(57)【要約】【課題】  制御装置で、外来ノイズが入力処理回路に与える影響をさらに小さくする。【解決手段】  制御装置は、入力信号ＳＩを処理するマイクロコンピュータ２００からの電流が流れる信号用グランドＳＧと、制御対象を駆動し、マイクロコンピュータ２００より大きい電流が流れる制御対象駆動回路１００からの電流が流れる電力用グランドＰＧと、を備え、マイクロコンピュータ２００に入力される入力信号のバッファ回路のグランド端子を、電力用グランドＰＧに接続するよう構成されている。【選択図】図４
2016119500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサからの入力信号を処理して制御対象を制御する制御装置であって、
前記入力信号を処理する処理回路からの電流が流れる第１グランドと、
前記制御対象を駆動し、前記処理回路より大きい電流が流れる駆動回路からの電流が流れる第２グランドと、を備え、
前記処理回路に入力される前記入力信号のバッファ回路のグランド端子を、前記第２グランドに接続するよう構成されている、
制御装置。
【請求項２】
前記入力信号はパルス状の信号であり、
前記バッファ回路はスイッチングデバイスである、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記処理回路は、前記駆動回路より低い電圧が供給されるマイクロコンピュータである、
請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置は、車両に搭載されて前記車両の動作を制御する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関し、特に、基板のグランドパターンを複数に分割した制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の制御装置である電子制御ユニット（ＥＣＵ）には、センサからの微細な信号などを扱う小電流系の回路と、燃料噴射系の駆動信号などを扱う大電流系の回路とが存在する。大電流系の回路からのノイズは小電流系の回路からのノイズより大きいので、基板のプリントパターンのグランド部分を、大電流系グランドと小電流系グランドに分けることがある。
従来、センサからの入力信号は小電流系グランドへ接続し、駆動信号は大電流系グランドへ接続する制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５０６６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大電流系グランドにノイズが入った場合、そのノイズが制御装置内の処理回路における信号検出に影響を与えることがあった。 
大電流系グランドに加わるノイズが、処理回路に与える影響を、さらに小さくする制御装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の制御装置は、センサからの入力信号を処理して制御対象を制御する。
制御装置は、入力信号を処理する処理回路からの電流が流れる第１グランドと、制御対象を駆動し、処理回路より大きい電流が流れる駆動回路からの電流が流れる第２グランドと、を備え、処理回路に入力される入力信号のバッファ回路のグランド端子を、第２グランドに接続するよう構成されている。
【０００６】
本発明の一の態様によると、入力信号はパルス状の信号であり、バッファ回路はスイッチングデバイスであるよう構成されている。
【０００７】
本発明の他の態様によると、処理回路は、駆動回路より低い電圧が供給されるマイクロコンピュータであるよう構成されている。
本発明の他の態様によると、制御装置は、車両に搭載されて車両の動作を制御するよう構成されている。
【０００８】
本発明によれば、入力信号が処理回路で正しく検出するためのノイズマージンが増大し、ノイズタフネスを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置の外観を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制御装置と外部装置との概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る制御装置の電源経路を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る制御装置の回路図である。
【図５】比較例の信号波形を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る制御装置の信号波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、本実施例では車両に搭載され当該車両の動作を制御する制御装置を例に説明するが、車両用に限定する趣旨ではなく、車両以外の他の機械、機器等の制御にも適用できる。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置の外観を示す図である。
図２は、本発明の実施形態に係る制御装置と外部装置との概略図である。
図２で制御装置は、図１において矢印Ｄ１で示す方向から見た図で示す。
制御装置１０は、車両に搭載され、車両のエンジンなど各種動作の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）である。制御装置１０は、電源装置からの電力供給を受けて、物理量を検出するセンサからの電気信号を処置すると共に、制御対象を駆動する電気信号を出力する。
【００１２】
制御装置１０は、１つの筺体２０内に、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、基板３０を収納する。基板３０は筺体２０に覆われ、基板３０に装着されたコネクタ４０のみが筺体２０の外部から視認可能である。この構成により、基板３０に装着された制御回路が保護される。
【００１３】
筺体２０は、導電性の部材で構成され、図示しない取付部で車体に直接接続されることにより、フレームグランドとして機能する車体グランドとグランド電位を導通する。筺体２０はたとえばアルミニウムなど金属部材で構成する。なお、導電性の部材であれば、金属部材ではなく、樹脂性の材料であってもよい。また筺体２０は制御装置１０をノイズからシールドするためのケースグランドとしても機能する。
制御装置１０は、コネクタ４０を介して、ケーブルの束であるハーネス５０、５２、５４により、各種センサ６０、制御対象７０、電源装置８０などの筺体２０外の外部デバイスまたは外部装置と、信号や電力を入力または出力をする。
【００１４】
センサ６０は、制御対象７０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。各センサ６０の位置はそれぞれ異なるので、各センサ６０からの信号は、それぞれ専用のケーブルでコネクタ４０に入力される。
制御対象７０は、たとえば、車両の走行等に影響を与える昇圧装置、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である。
電源装置８０は、制御装置１０内の電子制御回路に必要な電力を供給する。電源装置８０は、たとえばバッテリである。
【００１５】
図３は、本発明の実施形態に係る制御装置の電源経路を示す図である。
電源装置８０からコネクタ４０を介して基板３０へ、電源電圧ＶＳと電源グランドＧＮＤが接続される。
基板３０へ供給された電源電圧ＶＳは、制御対象７０を駆動する制御対象駆動回路１００に供給される。電源電圧ＶＳは、たとえば１０Ｖ以上の電圧である。制御対象駆動回路１００は、たとえば燃料供給装置や自動変速機のための駆動回路である。これらの制御対象駆動回路１００は制御対象７０へ大きな電力を与えるために数アンペア規模の電流を流す。制御対象駆動回路１００のグランド端子は電力用グランド（Power Ground）ＰＧに接続され、電力用グランドＰＧには大電流が流れる。電力用グランドＰＧは、制御対象駆動回路１００のグランド電位を伝達する。
【００１６】
また電源電圧ＶＳは、低電圧生成回路１１０に供給される。低電圧生成回路１１０は電源電圧ＶＳより低い電圧ＶＣを生成する、電圧レギュレータである。低電圧生成回路１１０が生成する電圧ＶＣは、処理回路１２０へ供給され、処理回路１２０の供給電圧となる。電圧ＶＣはたとえば５Ｖである。
【００１７】
処理回路１２０は、センサからの入力信号を入力し処理する回路である。処理回路１２０は、たとえばＡＤコンバータ、フィルタ回路、マイクロコンピュータなどである。
低電圧生成回路１１０と処理回路１２０のグランド端子は、信号用グランド（Signal Ground）ＳＧに接続される。信号用グランドＳＧは、低電圧生成回路１１０と処理回路１２０のグランド電位を伝達する。信号用グランドＳＧには処理回路１２０を流れる電流が流れ、その電流の大きさは電力用グランドＰＧに流れる電流より小さい。すなわち、所定の電流値を基準とすると、信号用グランドＳＧには所定の電流値未満の小さい電流が流れ、電力用グランドＰＧには所定の電流値以上の大きい電流が流れる。
信号用グランドＳＧは、電力用グランドＰＧと接続される。信号用グランドＳＧと、電力用グランドＰＧとは、基板３０上で、グランドパターンを形成する。
【００１８】
図４は、本発明の実施形態に係る制御装置の回路図である。
制御装置は信号用グランドＳＧと、電力用グランドＰＧと、を備える。信号用グランドＳＧは第１グランドに相当する。電力用グランドＰＧは第２グランドに相当する。
信号用グランドＳＧと、電力用グランドＰＧとは、基板３０上で接続されているが、信号用グランドＳＧには配線インピーダンスである抵抗Ｒ１が存在する。そのため、図４では等価的に信号用グランドＳＧと電力用グランドＰＧとの間に抵抗Ｒ１が存在することを示す。
同様に、電力用グランドＰＧと電源グランドＧＮＤとは、コネクタ４０の端子を介して接続されているが、電力用グランドＰＧには配線インピーダンスである抵抗Ｒ２が存在する。そのため、図４では等価的に電力用グランドＰＧと電源グランドＧＮＤとの間に抵抗Ｒ２が存在することを示す。
【００１９】
信号用グランドＳＧには、低電圧生成回路１１０のグランド端子と、処理回路１２０であるマイクロコンピュータ２００のグランド端子とが接続される。マイクロコンピュータ２００は、電圧ＶＣが供給されるように、低電圧生成回路１１０と接続される。
マイクロコンピュータ２００には、制御装置外のセンサ６０からの入力信号ＳＩがトランジスタＴＲを介して入力される。入力信号ＳＩはパルス状の信号であり、たとえば内燃機関であるエンジンのクランクシャフトの位置を検出するクランクセンサからの信号である。入力信号ＳＩはセンサ６０から専用のケーブルで入力される。
【００２０】
トランジスタＴＲはバッファとして機能するスイッチングデバイスである。トランジスタＴＲのコレクタは、抵抗Ｒ３の一端に接続される。抵抗Ｒ３の他端は、電圧ＶＣに接続される。この構成により、トランジスタＴＲは、センサ６０から制御装置に入力されるパルス信号の信号レベルを、マイクロコンピュータ２００の入力電圧範囲に変換する。
【００２１】
電力用グランドＰＧには、制御対象駆動回路１００のグランド端子が接続される。電力用グランドＰＧには制御対象を駆動する大電流が流れる。そのため、電力用グランドＰＧに加わるノイズは大きい。
【００２２】
本実施形態では、トランジスタＴＲのグランド接続端子として機能するエミッタは、信号用グランドＳＧではなく電力用グランドＰＧに接続する。この接続の効果を、トランジスタＴＲのエミッタを信号用グランドＳＧと接続する比較例と比較して説明する。
【００２３】
図５は、比較例の信号波形を示す図である。
図５で矢印ｔの方向に時間が進行するものとする。
従来の接続では、トランジスタＴＲの出力信号はハイレベルが５Ｖ、ローレベルが信号用グランドＳＧとなる。
タイミングＴ１からタイミングＴ２まで電力用グランドＰＧに大きさレベルＮＬのノイズが入った場合、マイクロコンピュータ２００の電源電圧ＶＣである５Ｖと、信号用グランドＳＧの電圧値とは、Ｒ１によるインピーダンスのために同時に上がる。トランジスタＴＲの出力は信号用グランドＳＧを基準に上がるので、ハイレベルもローレベルも上がる。
【００２４】
図６は、本発明の実施形態に係る制御装置の信号波形を示す図である。
図５と同様に、タイミングＴ１からタイミングＴ２まで、電力用グランドＰＧに、レベルＮＬのノイズが加わった場合を示す。
マイクロコンピュータ２００による読み取り電圧範囲ＲＶは、５Ｖから信号用グランドＳＧまでである。一方、トランジスタＴＲのグランド接続端子は電力用グランドＰＧに接続されているので、トランジスタＴＲの出力信号は、電力用グランドＰＧを基準に信号レベルが決定される。
タイミングＴ１までは、５Ｖは低電圧回路１１０が生成するために変化せず、ローレベルは電力用グランドＰＧと同じレベルとなる。
【００２５】
タイミングＴ１からタイミングＴ２まで電力用グランドＰＧに大きさレベルＮＬのノイズが入った場合、トランジスタＴＲの出力信号のローレベルはノイズのために上がる。しかし、信号グランドＳＧから見たノイズレベルはレベルＬＶ１と認識される。一方、比較例では信号グランドＳＧから見たノイズレベルがレベルＬＶ２であるのに対して、本実施形態ではレベルＬＶ２より小さいレベルＬＶ１と認識される。これにより、ノイズタフネスが向上する。
【００２６】
なお、マイクロコンピュータ２００による入力信号の検出電圧範囲は、一般にハイレベルが電圧ＶＣの７０％以上、ローレベルが電圧ＶＣの３０％以下であれば、ハイレベルとローレベルの検出に問題がない。すなわち、ノイズでトランジスタＴＲの出力のローレベルが上下しても、マイクロコンピュータ２００で許容される検出範囲以下であれば誤検出しない。
【００２７】
また、トランジスタＴＲの代わりに、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やＩＣ（Integrated Circuit）など他のスイッチングデバイスを入力信号ＳＩのバッファに使用してもよい。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態に係る制御装置では、センサ６０からの入力信号ＳＩを処理して制御対象７０を制御する。制御装置は、入力信号ＳＩを処理するマイクロコンピュータ２００からの電流が流れる信号用グランドＳＧと、制御対象を駆動し、マイクロコンピュータ２００より大きい電流が流れる制御対象駆動回路１００からの電流が流れる電力用グランドＰＧと、を備え、マイクロコンピュータ２００に入力される入力信号のバッファ回路のグランド端子を、電力用グランドＰＧに接続するよう構成されている。
【００２９】
本実施形態によれば、入力信号が処理回路で正しく検出するためのノイズマージンが増大し、ノイズタフネスを向上させることができる。すなわち、駆動回路により電流に加わるノイズが処理回路に与える影響を、さらに小さくことができる。
特に、車両の動作を制御する制御装置の場合は、小電流系回路と大電流系回路が混在し、大電流系回路を流れるノイズも大きいので効果が大きい。
【００３０】
なお本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０・・・制御装置、２０・・・筺体、３０・・・基板、４０・・・コネクタ、５０、５２、５４・・・ハーネス、６０・・・センサ、７０・・・制御対象、８０・・・電源装置、１００・・・制御対象駆動回路、１１０・・・低電圧生成回路、１２０・・・処理回路、２００・・・マイクロコンピュータ、ＳＧ・・・信号用グランド、ＰＧ・・・電力用グランド、ＧＮＤ・・・電源グランド、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・抵抗、ＴＲ・・・トランジスタ、ＶＳ・・・電源電圧、ＶＣ・・・電圧、ＲＶ・・・電圧範囲、ＮＬ、ＬＶ１、ＬＶ２・・・レベル。
【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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