GNDは、ほぼすべての回路図、PCB、電源装置、電子モジュールに登場します。「0ボルト」や「マイナス端子」と説明されることがよくありますが、どちらの説明も常に正しいわけではありません。

電子回路において、 GNDはGround(グラウンド)の略です。他の電圧を測定する際の基準ノードであり、多くの回路では、電流が電源へ戻る経路の一部でもあります。回路のグラウンドは物理的な大地に接続される場合もありますが、必ずしもそうではありません。この違いを理解することは、PCBの設計、試験、トラブルシューティングに欠かせません。

要点

  • GNDはグラウンドを意味し、通常は回路で指定された0 V基準ノードを指します。
  • 電圧は常に2点間で測定されます。GNDは、その測定に共通の基準を与えます。
  • GNDには帰還電流が流れることがよくありますが、その電流は電源へ戻るのであり、自動的に大地へ流れるわけではありません。
  • 回路グラウンド、信号グラウンド、シャーシグラウンド、保護接地はそれぞれ役割が異なり、相互に置き換えられるものとして扱うべきではありません。
  • GNDは本質的にプラスでもマイナスでもありません。単電源回路の多くでは電源のマイナス端子に接続されますが、別の構成も可能です。
  • PCBでは、連続した低インピーダンスのグラウンドプレーンが、帰還経路の確保、ノイズの制御、電磁干渉の低減に役立ちます。
  • アナログとデジタルのグラウンドプレーンを安易に分割しないでください。電流経路を検討し、部品メーカーのレイアウト指針に従ってください。

電子回路におけるGNDの意味とは?

GNDは、 ground(グラウンド)の標準的な略称です。回路では通常、0 Vに割り当てられたノードを示します。これにより、他のノードの電圧をその基準に対する値として表せます。

たとえば、回路図で電源ラインに +5 Vと記されている場合、通常はそのラインが指定されたGNDノードより5 V高いことを意味します。マルチメーターでは、+5 VラインとGNDの間の電位差を測定して、この値を確認できます。

これは、GNDの絶対電圧がどこでもゼロという意味ではありません。電圧は常に2点間の差です。設計者は、扱いやすいノードをローカルな0 V基準として選びます。これは、他の基準点もあり得るなかで、標高を海面からの高さで表すのと同じです。

簡潔に言うと

GNDは、回路内の電圧レベルを定義するために使われる共通の基準ノードです。また、多くの場合、電流が電源に戻ってループを完結するための帰路にもなります。

GNDは常に大地に接続されていますか?

いいえ。電池駆動のセンサー、スマートフォン、ドローン、絶縁された制御基板は、土壌や建物の保護接地系に導電接続しなくても動作します。そのGNDは回路内のローカル基準であり、意図的な大地接続がない場合はフローティンググラウンドと呼ばれることもあります。

大地を基準とする機器はこれとは異なります。製品によっては、安全性、電磁両立性、測定上の理由から、回路グラウンドをシャーシまたは保護接地に意図的に接続します。接続方法は、システム、適用される安全要件、EMC設計によって異なります。

回路にGNDが必要なのはなぜ?

GNDには、互いに関連するいくつかの役割があります。それぞれの重要性は回路によって異なります。

電圧の基準を与える

3.3 Vのような表記は、基準点がわからなければ完全な意味を持ちません。ほとんどのデジタル回路では、3.3 VはGNDを基準とした3.3 Vを意味します。ロジックのしきい値、アナログ入力、センサー出力、電源ラインは、すべて共通の基準に依存します。

信号線が正しく接続されていても、適切な基準を共有していなかったり、基準電位の差に耐えられるよう設計された絶縁型または差動型のインターフェースを使用していなかったりすると、接続された2つのデバイス間で通信できない場合があります。

電流のループを完成させる

電流は閉じたループを流れる必要があります。単純な直流回路では、慣用電流は電源の正端子を出て、負荷を通り、GNDと表示された導体を通って電源へ戻ります。

重要なのは、 電源へ戻るという点です。電流はグラウンド記号に到達しても消えるわけではありません。回路図では、この記号によって複数の配線をまとめて表すことがありますが、実際の導体、プレーン、ケーブル、電源への接続が、完全なループを構成しています。

ノイズとEMIの抑制に役立つ

実際の導体には抵抗とインダクタンスがあります。グラウンドのインピーダンスを電流が流れると、電位差が生じます。

V = I Z

急速に変化する電流では、寄生インダクタンスによって過渡成分が加わります。これは一般に次のように表されます。

V = L\frac{di}{dt}

そのため、PCB上のある場所の「グラウンド」は、別の場所の「グラウンド」と瞬間的にまったく同じ電位とは限りません。低インピーダンスのグラウンド構造と短くまとまったリターン経路は、共通インピーダンス結合、グラウンドバウンス、放射エミッション、干渉への感受性を低減します。

電気的安全性を確保できる

保護接地は、故障電流が流れるよう意図的に低インピーダンスの経路を設け、ヒューズ、サーキットブレーカーなどの保護装置が動作できるようにします。この安全機能は、通常の信号リターンとは異なります。保護接地の設計は、製品の構成と適用される電気安全規格に従うものであり、一般的なPCBのグラウンディング規則をもとに独自に決めてはいけません。

単純な回路ではGNDはどのように機能する?

マイクロコントローラーに5 V電源を供給する場合を考えてみましょう。

  1. 電源は、5 V出力端子とリターン端子の間に電位差を生み出します。
  2. リターン端子をGNDとして定めます。
  3. 電流は電源からマイクロコントローラーとその周辺部品を通り、GNDネットワークを経由して電源に戻ります。
  4. 信号電圧は、同じGND基準に対する電圧として解釈されます。
Diagram showing DC current loop and high-frequency return path through a PCB ground plane
電流は閉じたループを流れる必要があります。高周波のリターン電流は、基準プレーン上で信号トレースの真下を通る、インダクタンスが最小となる経路を流れます。

センサー出力がセンサーのグラウンドより2 V高く、マイクロコントローラーのグラウンドがそれと0.5 V異なる場合、そのずれの方向によって、受信側には1.5 Vまたは2.5 Vとして見える可能性があります。この差は測定誤差や、場合によってはロジックの誤動作につながります。したがって、適切なグラウンディングでは、接続だけでなくリターン経路のインピーダンスも重要です。

高周波では、リターン電流が抽象的な「最短」経路を単純に通るわけではありません。インピーダンスに応じて利用可能な経路に分流し、ループインダクタンスが低くなるよう、基準プレーン上の信号トレース近くに集中する傾向があります。そのプレーンに切れ目やスロットがあると、リターン電流は迂回を強いられ、ループ面積、ノイズ、放射が増加することがあります。

グラウンドの主な種類

グラウンドという言葉は、役割の異なる複数のノードや導体を指すことがあります。それぞれの名称が役立つのは、相互の関係が明確に定義されている場合に限られます。

Standard electronics schematic symbols for Earth Ground, Chassis Ground, and Signal or Circuit Ground
回路図でよく使われるグラウンド記号:アース/保護接地(水平線3本)、シャーシグラウンド(斜線)、信号/デジタルグラウンド(三角形または矢印形)。
グラウンドの種類主な目的一般的な用途重要な注意点
回路グラウンド/0 V電圧基準および電流リターンほとんどの電子回路大地に対して浮いた電位になる場合がある
信号グラウンド信号の基準およびリターンセンサー、アンプ、インターフェースノイズ電流によって微小信号が乱されることがある
電源グラウンド大きな負荷電流のリターンモーター、コンバーター、電力段大電流によって電圧降下やグラウンドバウンスが生じることがある
アナロググラウンド(AGND)高感度アナログ回路の基準ADC、DAC、アンプこの名称だけで、専用プレーンが必要になるわけではない
デジタルグラウンド(DGND)デジタルスイッチング電流のリターンMCU、FPGA、ロジック回路立ち上がりの速いエッジは広帯域ノイズを発生させることがある
筐体グラウンド導電性筐体への接続産業用機器、シールド付き製品定められた箇所で、大地、回路グラウンド、またはその両方に接続される場合がある
保護接地(PE)感電および故障時の保護商用電源駆動機器通常、通常動作時の負荷電流の戻り経路としては使用しない
仮想グラウンド能動的または受動的に生成される基準電圧単電源アナログ回路電流容量とインピーダンスは有限
フローティンググラウンド意図的な大地接続を持たないローカル基準バッテリー駆動および絶縁システム容量結合や測定器を介して大地と結合する場合がある

National Instrumentsは、異なるグラウンド記号が必ずしも同等ではなく、グラウンド間に測定可能な電圧が存在する場合があると指摘しています。そのため設計者は、すべてのグラウンド機能を定義されていない GND ネットに配置するのではなく、適切な記号とネット名を使用する必要があります。

GNDと大地、筐体、ニュートラルの違い

これらの用語には関連がありますが、同義語ではありません。

GNDと大地接地の違い

回路GNDは、回路内で選定される電気的基準です。大地接地は、物理的な大地または設備の保護接地システムへの意図的な接続です。

回路GNDは、次のように接続される場合があります。

  • 保護接地に直接接続される
  • コンデンサまたはインピーダンス回路網を介して筐体や大地に結合される
  • 制御された単一の箇所で接続される、または
  • 通常の動作条件下で完全に絶縁される

適切な構成は、感電保護、絶縁定格、ESD、サージ、EMI、インターフェース、およびシステム全体の接地方式によって異なります。

GNDと筐体グラウンドの違い

筐体グラウンドは、導電性の筐体、フレーム、シールド、または取り付け構造に接続されます。ESDや高周波干渉の経路となるほか、保護接地にも接続される場合があります。

回路グラウンドと筐体グラウンドは、直接接続される場合も、部品で構成された回路網を介して接続される場合も、互いに絶縁される場合もあります。コネクタのシールドは、多くの場合、信号グラウンド回路網を通る長い配線ではなく、短くインダクタンスの低い経路で筐体に接続する必要があります。この接続は、製品のEMCおよび安全設計の一部として計画しなければなりません。

GNDとニュートラルの違い

ニュートラルは交流配電システムにおける接地された導体で、通常は負荷電流が流れます。保護接地は安全のための導体で、通常は漏れ電流または故障電流のみが流れます。どちらも回路GNDの代用として安易に扱ってはなりません。

電気設備では、定められた箇所でニュートラルと保護接地を接続する場合がありますが、それ以外の場所で接続すると、危険な接触電流や並列電流経路が生じたり、規制違反となったりするおそれがあります。商用電源の配線設計および保守は、適用される規格に従い、資格を持つ担当者のみが行ってください。

GNDは正極か負極か?

GNDは本質的に正極でも負極でもありません。基準点です。

一般的な単電源デジタル回路では、電源の負極端子をGNDとして選ぶため、もう一方の電源レールはそれに対して正になります。ただし、これは設計上の選択であり、普遍的な規則ではありません。

ほかの例:

  • 両電源では、中点をGNDとして、+12 Vと−12 Vの電源レールを設ける場合があります。
  • 旧式のシステムや特殊なシステムの中には、正極接地方式を採用しているものがあります。
  • 仮想グラウンドは、電源電圧の中間に設定される場合があります。たとえば、5 Vアナログ回路では2.5 Vです。
  • 絶縁された二次側回路のGNDは、一次側のグラウンドや大地に対してフローティング状態になる場合があります。

GNDと記された端子が電源の負極、筐体、または大地と同一だと決めつける前に、必ず回路図と電源構成を確認してください。

PCBのグラウンドプレーンとは?

グラウンドプレーンとは、グラウンドネットに接続された比較的大きな銅箔領域です。PCBの内層の大部分を占める場合もあれば、外層の銅箔ベタとして配置される場合もあります。

適切に設計されたプレーンは、細長いグラウンド配線と比べて抵抗とインダクタンスが低くなります。また、高周波信号電流やデカップリング電流のための、短くコンパクトな戻り経路も提供します。Texas InstrumentsとAnalog Devicesはいずれも、戻り電流、EMI制御、高速伝送構造において、低インピーダンスのグラウンドプレーンが重要であることを強調しています。

連続したグラウンドプレーンの利点

  • 戻り経路のインピーダンス低減
  • 信号電流ループ面積の縮小
  • 信号品質の向上
  • 共通インピーダンス結合の低減
  • 放射エミッションと妨害感受性の低減
  • 制御インピーダンスの予測可能性向上
  • 一部のレイアウトでの放熱性向上

広い銅箔領域があるだけで、グラウンドプレーンが自動的に効果を発揮するわけではありません。細いくびれ、プレーンの分割、孤立した銅箔アイランド、疎らな接続ビア、不適切な位置のアンチパッドは、リターン経路を遮断したり狭めたりすることがあります。

PCBのグラウンディングに関するベストプラクティス

あらゆる基板に適した単一のグラウンディングレイアウトはありません。低周波センサー、RFモジュール、モーターコントローラー、商用電源で動作する製品では、それぞれ要件が異なります。以下の原則は、有用な出発点となります。

1. ネット名ではなく、電流経路から考える

各電流がどこから発生し、どのように電源へ戻るかを特定します。スイッチングレギュレーター、クロック線、ゲートドライバー、モーター、リレー、大電流LED、ADC入力、通信コネクターには特に注意してください。

ノイズの多い電流や大電流のループが小さく保たれ、敏感なリターン経路を共有しないように、回路を配置して配線します。2つのネットがどちらもGNDと呼ばれていても、共通インピーダンスを介して互いに干渉することがあります。

2. 実用上可能な場合は連続した基準プレーンを使用する

Comparison of PCB signal return path on continuous ground plane versus high EMI radiation caused by crossing a split ground plane
プレーン分割が危険な理由:高速トレースが分割部やギャップをまたぐと、リターン電流は大きなループを通ることになり、ループインダクタンスとEMIが大幅に増加します。

ほとんどの多層デジタル基板およびミックスドシグナル基板では、信号層に隣接するベタのグラウンドプレーンが、信頼性の高い基準と短いリターン経路を提供します。高速トレースは、配線全体にわたって同じ途切れのない基準プレーン上に配置してください。

基準プレーンの分割部、スロット、または空隙を高速トレースが横切らないようにします。リターン電流が不連続部を迂回しなければならない場合、ループが大きくなり、クロストークやEMIが増加することがあります。TIは、分割部をまたぐ信号によってリターン電流が大きなループを形成すると、特に注意を促しています。

3. 機能ごとに部品を配置する

複数のグラウンドネット名を割り当てることよりも、物理的な配置のほうが重要な場合がよくあります。アナログ、デジタル、スイッチング電源、大電流の各セクションをグループ化し、それぞれの局所的な電流が管理された領域内を流れるようにします。

敏感なアナログ入力は、クロック、スイッチングノード、高速デジタルバスから離して配置します。両方の領域が1つのプレーンを共有しているという理由だけで、アナログセクションにデジタル信号を通さないでください。

4. AGNDとDGNDはデータシートに従って扱う

PCB layout diagram demonstrating component partitioning for analog AGND and digital DGND on a single continuous ground plane
効果的な領域分け:ノイズの多いデジタルリターン電流が敏感なアナログ回路を横切らないよう、連続したグラウンドプレーンを共有しながら、アナログ部品とデジタル部品を物理的に分離します。

AGNDピンとDGNDピンは、ミックスドシグナルIC内部の別々の機能を示すことがよくありますが、PCB設計者に2つの絶縁されたグラウンドプレーンを作るよう自動的に指示するものではありません。多くのコンバーターでは、両方のピンをデバイス近くの同じ低インピーダンス基準に接続する必要があります。

リターン経路を検討せずにグラウンドを分割すると、性能が悪化することがあります。ICメーカーのリファレンスレイアウトに従い、内部のデジタル電流を評価し、用途が敏感な場合は測定によって設計を検証してください。

5. デカップリングループを短く保つ

各高周波デカップリングコンデンサーを、関連する電源ピンとグラウンドピンの近くに配置します。接続は短く幅広くし、電源ビアとグラウンドビアをコンデンサーパッドの近くに配置します。

IC、コンデンサー、電源接続、グラウンドプレーンの間のループを小さくし、インダクタンスを低く抑えることが目標です。Analog Devicesは、接続インダクタンスによってデカップリング効果が低下するため、短いトレースまたはビアを使って低インピーダンスプレーンに直接接続することを推奨しています。

6. 層間遷移部でリターン経路の連続性を確保する

高速信号が層を切り替えるとき、リターン経路も基準プレーン間を移動する必要がある場合があります。両方の基準層がグラウンドであれば、信号ビアの近くにグラウンド接続ビアを配置します。信号が異なる基準のプレーン間を移動する場合は、スタックアップと周波数成分に基づいて適切なリターン経路を確保してください。

EMC設計上必要な場合は、基板の端、シールド境界、またはノイズの多い領域の周囲でグラウンド銅箔をビアで接続します。浮遊銅箔アイランドは避け、適切に接続するか削除してください。

7. 電圧降下と発熱を考慮して大電流リターンを設計する

モーター、ヒーター、LED、バッテリー、電力変換器のリターンには、幅広の銅箔領域、厚銅箔、複数のビア、または専用プレーンが必要になることがあります。グラウンドのベタ塗りなら何でも十分だと考えず、予想される電圧降下と温度上昇を計算してください。

これらの電流を高精度センサーや基準電圧の経路に流さないようにします。ミリボルトレベルの精度が重要な場合は、ケルビン接続や独立したセンスリターンが必要になることがあります。

8. シャーシと保護接地の接続を慎重に計画する

ケーブルシールド、シャーシ、回路グラウンド、保護接地をどこで接続するかを決めます。故障電流、ESD、サージ、コモンモードノイズ、絶縁、規制上の沿面距離および空間距離を考慮してください。保護接地導体とPCB上の保護接地経路は、要求される保護機能に合わせたサイズと構造にする必要があります。

よくあるGNDの誤り

すべてのグラウンド記号が同じ物理ノードを表すと思い込む

回路図の記号は見た目を簡潔にできますが、重要な違いを隠すこともあります。アナロググラウンド、デジタルグラウンド、シャーシ、絶縁グラウンド、保護接地のネット名と接続を確認してください。

リターン経路を計画せずにグラウンドプレーンを分割する

分割によってノイズを隔離できるように見えても、信号のリターン電流が長い経路を迂回することがあります。その結果、ループ面積が増え、分割で解決するつもりだったEMIの問題をまさに引き起こすことがあります。

敏感なグラウンド経路に大電流を流す

モーターやスイッチングレギュレーターがADCやセンサーと細いリターン経路を共有すると、そこで生じる電圧降下が測定信号の一部になります。部品配置と銅箔の形状によって電流の流れを制御してください。

関係のないグラウンドリターンを数珠つなぎにする

複数の負荷を1本の細いグラウンドトレースに沿って直列につなぐと、ある負荷の電流が別の負荷の基準電位を変動させます。周波数や電流に応じて、プレーン、スター接続、または慎重に分割したリターンネットワークのほうが適切な場合があります。

グラウンド銅箔を理想的なものとして扱う

プレーン、トレース、ビア、コネクター、ケーブルにはすべてインピーダンスがあります。エッジレートが高い場合は、数nHでも影響することがあります。直流導通だけでなく、プレーンの細いくびれ、ビア群、コネクターピンの割り当て、リターン経路の遷移も確認してください。

測定器のグラウンディングを無視する

多くのベンチオシロスコープでは、グラウンドクリップが保護接地に接続されています。これを通電中で保護接地に基準がないノードに接続すると、そのノードが接地に短絡され、機器を損傷したり感電の危険を生じさせたりすることがあります。必要に応じて、適切な定格の差動プローブまたは絶縁測定方法を使用してください。

PCB上のGNDの特定とテスト方法

トレースの色、コネクターの位置、またはグラウンドのように見える記号だけに頼らないでください。回路図、PCBデータ、部品のデータシート、および安全な測定方法を使用してください。

電源オフ時

  1. 回路図で次の GND, 0V, AGND, DGND, PGND, シャーシ, PE ネットを確認します。
  2. 導通モードまたは抵抗測定モードで、意図した接続を確認します。
  3. コンデンサ、半導体、フィルタ、絶縁部品などがあると、単純な導通測定では結果が得られない場合があります。
  4. 取り付け穴、シールド、テスト治具、コネクタによって、別々のグラウンド領域が誤って短絡していないことを確認します。

電源を入れた状態で

  1. 測定対象の回路領域に適した基準を選択します。
  2. 測定器の入力およびグラウンド接続が、想定されるコモンモード電圧に対して安全であることを確認します。
  3. 実際の負荷条件で、グラウンド点間の直流電圧降下を測定します。
  4. 短いグラウンドスプリング、差動プローブ、または適切なプロービング方法を使用してオシロスコープで高周波グラウンドノイズを調べます。
  5. スイッチング、通信、モーターの起動など、最も厳しい動作条件でテストします。

導通だけでは、重要な周波数においてグラウンドシステムのインピーダンスが十分に低いことを証明できません。

PCB製造前のグラウンディングチェックリスト

ガーバーファイルとドリルファイルをリリースする前に、次の項目を簡単に確認してください。

  • すべてのグラウンド領域に名前が付けられ、意図どおりに接続されていますか?
  • 高速信号や高感度信号の下に、連続した基準プレーンがありますか?
  • プレーンの分割部、スロット、または大きな空隙を横切る配線はありませんか?
  • 大電流およびスイッチング電流のリターンループはコンパクトですか?
  • 高感度アナログ回路のリターン電流経路は、ノイズの多い電流経路から保護されていますか?
  • AGNDとDGNDの接続は、部品のデータシートに従っていますか?
  • デカップリングコンデンサは、適切なピンの近くに短いビア接続で配置されていますか?
  • 必要な箇所に、層間遷移用のリターン電流経路が設けられていますか?
  • コネクタ、シールド、銅箔ベタ領域の境界に、十分な数のグラウンドビアがありますか?
  • グラウンド配線、プレーン、ビアは、電流と温度上昇に応じたサイズになっていますか?
  • シャーシ、シールド、保護接地の接続方法が明確に定義されていますか?
  • 絶縁距離と安全要件は確認済みですか?
  • 重要なグラウンド領域と電源レールにテストポイントがありますか?

製造にあたっては、最終的なスタックアップ、銅箔厚、インピーダンス制御要件、想定電流、および安全や絶縁に関する注意事項を提示してください。製造データによって設計どおりの銅箔パターンを作ることはできますが、エンジニアの確認なしに、未定義のグラウンディング構成を修正することはできません。

GNDに関するよくある質問

GNDの正式名称は何ですか?

GNDはGround(グラウンド)の略です。電子回路では通常、回路の基準ノードと共通の電流帰路を示します。

GNDは0 Vと同じですか?

回路解析や測定では、通常GNDを公称0 Vとして扱います。ただし、実際のグラウンド導体にはインピーダンスがあるため、負荷がかかっているときや高速過渡現象が発生したときには、GNDネットワーク上の異なる点の間にわずかな電圧差が生じることがあります。

GNDはマイナス端子と同じですか?

同じ場合もありますが、必ずしもそうではありません。単電源回路の多くでは、電源のマイナス側をGNDとして指定します。両電源回路では中点をGNDとすることがあり、プラスグラウンド方式ではGNDをプラス端子に接続します。

GNDには電流が流れますか?

はい。回路のグラウンドには、通常、帰還電流が流れます。一方、保護接地は別のもので、通常の状態では通常の負荷電流が流れるべきではありません。ただし、わずかな漏れ電流が存在することはあります。

アース接地なしでも回路は動作しますか?

はい。電池駆動回路や絶縁回路は、基準電位が外部に固定されていないローカルGNDで動作することがよくあります。それでも、閉じた電流ループと明確に定義された内部電圧基準は必要です。

ICに複数のGNDピンがあるのはなぜですか?

複数のピンを設けることで、接続抵抗やインダクタンスを低減したり、電流に対応したり、熱特性を改善したり、内部の高感度な機能を分離したりできます。必要なグラウンドピンはすべて、メーカーのデータシートと推奨レイアウトに従って接続してください。

アナロググラウンドとデジタルグラウンドは分離すべきですか?

必ずしもそうではありません。任意にプレーンを分割するより、部品配置を分け、電流経路を適切に制御することのほうが通常は重要です。多くのミックスドシグナルICでは、低インピーダンスの共通グラウンドプレーンが最適ですが、用途によっては特定の分割方法や一点接続が必要です。データシートに従い、帰還電流を分析してください。

Arduinoなどの開発ボードにあるGNDとは何ですか?

ボードの共通0 V基準および電源の帰路接続で、通常はボードのDC電源のマイナス側に接続されています。外部モジュールを接続する場合、インターフェースが意図的に絶縁されているか完全差動方式でない限り、通常はそれらのグラウンドも接続する必要があります。

VCCとGNDの違いは何ですか?

VCCは電源ラインであり、GNDは基準ノード兼帰路です。5 V回路では、GNDを基準にVCCが5 Vとなる場合があります。これらの名称は異なる役割を表しており、電流は電源側と帰路側の両方を通って流れます。

グラウンドループは何が原因で発生しますか?

2点間が複数の導電経路で接続されると、グラウンドループが形成され、望ましくない電流が循環することがあります。その結果生じる電圧降下により、ハムノイズ、測定誤差、EMIが発生する可能性があります。対策として、接続の適切な管理、差動信号伝送、絶縁、ケーブルやシールドの接続方法の変更などが考えられます。

まとめ

GNDは、回路図の下部に描かれた記号にとどまりません。回路の電圧に意味を与える基準であり、多くの場合、電流を電源に戻すネットワークでもあります。大地、シャーシ、電源のマイナス端子、または別の基準に接続される場合がありますが、設計を確認せずにそうした関係を前提にしてはいけません。

PCBの信頼性の高い性能を実現するには、物理的なリターン経路に注目してください。ループをコンパクトに保ち、連続した基準プレーンを維持し、部品配置によってノイズの多い電流経路と高感度な電流経路を分離し、デカップリング部品を低インダクタンスで接続し、ミックスドシグナルのグラウンディングについてはデバイス固有のガイドラインに従います。

基板を量産に向けて準備している場合は、製造性レビューとPCB見積もりのために、ガーバーファイル、ドリルデータ、スタックアップ、銅箔の要件、および関連する電気的な注意事項をLEADHUI PCBにお送りください。

技術資料

  1. National Instruments、 シャーシ、接地、信号グラウンディング:用語と記号
  2. Texas Instruments、 ミックスドシグナルシステムのグラウンディングを分かりやすく解説(第1部)
  3. Texas Instruments、 ミックスドシグナルシステムのグラウンディングを分かりやすく解説(第2部)
  4. Analog Devices、 MT-031:データコンバータのグラウンディングとAGND・DGNDの謎の解明
  5. Analog Devices、 MT-101:デカップリング技法