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PCB技術

PCB技術 - PCB設計における単一点及び多点接地

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PCB技術 - PCB設計における単一点及び多点接地

PCB設計における単一点及び多点接地

2021-10-24
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Author:Downs

単一点接地とは、回路システム全体の中で1つの物理点だけが接地基準点として定義され、他の接地が必要な点はすべてこの点に直接接続されていることを意味します。低周波回路では、配線とコンポーネントの間に大きな影響はありません。通常、周波数が1 MHz未満の回路は1点で接地されている必要があります。


GNDは、ワイヤ接地端子の略です。接地線または0線を表します。


回路図および回路基板上のGND(接地)は、接地線または0線を表す。GNDは共通端子または接地を表すが、この接地は真の接地ではない。これはアプリケーションが想定している接地であり、電源の場合は電源の負極である。それは地球とは違う。場合によっては地球に接続する必要があり、場合によっては必要ない場合があります。


装置の信号地は、装置内のすべての信号に共通の基準電位を提供する信号地基準点として、装置内の1つの点または1つの金属であってもよい。


単一点接地はシステムの信号品質と耐干渉能力を著しく向上させることができる。その作用は主に以下のいくつかの方面に現れている:

ノイズ低減:異なる信号を分離して接地することにより、高周波干渉が低周波信号に与える影響を低減することができる。

信号伝送の改善:高速回路において、単一点接地は信号リターン経路がはっきりしていることを確保し、それによって信号遅延と歪みを減少させることができる。

レイアウト最適化の促進:単一点接地設計はPCBレイアウトに柔軟性を提供し、特に複雑な回路の中で、接地経路をよりよく制御し、レイアウト設計を簡略化することができる。


回路基板

多点接地とは、電子機器の各接地点が、最も近い接地面(すなわち、機器の金属基板)に直接接続されていることを意味する。高周波回路では寄生容量とインダクタンスの影響がより大きい。一般に、周波数が10 MHzより大きい回路は、多点接地を使用するのが一般的である。


PCBのレイアウトと設計における単点接地、多点接地、浮地と混合接地を知っていますか。

フローティング、すなわち回路のアース線は導体なしで接地される。仮想接地:接地していないが接地電位と同じ点。


利点は、回路が大地の電気特性に影響されないことである。フロートは電源グランド(強誘電体)と信号グランド(弱誘電体)との間の分離抵抗を非常に大きくすることができるので、共通接地インピーダンス回路の結合による電磁干渉を防止することができる。


欠点は、回路が寄生容量の影響を受けやすく、これによって回路の接地電位が変化し、アナログ回路へのインダクタンス干渉が増加することである。


「地球」は電子技術において非常に重要な概念である。「土地」は分類や機能が多く紛らわしいので、「土地」の概念をまとめてみましょう。

「接地」は、装置内部の信号接地および装置接地を含む。両者の概念は異なり、目的も異なる。「接地」の古典的な定義は、「回路またはシステムの参照として使用される等電位点または平面」である

一:信号「グラウンド」は参照「グラウンド」とも呼ばれ、ゼロ電位の参照点と回路信号回路の共通端である。

(1)直流接地:直流回路「接地」、ゼロ電位基準点。

(2)交流接地:交流電源の中性線。地線と区別すべきです。

(3)電源接地:大電流ネットワーク装置と電力増幅器装置のゼロ電位基準点。

(4)アナログ:増幅器、サンプリングホールド、A/D変換器及び比較器のゼロ電位基準点。

(5)デジタル地:論理地とも呼ばれ、デジタル回路のゼロ電位参照点である。

(6)「熱接地」:スイッチング電源には周波数変圧器を使用する必要はなく、そのスイッチング回路の「接地」は市電網と関係があり、いわゆる「熱接地線」、すなわち帯電する。

(7)「冷接地」:スイッチング電源の高周波変圧器が入力端と出力端を隔離するため、そのフィードバック回路はしばしばフォトカプラを使用するため、フィードバック信号を伝送するだけでなく、両側の「接地」を隔離することができ、だから出力端は地線で、「冷地線」と呼ばれ、帯電しない。


しんごうせっち

装置の信号地は、装置内のすべての信号に共通の基準電位を提供する信号地基準点として、装置内の1つの点または1つの金属であってもよい。


単点接地、多点接地、浮地と混合接地がある。(ここでは主にフロートを紹介する)単点接地とは、回路システム全体の中で1つの物理点だけが接地基準点として定義され、他の接地が必要な点はすべてこの点に直接接続されていることを意味する。低周波回路では、配線とコンポーネントの間に大きな影響はありません。通常、周波数が1 MHz未満の回路は1点で接地されている必要があります。多点接地とは、電子機器の各接地点が、最も近い接地面(すなわち、機器の金属基板)に直接接続されていることを意味する。高周波回路では寄生容量とインダクタンスの影響がより大きい。通常10 MHz以上の周波数の回路は、よく使用される


多点接地。フローティング、すなわち回路のアース線は導体なしで接地される。ガリウム仮想接地:接地していないが接地電位と同じ点。利点は、回路が大地の電気特性に影響されないことである。フロートは電源グランド(強誘電体)と信号グランド(弱誘電体)との間の分離抵抗を非常に大きくすることができるので、共通接地インピーダンス回路の結合による電磁干渉を防止することができる。欠点は、回路が寄生容量の影響を受けやすく、これによって回路の接地電位が変化し、アナログ回路へのインダクタンス干渉が増加することである。1つの折衷案は浮遊地と公共地の間に大きな放出抵抗器を接続して蓄積された電荷を放出することである。放出抵抗器のインピーダンスを制御することに注意して、低すぎる抵抗は設備のリーク電流の合格性に影響する。


浮動技術の応用

AC電源の接地とDC電源の接地を切り離す

通常、AC電源の中性線は接地されています。しかし、接地抵抗とそれに流れる電流のため、電源のゼロ線電位は接地のゼロ電位ではない。また、AC電源の中性ラインには多くの干渉があります。AC電源の接地とDC電源の接地が切り離されていない場合は、DC電源と後続のDC回路の正常な動作に影響します。したがって、交流電源を直流電源から分離するフローティング技術を使用することで、交流電源の干渉を分離することができる。


アンプフロート技術

増幅器、特に小入力信号と高利得増幅器の場合、入力端の小さな干渉信号はいずれも異常動作を引き起こす可能性がある。そのため、増幅器の浮動技術を使用することで干渉信号の進入を阻止し、増幅器の電磁互換性を高めることができる。

cフローティングプロセスの注意事項

1)フローティングシステムの接地に対する絶縁抵抗をできるだけ増加させ、フローティングシステムに入るコモンモード干渉電流を減少させることを助ける。

2)PCBメーカーは浮遊システムの対地寄生容量に注意しなければならない。高周波干渉信号は、寄生容量を介してフローティングシステムに結合される可能性がある。

3)フローティング技術は、より良い予想される効果を達成するために、シールドや隔離などの電磁適合技術と結合しなければならない。

4)フローティング技術を使用する時、静電気と電圧反撃が設備と人員に対する危害に注意すべきである。


プリント基板の設計に適切な接地点を選択する方法。

1.接地点選択の原則

接地場所の選択は主に単点接地と多点接地に分けられる。低周波回路では、インダクタンス効果が弱いため、接地回路によるノイズを低減するために、通常は1点接地を使用することが推奨されている。高周波回路では接地インピーダンスが非常に重要になり、その際には接地インピーダンスを低減する多点接地方法を採用すべきである。


2.単一点接地と多点接地

単点接地方法は信号の動作周波数が1 MHz未満の回路に適用され、この場合、接地の回路電流が干渉に与える影響が大きいため、1つの接地点しか選択できない。


10 MHzを超える信号周波数では、信号の完全性を確保するために複数の接地点を選択する必要があります。高速デジタルと線形回路の接地点の組み合わせを制御し、それぞれ電源側に接続することを確保し、回路のノイズ耐性を効果的に高めることができる。


3.接地線設計

接地線の設計も回路の性能に大きく関係している。接地線はできるだけ厚くし、回路を通じて電流値の3倍を許容できるようにし、接地線の幅は通常3 mmより大きくしなければならない。接地線が細すぎると、信号レベルが不安定になり、ノイズ耐性が低下する可能性があります。


4.回路設計の重要性

デジタル回路のみからなるプリント基板では、ノイズ耐性を高めるために、デッドループ経路としてアース線を設計することで電位差を効果的に低減し、電流の整合性を高めることができる。


5.高密度回路と微孔技術

電子製品の多機能化に伴い、接触距離が徐々に減少し、信号伝送速度が向上し、点間配線密度と位置決め長さが向上し、PCBの高密度線路配置と微孔技術の使用に対する要求も高まっている。これらの要因により、多層プリント基板がより一般的になり、全体的な回路性能が向上します。