PCB技術 - PCBレイアウト設計におけるグラウンド干渉と抑制

1 .接地線の定義

イン PCBレイアウト デザイン, 接地線とは? 誰もが教科書で学ぶ接地線の定義は、接地線は回路電位の基準点として使用される等電位物体である. この定義は実際の状況に合わない. 実際の接地線の電位は一定ではない. あなたが地上線の点の間のポテンシャルを測るメーターを使うならば, あなたは、地上線上の点のポテンシャルが大いに変化するかもしれないとわかります. それは、回路の異常な動作を引き起こすこれらの潜在的な違いです. 等価ポテンシャルとしての回路の定義は、地上電位の人々の期待だけである. ヘンリーは接地線のより現実的な定義を与えた. 彼は接地線を信号がソースに戻るための低インピーダンス経路と定義した. この定義は、接地線12の電流の流れを強調する. この定義によると, 接地線の電位差の原因を理解するのは容易である. 接地線のインピーダンスがゼロにならないから, 電流が有限インピーダンスを通過するとき, 電圧降下が起こる. したがって, 我々は、海の波として接地線上の可能性を想像する必要があります, 次々に.

2 .接地線のインピーダンス

接地線のインピーダンスに起因する接地線上の点間の電位差は、回路を誤動作させることができるので、多くの人がそれを信じている。接地線の抵抗を測定するためにオームメータを使用する場合、接地線の抵抗はしばしばミリオームレベルにある。このような小さな抵抗に電流が流れると、このような大きな電圧降下が起こり、異常な回路動作を起こす。

3 .地上干渉機構

つの回路が接地線のセクションを共有するときに、1つの回路の接地電位は接地線のインピーダンスのために他の回路の動作電流によって、変調される。このような回路の信号は別の回路に結合され、この結合はコモンインピーダンス結合と呼ばれる。

デジタル回路では、信号の周波数が高いため、接地線は大きなインピーダンスを示すことが多い。このとき、グラウンドの部分を共有する異なる回路があれば、共通のインピーダンス結合の問題が生じる

地上干渉対策

4.中で1 PCB設計 レイアウト, 接地ループ干渉のメカニズムからの接地ループ対策, 接地ループの電流が低減される限り、それは知られている, 接地ループ干渉を低減することができる. グランドループ内の電流を完全に除去することができる, 接地ループ干渉の問題は完全に解決できる. したがって, 接地ループ干渉に対する以下の解決策を提案する.

a .機器を片端に浮かせます。一方の端部の回路が浮いていればグランドループは遮断されるので、グランドループ電流を除去することができる。しかし、注意を払う必要がある2つの問題があります。一つは、安全上の理由から、回路はしばしば浮くことができないことである。このとき、インダクタを介してデバイスを接地することを考える。このように、50 Hz交流電流装置では、接地インピーダンスが非常に小さく、より高い周波数干渉信号に対しては、機器接地インピーダンスが大きくなり、接地ループ電流が減少する。しかし、そうすることは、高周波干渉のグランドループ干渉を減らすことができるだけである。別の問題は、デバイスがフローティングしているが、デバイスと接地との間には依然として寄生容量があることである。この静電容量は、より高い周波数でより低いインピーダンスを提供するので、効果的に高周波グランドループ電流を減らすことができない。

b .デバイス間の接続を実現するためにトランスを使用します。二つのデバイスを接続して接地ループ電流を遮断するために磁気回路を使用する。しかし、一次変圧器と二次変圧器との間の寄生容量は、より高い周波数グランドループ電流のための経路をまだ提供することができるので、変圧器分離方法は高周波接地ループ電流に対する抑制効果が低いことに留意されたい。変圧器の高周波分離効果を改善する一つの方法は、変圧器の一次側と二次側との間に遮蔽層を設けることである。しかし、絶縁トランスの遮蔽層の接地端は、受信回路の一端になければならないことに留意されたい。さもなければ、高周波分離効果を向上させることができず、高周波結合をより深刻にすることができる。従って、信号受信装置側にトランスを設置する必要がある。よく保護されたトランスは、1 MHz未満の周波数で効果的な分離を提供することができる。

c .光アイソレータを用いてグランドループを遮断する別の方法は、光を信号伝送するために光を使用することである。これはグランドループ干渉の問題を解決する最も理想的な方法であると言える。光接続には2つの方法があり，一つは光カプラ装置であり，もう一つは光ファイバとの接続である。オプトカプラの寄生容量は一般に2 pFであり、非常に高い周波数で良好な分離を提供することができる。光ファイバはほとんど寄生容量ではないが，光カプラ装置に比べて，設置，保守，コストに劣る。

d .接続ケーブル上のコモンモードチョークを使用することは、接地ループのインピーダンスを増加させることと等価であり、その結果、ある接地電圧の下で、接地ループ254の接地ループのインピーダンスを増加させる

回路電流は減少する。しかし、コモンモードチョークの寄生容量を制御するために注意を払うが、そうでなければ高周波干渉に対する分離効果は非常に悪い。コモンモードチョークの巻数が多くなるほど寄生容量が大きくなり、高周波分離の効果が悪化する。

4.2共通インピーダンス結合の除去は、共通インピーダンス結合を除去する2つの方法である. 一つは、共通接地線12のインピーダンスを低減することである, したがって、共通接地線上の電圧も低減される, それにより、共通インピーダンス結合を制御する. 別の方法は、適切な接地を介して互いに干渉しやすい回路の共通接地線を避けることである. 一般に, 強い電流と弱い電流回路の共通接地線を避ける, デジタル回路とアナログ回路の共通接地線. 前述の通り, 接地線のインピーダンスを減少させることの中心的な問題は、接地線20のインダクタンスを減少させることである. これは、接地導体としてフラット導体を使用することを含む, そして、接地線として遠く離れている複数の平行導体を使用すること. プリント回路基板用, 二層基板上に接地線グリッドを敷設することにより、接地線インピーダンスを効果的に低減することができる. 多層板内, 接地線の特殊層は、小さいインピーダンスを有する, しかし、それは増加します PCB回路基板照度抵抗. コスト. 適切な接地法による共通インピーダンスを回避する接地方法は並列単一点接地である. 並列接地の欠点は接地線が多すぎることである. したがって, 実際に, すべての回路が1点接地と並列に接続される必要はない. 相互干渉の少ない回路について, 直列の単一点接地. 例えば, 回路は、強い信号によって分類することができる, 弱信号, アナログ信号, デジタル信号, etc., それから、同様の回路の範囲内で直列に1ポイント接地を使用する, 異なるタイプの回路のための並列における単一点接地.