(57)【要約】【課題】トランス、アイソレータ、フォトカプラ等の絶縁専用受動部品を用いずに、プリント基板上において外部回路から内部回路へ非接触で信号を伝送する。【解決手段】絶縁回路１１０は、信号（入力信号１０１）としてデジタル信号伝送を目的とした矩形波信号（交流信号）を１次側回路１３１に入力する。絶縁回路１１０は、１次側回路１３１に入力した信号を電磁誘導により１次側信号線パタン１１１から２次側信号線パタン１１２へ伝送する。絶縁回路１１０は、２次側信号線パタン１１２へ伝送した信号を２次側回路１３２から波形整形回路１２０に対して出力する。波形整形回路１２０は、２次側回路１３２から出力された信号の波形を矩形波に整形して矩形波信号（出力信号１０２）を生成する。【選択図】図１
2015041917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力される信号を、前記信号の波形を矩形波に整形する装置へ出力する際に、前記信号の入力側と出力側とを絶縁する絶縁装置であって、
１つのプリント基板に実装され、互いに絶縁される１次側回路及び２次側回路と、
前記プリント基板に形成され、互いに一定の間隔を空けて並走する１次側信号線パタン及び２次側信号線パタンと
を備え、
前記信号を前記１次側回路に入力し、前記信号を誘導により前記１次側信号線パタンから前記２次側信号線パタンへ伝送し、前記信号を前記２次側回路から出力することを特徴とする絶縁装置。
【請求項２】
前記プリント基板に形成され、互いに絶縁される１次側グランド及び２次側グランド
をさらに備え、
前記１次側信号線パタン、前記２次側信号線パタン、前記２次側グランド、前記１次側グランドが、順番に配置され、
前記１次側グランドが、前記１次側信号線パタンに接続され、
前記２次側グランドが、前記２次側信号線パタンに接続され、
前記信号として直流信号を静電誘導により前記１次側信号線パタンから前記２次側信号線パタンへ伝送することを特徴とする請求項１の絶縁装置。
【請求項３】
前記１次側信号線パタンと前記２次側信号線パタンとの間の距離、前記２次側グランドと前記１次側グランドとの間の距離が、前記２次側信号線パタンと前記２次側グランドとの間の距離よりも短いことを特徴とする請求項２の絶縁装置。
【請求項４】
前記１次側グランドが、前記１次側信号線パタンの出力側に抵抗を介して接続され、
前記２次側グランドが、前記２次側信号線パタンの入力側に抵抗を介して接続され、
さらに、前記信号として交流信号を電磁誘導により前記１次側信号線パタンから前記２次側信号線パタンへ伝送することを特徴とする請求項２又は３の絶縁装置。
【請求項５】
前記プリント基板に形成され、互いに絶縁される１次側グランド及び２次側グランド
をさらに備え、
前記１次側グランドが、前記１次側信号線パタンの出力側に抵抗を介して接続され、
前記２次側グランドが、前記２次側信号線パタンの入力側に抵抗を介して接続され、
前記信号として交流信号を電磁誘導により前記１次側信号線パタンから前記２次側信号線パタンへ伝送することを特徴とする請求項１の絶縁装置。
【請求項６】
前記１次側信号線パタン、前記２次側信号線パタン、前記１次側グランド、前記２次側グランドが、前記プリント基板の同一層に形成されることを特徴とする請求項２から５のいずれかの絶縁装置。
【請求項７】
前記１次側信号線パタン、前記２次側信号線パタン、前記１次側グランド、前記２次側グランドが、前記プリント基板の複数層に分けて形成されることを特徴とする請求項２から５のいずれかの絶縁装置。
【請求項８】
前記１次側回路に入力される前記信号のノイズを除去するノイズ除去回路
をさらに備えることを特徴とする請求項１の絶縁装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかの絶縁装置と、
前記絶縁装置から出力される前記信号の波形を矩形波に整形して矩形波信号を生成する信号生成装置と
を備えることを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁装置及び機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外部回路から内部回路へ信号を伝送する電気・電子機器では、外界からの雑音を機器に侵入させないために、外部回路と内部回路とがトランス、アイソレータ、フォトカプラ等を用いて分離される。トランス、アイソレータにおいては電磁誘導、フォトカプラにおいては半導体の光導電効果が利用される。
【０００３】
近年の電気・電子回路の安価かつ小型回路の実現のためには、上記のような高価かつ大型の絶縁専用受動部品を可能な限り使用しないことが望まれる。
【０００４】
従来、コイルパタンが形成された絶縁基板を有する複合積層板を用いた平面型電磁誘導電器がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５９９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の平面型電磁誘導電器は、前述したような電気・電子機器として使用することができない。
【０００７】
本発明は、例えば、トランス、アイソレータ、フォトカプラ等の絶縁専用受動部品を用いずに、プリント基板上において外部回路から内部回路へ非接触で信号を伝送することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様に係る絶縁装置は、
外部から入力される信号を、前記信号の波形を矩形波に整形する装置へ出力する際に、前記信号の入力側と出力側とを絶縁する絶縁装置であって、
前記信号を入力する１次側回路と、
前記信号を出力する２次側回路と、
前記１次側回路と前記２次側回路とが互いに絶縁されるように実装されるとともに、前記１次側回路に接続された１次側信号線パタンと、前記２次側回路に接続された２次側信号線パタンとが互いに一定の間隔を空けて並走するように形成され、前記信号を誘導により前記１次側信号線パタンから前記２次側信号線パタンへ伝送するプリント基板とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一の態様によれば、絶縁装置のプリント基板に、信号の入力側に接続された１次側信号線パタンと、信号の出力側に接続された２次側信号線パタンとが互いに一定の間隔を空けて並走するように形成され、この１次側信号線パタン及び２次側信号線パタンにより非接触で信号を伝送することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る電気・電子機器の構成を示す図。
【図２】実施の形態１に係る絶縁回路の１次側信号線パタン及び２次側信号線パタンのパタン長とパタン間隔とに対する伝送電圧の関係を示すグラフ。
【図３】実施の形態１に係る絶縁回路の１次側信号及び２次側信号の波形の例を示す図。
【図４】実施の形態１に係る電気・電子機器の波形整形回路の動作を示す図。
【図５】実施の形態２に係る絶縁回路の構成を示す図。
【図６】実施の形態３に係る絶縁回路の構成を示す図。
【図７】実施の形態４に係る絶縁回路の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電気・電子機器１００の構成を示す図である。
【００１３】
図１において、電気・電子機器１００は、絶縁回路１１０と波形整形回路１２０とを備える。
【００１４】
絶縁回路１１０は、外部から入力される信号（入力信号１０１）を、信号の波形を矩形波に整形する装置（波形整形回路１２０）へ出力する際に、信号の入力側と出力側とを絶縁する絶縁装置の例である。
【００１５】
波形整形回路１２０は、絶縁装置（絶縁回路１１０）から出力される信号の波形を矩形波に整形して矩形波信号（出力信号１０２）を生成する信号生成装置の例である。
【００１６】
絶縁回路１１０は、１次側回路１３１、２次側回路１３２、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、終端抵抗１１３，１１４、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６を備える。
【００１７】
図示していないが、１次側回路１３１、２次側回路１３２、終端抵抗１１３，１１４は、１つのプリント基板に実装される。１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６は、そのプリント基板に形成される。
【００１８】
１次側回路１３１及び２次側回路１３２は、互いに絶縁される。即ち、１次側回路１３１及び２次側回路１３２は、電気的に分離される。
【００１９】
１次側信号線パタン１１１及び２次側信号線パタン１１２は、互いに一定の間隔を空けて並走する。
【００２０】
１次側グランド１１５及び２次側グランド１１６は、互いに絶縁される。即ち、１次側グランド１１５及び２次側グランド１１６は、電気的に分離される。１次側グランド１１５は、１次側信号線パタン１１１の出力側に終端抵抗１１３を介して接続される。２次側グランド１１６は、２次側信号線パタン１１２の入力側に終端抵抗１１４を介して接続される。
【００２１】
１次側回路１３１にはデジタル信号を伝送するための矩形波信号（以降、交流（ＡＣ）信号）が入力される。１次側回路１３１より１次側信号線パタン１１１に信号が入力されると、１次側信号線パタン１１１に生じる電流は、そのパタン幅以下で並走する２次側信号線パタン１１２に誘導電流を発生させ、２次側の終端抵抗１１４に電圧を発生させる。この電圧により波形整形回路１２０は矩形波信号を生成する。
【００２２】
上記のように、本実施の形態において、絶縁回路１１０は、信号（入力信号１０１）として交流信号を１次側回路１３１に入力する。絶縁回路１１０は、１次側回路１３１に入力した信号を電磁誘導により１次側信号線パタン１１１から２次側信号線パタン１１２へ伝送する。絶縁回路１１０は、２次側信号線パタン１１２へ伝送した信号を２次側回路１３２から波形整形回路１２０に対して出力する。波形整形回路１２０は、２次側回路１３２から出力された信号の波形を矩形波に整形して矩形波信号（出力信号１０２）を生成する。
【００２３】
本実施の形態によれば、トランス、アイソレータ、フォトカプラ等の絶縁専用受動部品を用いずに、プリント基板上において１次側回路１３１から２次側回路１３２へ非接触で信号を伝送することができる。そのため、機器のコスト低減、小型化等が可能となる。
【００２４】
図２は、１次側信号線パタン１１１及び２次側信号線パタン１１２のパタン長とパタン間隔とに対する伝送電圧の関係を示すグラフである。
【００２５】
図２において、パタン長ａ，ｂ，ｃは、いずれも１次側信号線パタン１１１及び２次側信号線パタン１１２が並走する距離の例である。ここでは、ａ＜ｂ＜ｃとする。パタン間隔Ｄは、１次側信号線パタン１１１及び２次側信号線パタン１１２の間の距離である。伝送電圧Ｖは、電磁誘導により１次側信号線パタン１１１から２次側信号線パタン１１２へ印加される電圧である。
【００２６】
図２では、パタン長ａ，ｂ，ｃのそれぞれについて、パタン間隔Ｄに対する伝送電圧Ｖの関係を示している。この図から分かるように、並走パタン長を長くし、パタン間隔を狭めることで伝送電圧を高めることが可能であり、この関係に基づいて１次側信号線パタン１１１と２次側信号線パタン１１２との構成を適宜決定すればよい。
【００２７】
図３は、絶縁回路１１０の１次側信号１５１及び２次側信号１５２の波形の例を示す図である。
【００２８】
図３において、１次側信号１５１の立ち上がりのタイミングで生じる２次側信号１５２の正側ピーク電圧１５３は、正側閾値１５５を上回る。その後、１次側信号１５１の立ち下がりのタイミングで生じる２次側信号１５２の負側ピーク電圧１５４は、負側閾値１５６を下回る。これが繰り返される。
【００２９】
図４は、波形整形回路１２０の動作を示す図である。
【００３０】
図４において、波形整形回路１２０は、２次側信号１５２の電圧が正側閾値１５５を上回ると、これを立ち上がりとして検知し、出力信号１０２の論理を正とすることを判断し、以降、これを維持する。波形整形回路１２０は、２次側信号１５２の電圧が負側閾値１５６を下回ると、これを立ち下がりとして検知し、出力信号１０２の論理をゼロとすることを判断し、以降、これを維持する。
【００３１】
波形整形回路１２０は、例えばオペアンプ等を用いた回路によって実装することが可能である。あるいは、波形整形回路１２０は、マイクロコンピュータ等のＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）とＤＳＰ（デジタル信号処理部）とを用いて実装することも可能である。
【００３２】
本実施の形態において、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６は、前述した１つのプリント基板の同一層に形成される。これにより、層数の少ないプリント基板上で、トランス、アイソレータ、フォトカプラ等の絶縁専用受動部品を用いずに絶縁回路１１０を形成することができ、機器のコスト低減、小型化等が可能となる。
【００３３】
なお、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６は、前述した１つのプリント基板の複数層に分けて形成されてもよい（各層に別々に形成されてもよい）。その場合、層数の多いプリント基板上で、小面積でトランス、アイソレータ、フォトカプラ等の絶縁専用受動部品を用いずに絶縁回路１１０を形成することができ、機器のコスト低減、小型化等が可能となる。
【００３４】
また、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６のうち、一部がプリント基板の同一層に形成され、その他がプリント基板の別々の層に形成されてもよい。
【００３５】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００３６】
図５は、本実施の形態に係る絶縁回路１１０の構成を示す図である。
【００３７】
図５において、絶縁回路１１０は、１次側回路１３１、２次側回路１３２、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６を備える。
【００３８】
図示していないが、１次側回路１３１、２次側回路１３２は、１つのプリント基板に実装される。１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６は、そのプリント基板に形成される。１次側グランド１１５及び２次側グランド１１６は、例えばベタパタンとして形成される。
【００３９】
１次側回路１３１及び２次側回路１３２は、互いに絶縁される。即ち、１次側回路１３１及び２次側回路１３２は、電気的に分離される。
【００４０】
１次側信号線パタン１１１及び２次側信号線パタン１１２は、互いに一定の間隔を空けて並走する。
【００４１】
１次側グランド１１５及び２次側グランド１１６は、互いに絶縁される。即ち、１次側グランド１１５及び２次側グランド１１６は、電気的に分離される。１次側グランド１１５は、１次側信号線パタン１１１に電気的に接続される。２次側グランド１１６は、２次側信号線パタン１１２に電気的に接続される。
【００４２】
本実施の形態では、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、２次側グランド１１６、１次側グランド１１５が、この順番に配置される。１次側信号線パタン１１１と２次側信号線パタン１１２との間の距離Ｄ１は、２次側信号線パタン１１２と２次側グランド１１６との間の距離Ｄ２よりも短い。また、２次側グランド１１６と１次側グランド１１５との間の距離Ｄ３も、２次側信号線パタン１１２と２次側グランド１１６との間の距離Ｄ２よりも短い。即ち、Ｄ１＜Ｄ２、Ｄ３＜Ｄ２である。
【００４３】
１次側回路１３１には低サイクルのデジタル信号又は直流（ＤＣ）信号（以降、直流信号）が入力される。１次側回路１３１より１次側信号線パタン１１１に信号が入力されると、１次側信号線パタン１１１と１次側グランド１１５との間に生じる電圧は、この間に電界を発生させ、２次側信号線パタン１１２及び２次側グランド１１６に電圧を発生させる。このとき、２次側信号線パタン１１２及び２次側グランド１１６に発生する電圧は、１次側信号線パタン１１１と１次側グランド１１５との相対位置によって決まる。したがって、１次側信号線パタン１１１と２次側信号線パタン１１２の電位を等しくするため、これらを近接させ、１次側グランド１１５と２次側グランド１１６の電位を等しくするため、これらを近接させる。
【００４４】
上記のように、本実施の形態において、絶縁回路１１０は、信号（入力信号１０１）として直流信号を１次側回路１３１に入力する。絶縁回路１１０は、１次側回路１３１に入力した信号を静電誘導により１次側信号線パタン１１１から２次側信号線パタン１１２へ伝送する。絶縁回路１１０は、２次側信号線パタン１１２へ伝送した信号を２次側回路１３２から波形整形回路１２０に対して出力する。波形整形回路１２０は、２次側回路１３２から出力された信号の波形を矩形波に整形して矩形波信号（出力信号１０２）を生成する。
【００４５】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、トランス、アイソレータ、フォトカプラ等の絶縁専用受動部品を用いずに、１次側回路１３１から２次側回路１３２へ非接触で信号を伝送することができる。そのため、機器のコスト低減、小型化等が可能となる。
【００４６】
実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態１及び２の機能を１つの回路で実現できるようにしたものである。
【００４７】
図６は、本実施の形態に係る絶縁回路１１０の構成を示す図である。
【００４８】
図６において、絶縁回路１１０は、１次側回路１３１、２次側回路１３２、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、終端抵抗１１３，１１４、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６を備える。
【００４９】
実施の形態１と同様に、１次側グランド１１５は、１次側信号線パタン１１１の出力側に終端抵抗１１３を介して接続される。２次側グランド１１６は、２次側信号線パタン１１２の入力側に終端抵抗１１４を介して接続される。
【００５０】
また、実施の形態２と同様に、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、２次側グランド１１６、１次側グランド１１５が、この順番に配置される。１次側信号線パタン１１１と２次側信号線パタン１１２との間の距離Ｄ１は、２次側信号線パタン１１２と２次側グランド１１６との間の距離Ｄ２よりも短い。また、２次側グランド１１６と１次側グランド１１５との間の距離Ｄ３も、２次側信号線パタン１１２と２次側グランド１１６との間の距離Ｄ２よりも短い。即ち、Ｄ１＜Ｄ２、Ｄ３＜Ｄ２である。
【００５１】
上記のように、本実施の形態において、絶縁回路１１０は、信号（入力信号１０１）として交流信号と直流信号との両方を１次側回路１３１に入力することができる。絶縁回路１１０は、１次側回路１３１に入力した信号が交流信号であれば、この信号を電磁誘導により１次側信号線パタン１１１から２次側信号線パタン１１２へ伝送する。絶縁回路１１０は、１次側回路１３１に入力した信号が直流信号であれば、この信号を静電誘導により１次側信号線パタン１１１から２次側信号線パタン１１２へ伝送する。絶縁回路１１０は、２次側信号線パタン１１２へ伝送した信号を２次側回路１３２から波形整形回路１２０に対して出力する。波形整形回路１２０は、２次側回路１３２から出力された信号の波形を矩形波に整形して矩形波信号（出力信号１０２）を生成する。
【００５２】
本実施の形態では、実施の形態１及び２と同様の効果が得られる。
【００５３】
実施の形態４．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００５４】
図７は、本実施の形態に係る絶縁回路１１０の構成を示す図である。
【００５５】
図７において、絶縁回路１１０は、実施の形態１と同様に、１次側回路１３１、２次側回路１３２、１次側信号線パタン１１１、２次側信号線パタン１１２、１次側グランド１１５、２次側グランド１１６を備えるほか、ノイズ対策回路１１７を備える。
【００５６】
ノイズ対策回路１１７は、１次側回路１３１に入力される信号（入力信号１０１）のノイズを除去するノイズ除去回路の例である。ノイズ対策回路１１７は、例えば、コンデンサ、バリスタ等のノイズ還流素子を有する。なお、ノイズ対策回路１１７は、１次側信号１５１及び２次側信号１５２を減衰させないフィルタを形成するものとする。
【００５７】
本実施の形態によれば、不要なノイズを低減することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１００  電気・電子機器、１０１  入力信号、１０２  出力信号、１０３  、１１０  絶縁回路、１１１  １次側信号線パタン、１１２  ２次側信号線パタン、１１３  終端抵抗、１１５  １次側グランド、１１６  ２次側グランド、１１７  ノイズ対策回路、１２０  波形整形回路、１３１  １次側回路、１３２  ２次側回路、１５１  １次側信号、１５２  ２次側信号、１５３  正側ピーク電圧、１５４  負側ピーク電圧、１５５  正側閾値、１５６  負側閾値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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