て工数を増やすこと無く、高周波数帯まで放射抑制効果を得ることができる。
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)電子部品が搭載されたプリント基板201を格納した筐体101、102を備える電子制御装置100であって、プリント基板201の外周部に形成されたガードパターン203を備え、筐体上部102と筐体下部101を固定する固定位置の中間地点近傍において、ガードパターン203とプリント基板201内の回路のグラウンドパターン204とを接続する。これにより、筐体とプリント基板の接続箇所を増やすことなく、不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減することができる。
(1)電子部品が搭載されたプリント基板201を格納した筐体101、102を備える電子制御装置100であって、プリント基板201の外周部に形成されたガードパターン203を備え、筐体上部102と筐体下部101を固定する固定位置の中間地点近傍において、ガードパターン203とプリント基板201内の回路のグラウンドパターン204とを接続する。これにより、筐体とプリント基板の接続箇所を増やすことなく、不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減することができる。
(2)電子部品が搭載されたプリント基板201を格納した筐体101、102を備える電子制御装置100であって、プリント基板201の外周部に形成されたガードパターン203を備え、プリント基板201の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布702と筺体101、102の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布304とが逆の電界分布を形成するように、ガードパターン203とプリント基板201内の回路のグラウンドパターン204との間を接続する。これにより、プリント基板201内のグラウンドパターン204と筐体上部102間の共振が筐体上下間の共振を誘発しづらくなり、電磁放射の低減効果が得られる。そして、筐体とプリント基板の接続箇所を増やすことなく、不要な電磁放射および外来ノイズによる影響を低減することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態を組み合わせた構成としてもよい。
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願2018-179488(2018年9月25日出願)
日本国特許出願2018-179488(2018年9月25日出願)
100:電子制御装置
101:筺体下部
102:筺体上部
110:筺体上下固定のためのネジ穴
201:プリント基板
202:接続パターン
203:ガードパターン
204:グラウンドパターン
205:抵抗器
206:コンデンサ
209:プリント基板固定のためのネジ穴
210:導電性弾性部材
101:筺体下部
102:筺体上部
110:筺体上下固定のためのネジ穴
201:プリント基板
202:接続パターン
203:ガードパターン
204:グラウンドパターン
205:抵抗器
206:コンデンサ
209:プリント基板固定のためのネジ穴
210:導電性弾性部材
Claims (13)
- 電子部品が搭載された基板を格納した筐体を備える電子制御装置であって、
前記基板の外周部に形成されたガードパターンを備え、
前記筐体上部と前記筐体下部を固定する固定位置の中間地点近傍において、前記ガードパターンと前記基板内の回路のグラウンドパターンとを接続する電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置おいて、
前記筐体上部と前記筐体下部を固定する固定位置の中間地点近傍において、前記ガードパターンと前記グラウンドパターンとの間をコンデンサを介して接続する電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置おいて、
前記筐体上部と前記筐体下部を固定する固定位置の中間地点近傍において、前記ガードパターンと前記グラウンドパターンとの間を抵抗器を介して接続する電子制御装置。 - 請求項1から請求項3までの何れか一項に記載の電子制御装置おいて、
前記固定位置に設けられた接続パターンと前記ガードパターンとの間を抵抗器を介して接続する電子制御装置。 - 請求項1から請求項3までの何れか一項に記載の電子制御装置おいて、
前記固定位置に設けられた接続パターンと前記グラウンドパターンとの間をコンデンサを介して接続する電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置おいて、
前記ガードパターンは、前記基板の外周部における辺の中央部で分離され、前記ガードパターンの中央部は、抵抗器を介して分離された前記ガードパターンとそれぞれ接続されるとともに、前記グラウンドパターンとコンデンサを介して接続される電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置おいて、
前記筐体上部と前記筐体下部を固定する固定位置の中間地点近傍において、前記ガードパターンと前記基板内の回路のグラウンドパターンとの間を抵抗器とコンデンサとの直列接続により接続する電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置おいて、
前記基板の外周部おいて前記固定位置とは異なる位置に前記筐体と前記基板を導通する導通部を備え、
前記導通部は抵抗器を介して前記ガードパターンと電気的接続され、さらに前記導通部はコンデンサを介して前記グラウンドパターンと接続される電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置おいて、
前記基板の外周部以外の前記固定位置とは異なる位置に前記筐体と前記基板を導通する導通部を備え、
前記導通部はコンデンサを介して前記グラウンドパターンと接続される電子制御装置。 - 請求項8または請求項9に記載の電子制御装置おいて、
前記導通部は前記筐体と前記基板を固定するネジにより構成される電子制御装置。 - 請求項8または請求項9に記載の電子制御装置おいて、
前記導通部は前記筐体と前記基板を導通する導電性弾性部材により構成される電子制御装置。 - 電子部品が搭載された基板を格納した筐体を備える電子制御装置であって、
前記基板の外周部に形成されたガードパターンを備え、
前記基板の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布と前記筺体の辺の長さに起因して発生する共振の電界分布とが逆の電界分布を形成するように、前記ガードパターンと前記基板内の回路のグラウンドパターンとの間を接続する電子制御装置。 - 請求項3、または請求項4、または請求項6から請求項8までの何れか一項に記載の電子制御装置において、
前記抵抗器の値が前記ガードパターンと前記筐体上部および前記筐体下部において構成される導体断面によって定まる特性インピーダンスに合わせるように選択された電子制御装置。
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