JP3617442B2 - グランド接続方式 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はグランド接続方式に係り、特にフレームグランドと、これとは分離されたシグナルグランドとの間を接続するプリント基板のグランド接続方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来のグランド接続方式の一例の斜視図を示す。同図において、プリント基板(PCB:Print Circuit Board)の絶縁体1上に、PCBシグナルグランド(S.G)2が設けられ、また、このS.G2とは分離して絶縁体1上にPCBフレームグランド(F.G)3が設けられている。従来のグランド接続方式では、このS.G2とF.G3との間をチップ0Ω抵抗4により半田付けで接続している。チップ0Ω抵抗4はジャンパー線である場合もある。
【0003】
また、従来、PCBを筐体へネジ止めする機械穴に、導体でできたパッドを設けることで、PCB上のグランド(S.G)を筐体S.Gへ接続する場合もある。これらの方法により、多点でPCB上のS.Gを筐体F.Gへ接続することにより、PCB上で発生するコモンモードノイズ(F.GとPCB上の回路の出力端子間で発生するノイズ)を除去でき、PCBからの放射ノイズを低減することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多点接地仕様のPCBにおいては、次のような課題がある。第1の課題は、S.G2とF.G3との接続にチップ0Ω抵抗4又はジャンパー線を使用するため、一度接続してしまうと、容易に切り離せないということである。多点接地を採用することは、S.GラインとF.Gラインでループを形成することになるので、このループの規模とリンクしたノイズが装置上に存在する場合は、逆に放射ノイズを増加させることにつながる。
【0005】
装置上に存在するノイズは、通常予測しがたいものであり、装置動作にも依存する。従って、装置が正常動作するようになってから、接地/分離個所の最適化が必要であるが、従来の接続方式では、容易に接続/分離を変更することができない。
【0006】
第2の課題は、多点接地を採用した場合には、PCB上の回路が直接に筐体と接続されるため、筐体外からの外来ノイズに回路が晒されるということである。特にESD(Electrostatic Discharge)のような高電圧のノイズにPCB上の回路が晒された場合は、装置の誤動作にもつながる場合がある。
【0007】
つまり、PCB上のS.GとF.Gとを切り離した一点接地を採用すると、コモンモードノイズ増加で放射ノイズが増加し、接続した場合(多点接地を採用した場合)には、ESD等外来ノイズに対して誤動作する可能性が増加することになる。しかし、従来のグランド接続方式では、それらに柔軟に対応することが困難である。
【0008】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、必要なときにのみPCB上のS.GをF.Gへ自動的に接続することで、放射ノイズの増加や外来ノイズに柔軟に対応しえるグランド接続方式を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、プリント基板上に分離して設けられたシグナルグランドとフレームグランドとの間を接続するグランド接続方式において、シグナルグランドの電位と予め設定した所定の第1の設定電圧とを比較する比較手段と、比較手段によりシグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオンとされ、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオフとされる、一端がシグナルグランドに接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子の他端とフレームグランドとの間に接続され、所定の第2の設定電圧以上の入力信号を第2の設定電圧にクリップするクリップ回路とを有し、スイッチング素子がオンの期間はスイッチング素子及びクリップ回路を介して、シグナルグランドとフレームグランドを接続する構成としたものである。
【0010】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、プリント基板上に分離して設けられたシグナルグランドとフレームグランドとの間を接続するグランド接続方式において、シグナルグランドの電位と予め設定した所定の第1の設定電圧とを比較する比較手段と、比較手段によりシグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオンとされ、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオフとされる、一端がフレームグランドに接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子の他端とシグナルグランドとの間に接続され、所定の第2の設定電圧以上の入力信号を第2の設定電圧にクリップするクリップ回路とを有し、スイッチング素子がオンの期間はスイッチング素子及びクリップ回路を介して、シグナルグランドとフレームグランドを接続する構成としたものである。
【0011】
本発明では、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子によりシグナルグランドとフレームグランドを分離し、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子及びクリップ回路を通してシグナルグランドとフレームグランドを接続することができる。
【0012】
ここで、上記の比較手段は、第1の設定電圧を発生する電圧源と、シグナルグランドの電位と電圧源からの第1の設定電圧とを比較するコンパレータとよりなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図1は本発明になるグランド接続方式の一実施の形態の構成図を示す。同図において、コンパレータ11はその反転入力端子が第1の設定電圧V1を発生する直流電圧源18の正側端子に接続され、また、その非反転入力端子がPCBシグナルグランド(S.G)16に接続されている。直流電圧源18の負側端子はPCB上のフレームグランド(F.G)15に接続されており、コンパレータ11の第1の設定電圧V1は、F.G15を基準に設定される。
【0014】
更に、コンパレータ11の出力端子は、スイッチング用のNチャネルMOS型トランジスタ17のゲートに接続されている。トランジスタ17のドレイン及びソースの一方はS.G16に接続され、他方はダイオード12及び直流電圧原13からなるクリップ回路14を介してF.G15に接続されている。直流電圧源13の正側端子はダイオード12のカソードに接続され、負側端子はF.G15に接続されており、ダイオード12に対して第2の設定電圧V2を印加している。通常、この第2の設定電圧V2は上記の第1の設定電圧V1と同一値であるが、異なる値に設定することもできる。
【0015】
コンパレータ11はF.G15と基板グランドであるS.G16とを接続するためのトランジスタ17をスイッチング制御する。クリップ回路14は、トランジスタ17がオンのときに、直流電圧源13の直流電圧以上のS.Gグランド電位を直流電圧源13の直流電圧にクリップする。
【0016】
次に、本実施の形態の動作について図2のタイムチャートを併せ参照して説明する。コンパレータ11は非反転入力端子に入力される、図2(A)にIで示すS.G16のグランド電位と、反転入力端子に入力される同図(A)にIIで示す所定の設定電圧V1とを比較しており、S.G16のグランド電位Iが設定電圧II(V1)よりも低い期間ではコンパレータ11はローレベルの信号をトランジスタ17のゲートに印加するので、トランジスタ17は図2(B)にA領域で示すようにオフとされている。
【0017】
従って、このトランジスタ17がオフの期間(A領域)では、S.G16とF.G15とが接続されることはなく、よって、ESD等の外来ノイズがやってきても、PCB上の回路と筐体とが、S.G16とF.G15とが接続されていないことで分離されているので、回路の誤動作を防止できる。
【0018】
一方、S.G16のグランド電位Iが設定電圧II(V1)以上である期間では、コンパレータ11はハイレベルの信号をトランジスタ17のゲートに印加するので、トランジスタ17は図2(B)にB領域で示すようにオンとされる。
【0019】
従って、このトランジスタ17がオンの期間(B領域)では、S.G16とF.G15とがトランジスタ17及びクリップ回路14を介して接続され、S.G16のグランド電位は、図2(C)にIIIで示すように、直流電圧源13の電圧IV(V2)にクリップされる。すなわち、IVで示す直流電圧源13の電圧V2が上記のコンパレータ11の設定電圧V1と等しいとすると、S.G16のグランド電位が設定電圧V1(=V2)以上のときには、ダイオード12がオンとなり直流電圧源13の電圧V2と等しくなるため、S.Gのグランド電位を設定電圧V1(=V2)まで下げることができる。
【0020】
従って、この実施の形態では、S.G16のグランド電位が設定電圧II(V1=V2)以上のときには、S.G16とF.G15とがクリップ回路14を介して自動的に接続されるので、S.G16で発生したコモンモードノイズのうち、設定電圧II(V1=V2)以上の分を除去でき、これにより放射ノイズを低減することができる。
【0021】
なお、この場合、通常安全接地はとられるので、基板のS.G16をF.G15へ接続することは多点接地となるが、これによって必要最低限の間のみ多点接地になるので、多点接地を採用した場合の欠点であるESDにて問題が発生する確率もかなり下げることができる。このような動作をする本実施の形態のグランド接続回路をPCB上に複数設けることで、PCB上のコモンモードノイズを細かく除去することができる。
【0022】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えばクリップ回路14はトランジスタ17とS.G16の間に設け、かつ、トランジスタ17のクリップ回路14に接続されていない方の端子(ドレイン又はソース)をF.G15に接続するようにしてもよい。また、クリップ回路14は図1に示したダイオードクリップ回路以外のトランジスタを使用した構成でもよく、また、トランジスタ17は他のスイッチング素子でもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子によりシグナルグランドとフレームグランドを分離するようにしたため、ESD等の外来ノイズにPCB上の回路が晒されても、PCB上の回路と筐体とがシグナルグランドとフレームグランドとが接続されていないことで分離されており、よって回路の誤動作を大幅に低減することができる。
【0024】
また、本発明によれば、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子及びクリップ回路を通してシグナルグランドとフレームグランドを自動的に接続するようにしたため、PCB上で発生するコモンモードノイズをクリップ回路の第2の設定電圧まで除去でき、これにより放射ノイズを低減することができる。
【0025】
以上より、本発明によれば、シグナルグランドの電位とフレームグランドを基準とする第1の設定電圧との大小比較結果に応じて、フレームグランドとシグナルグランドとの間の接続を適応的に分離又は接続することができ、通常予測しがたい装置上に存在するノイズに対して柔軟、かつ、最適なノイズ低減、回路誤動作防止ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成図である。
【図2】図1の動作説明用タイムチャートである。
【図3】従来の一例の構成図である。
【符号の説明】
11 コンパレータ
12 ダイオード
13、18 直流電圧源
14 クリップ回路
15 PCB上のフレームグランド(F.G)
17 PCBシグナルグランド(S.G)
【発明の属する技術分野】
本発明はグランド接続方式に係り、特にフレームグランドと、これとは分離されたシグナルグランドとの間を接続するプリント基板のグランド接続方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来のグランド接続方式の一例の斜視図を示す。同図において、プリント基板(PCB:Print Circuit Board)の絶縁体1上に、PCBシグナルグランド(S.G)2が設けられ、また、このS.G2とは分離して絶縁体1上にPCBフレームグランド(F.G)3が設けられている。従来のグランド接続方式では、このS.G2とF.G3との間をチップ0Ω抵抗4により半田付けで接続している。チップ0Ω抵抗4はジャンパー線である場合もある。
【0003】
また、従来、PCBを筐体へネジ止めする機械穴に、導体でできたパッドを設けることで、PCB上のグランド(S.G)を筐体S.Gへ接続する場合もある。これらの方法により、多点でPCB上のS.Gを筐体F.Gへ接続することにより、PCB上で発生するコモンモードノイズ(F.GとPCB上の回路の出力端子間で発生するノイズ)を除去でき、PCBからの放射ノイズを低減することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多点接地仕様のPCBにおいては、次のような課題がある。第1の課題は、S.G2とF.G3との接続にチップ0Ω抵抗4又はジャンパー線を使用するため、一度接続してしまうと、容易に切り離せないということである。多点接地を採用することは、S.GラインとF.Gラインでループを形成することになるので、このループの規模とリンクしたノイズが装置上に存在する場合は、逆に放射ノイズを増加させることにつながる。
【0005】
装置上に存在するノイズは、通常予測しがたいものであり、装置動作にも依存する。従って、装置が正常動作するようになってから、接地/分離個所の最適化が必要であるが、従来の接続方式では、容易に接続/分離を変更することができない。
【0006】
第2の課題は、多点接地を採用した場合には、PCB上の回路が直接に筐体と接続されるため、筐体外からの外来ノイズに回路が晒されるということである。特にESD(Electrostatic Discharge)のような高電圧のノイズにPCB上の回路が晒された場合は、装置の誤動作にもつながる場合がある。
【0007】
つまり、PCB上のS.GとF.Gとを切り離した一点接地を採用すると、コモンモードノイズ増加で放射ノイズが増加し、接続した場合(多点接地を採用した場合)には、ESD等外来ノイズに対して誤動作する可能性が増加することになる。しかし、従来のグランド接続方式では、それらに柔軟に対応することが困難である。
【0008】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、必要なときにのみPCB上のS.GをF.Gへ自動的に接続することで、放射ノイズの増加や外来ノイズに柔軟に対応しえるグランド接続方式を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、プリント基板上に分離して設けられたシグナルグランドとフレームグランドとの間を接続するグランド接続方式において、シグナルグランドの電位と予め設定した所定の第1の設定電圧とを比較する比較手段と、比較手段によりシグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオンとされ、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオフとされる、一端がシグナルグランドに接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子の他端とフレームグランドとの間に接続され、所定の第2の設定電圧以上の入力信号を第2の設定電圧にクリップするクリップ回路とを有し、スイッチング素子がオンの期間はスイッチング素子及びクリップ回路を介して、シグナルグランドとフレームグランドを接続する構成としたものである。
【0010】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、プリント基板上に分離して設けられたシグナルグランドとフレームグランドとの間を接続するグランド接続方式において、シグナルグランドの電位と予め設定した所定の第1の設定電圧とを比較する比較手段と、比較手段によりシグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオンとされ、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときに比較手段の出力によりオフとされる、一端がフレームグランドに接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子の他端とシグナルグランドとの間に接続され、所定の第2の設定電圧以上の入力信号を第2の設定電圧にクリップするクリップ回路とを有し、スイッチング素子がオンの期間はスイッチング素子及びクリップ回路を介して、シグナルグランドとフレームグランドを接続する構成としたものである。
【0011】
本発明では、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子によりシグナルグランドとフレームグランドを分離し、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子及びクリップ回路を通してシグナルグランドとフレームグランドを接続することができる。
【0012】
ここで、上記の比較手段は、第1の設定電圧を発生する電圧源と、シグナルグランドの電位と電圧源からの第1の設定電圧とを比較するコンパレータとよりなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図1は本発明になるグランド接続方式の一実施の形態の構成図を示す。同図において、コンパレータ11はその反転入力端子が第1の設定電圧V1を発生する直流電圧源18の正側端子に接続され、また、その非反転入力端子がPCBシグナルグランド(S.G)16に接続されている。直流電圧源18の負側端子はPCB上のフレームグランド(F.G)15に接続されており、コンパレータ11の第1の設定電圧V1は、F.G15を基準に設定される。
【0014】
更に、コンパレータ11の出力端子は、スイッチング用のNチャネルMOS型トランジスタ17のゲートに接続されている。トランジスタ17のドレイン及びソースの一方はS.G16に接続され、他方はダイオード12及び直流電圧原13からなるクリップ回路14を介してF.G15に接続されている。直流電圧源13の正側端子はダイオード12のカソードに接続され、負側端子はF.G15に接続されており、ダイオード12に対して第2の設定電圧V2を印加している。通常、この第2の設定電圧V2は上記の第1の設定電圧V1と同一値であるが、異なる値に設定することもできる。
【0015】
コンパレータ11はF.G15と基板グランドであるS.G16とを接続するためのトランジスタ17をスイッチング制御する。クリップ回路14は、トランジスタ17がオンのときに、直流電圧源13の直流電圧以上のS.Gグランド電位を直流電圧源13の直流電圧にクリップする。
【0016】
次に、本実施の形態の動作について図2のタイムチャートを併せ参照して説明する。コンパレータ11は非反転入力端子に入力される、図2(A)にIで示すS.G16のグランド電位と、反転入力端子に入力される同図(A)にIIで示す所定の設定電圧V1とを比較しており、S.G16のグランド電位Iが設定電圧II(V1)よりも低い期間ではコンパレータ11はローレベルの信号をトランジスタ17のゲートに印加するので、トランジスタ17は図2(B)にA領域で示すようにオフとされている。
【0017】
従って、このトランジスタ17がオフの期間(A領域)では、S.G16とF.G15とが接続されることはなく、よって、ESD等の外来ノイズがやってきても、PCB上の回路と筐体とが、S.G16とF.G15とが接続されていないことで分離されているので、回路の誤動作を防止できる。
【0018】
一方、S.G16のグランド電位Iが設定電圧II(V1)以上である期間では、コンパレータ11はハイレベルの信号をトランジスタ17のゲートに印加するので、トランジスタ17は図2(B)にB領域で示すようにオンとされる。
【0019】
従って、このトランジスタ17がオンの期間(B領域)では、S.G16とF.G15とがトランジスタ17及びクリップ回路14を介して接続され、S.G16のグランド電位は、図2(C)にIIIで示すように、直流電圧源13の電圧IV(V2)にクリップされる。すなわち、IVで示す直流電圧源13の電圧V2が上記のコンパレータ11の設定電圧V1と等しいとすると、S.G16のグランド電位が設定電圧V1(=V2)以上のときには、ダイオード12がオンとなり直流電圧源13の電圧V2と等しくなるため、S.Gのグランド電位を設定電圧V1(=V2)まで下げることができる。
【0020】
従って、この実施の形態では、S.G16のグランド電位が設定電圧II(V1=V2)以上のときには、S.G16とF.G15とがクリップ回路14を介して自動的に接続されるので、S.G16で発生したコモンモードノイズのうち、設定電圧II(V1=V2)以上の分を除去でき、これにより放射ノイズを低減することができる。
【0021】
なお、この場合、通常安全接地はとられるので、基板のS.G16をF.G15へ接続することは多点接地となるが、これによって必要最低限の間のみ多点接地になるので、多点接地を採用した場合の欠点であるESDにて問題が発生する確率もかなり下げることができる。このような動作をする本実施の形態のグランド接続回路をPCB上に複数設けることで、PCB上のコモンモードノイズを細かく除去することができる。
【0022】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えばクリップ回路14はトランジスタ17とS.G16の間に設け、かつ、トランジスタ17のクリップ回路14に接続されていない方の端子(ドレイン又はソース)をF.G15に接続するようにしてもよい。また、クリップ回路14は図1に示したダイオードクリップ回路以外のトランジスタを使用した構成でもよく、また、トランジスタ17は他のスイッチング素子でもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子によりシグナルグランドとフレームグランドを分離するようにしたため、ESD等の外来ノイズにPCB上の回路が晒されても、PCB上の回路と筐体とがシグナルグランドとフレームグランドとが接続されていないことで分離されており、よって回路の誤動作を大幅に低減することができる。
【0024】
また、本発明によれば、シグナルグランドの電位が第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときには、スイッチング素子及びクリップ回路を通してシグナルグランドとフレームグランドを自動的に接続するようにしたため、PCB上で発生するコモンモードノイズをクリップ回路の第2の設定電圧まで除去でき、これにより放射ノイズを低減することができる。
【0025】
以上より、本発明によれば、シグナルグランドの電位とフレームグランドを基準とする第1の設定電圧との大小比較結果に応じて、フレームグランドとシグナルグランドとの間の接続を適応的に分離又は接続することができ、通常予測しがたい装置上に存在するノイズに対して柔軟、かつ、最適なノイズ低減、回路誤動作防止ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成図である。
【図2】図1の動作説明用タイムチャートである。
【図3】従来の一例の構成図である。
【符号の説明】
11 コンパレータ
12 ダイオード
13、18 直流電圧源
14 クリップ回路
15 PCB上のフレームグランド(F.G)
17 PCBシグナルグランド(S.G)
Claims (4)
- プリント基板上に分離して設けられたシグナルグランドとフレームグランドとの間を接続するグランド接続方式において、
前記シグナルグランドの電位と予め設定した所定の第1の設定電圧とを比較する比較手段と、
前記比較手段により前記シグナルグランドの電位が前記第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときに該比較手段の出力によりオンとされ、前記シグナルグランドの電位が前記第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときに該比較手段の出力によりオフとされる、一端が前記シグナルグランドに接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の他端と前記フレームグランドとの間に接続され、所定の第2の設定電圧以上の入力信号を該第2の設定電圧にクリップするクリップ回路と
を有し、前記スイッチング素子がオンの期間は前記スイッチング素子及びクリップ回路を介して、前記シグナルグランドと前記フレームグランドを接続することを特徴とするグランド接続方式。 - 前記比較手段は、前記第1の設定電圧を発生する電圧源と、前記シグナルグランドの電位と該電圧源からの該第1の設定電圧とを比較するコンパレータとよりなることを特徴とする請求項1記載のグランド接続方式。
- プリント基板上に分離して設けられたシグナルグランドとフレームグランドとの間を接続するグランド接続方式において、
前記シグナルグランドの電位と予め設定した所定の第1の設定電圧とを比較する比較手段と、
前記比較手段により前記シグナルグランドの電位が前記第1の設定電圧以上であるとの比較結果が得られたときに該比較手段の出力によりオンとされ、前記シグナルグランドの電位が前記第1の設定電圧より小であるとの比較結果が得られたときに該比較手段の出力によりオフとされる、一端が前記フレームグランドに接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の他端と前記シグナルグランドとの間に接続され、所定の第2の設定電圧以上の入力信号を該第2の設定電圧にクリップするクリップ回路と
を有し、前記スイッチング素子がオンの期間は前記スイッチング素子及びクリップ回路を介して、前記シグナルグランドと前記フレームグランドを接続することを特徴とするグランド接続方式。 - 前記比較手段は、前記第1の設定電圧を発生する電圧源と、前記シグナルグランドの電位と該電圧源からの該第1の設定電圧とを比較するコンパレータとよりなることを特徴とする請求項3記載のグランド接続方式。
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JP3617442B2 true JP3617442B2 (ja) | 2005-02-02 |
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CN105353178A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-02-24 | 国家电网公司 | 一种特高压主变局部放电试验用单点可移动接地装置 |
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2000
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