PCB設計におけるEMC設計とアース線設計の共有

PCB設計におけるEMC設計とアース線設計の共有

アース線の設計

アース線ノイズとは、システム各部のアース線間の電位差やアースインピーダンスに起因するアースノイズのことです。 接地システムの接地電位差の問題により、製品設計の接地プロセスでは、PCB の特性に応じて対応する接地方法を選択する必要があります。 電子製品の設計において、接地は干渉を制御するための重要な方法です。 接地とシールドを正しく組み合わせることができれば、ほとんどの干渉の問題を解決できます。 一般に、電子製品のアース線構造には、系統アース線、シャーシ アース線、デジタル アース線、およびアナログ アース線が含まれます。 アース線の設計では、次の点に注意する必要があります。

(1) アース線は極力太くする。 接地線が非常に細い場合、電流の変化により接地電位が変動し、電子製品のタイミング信号レベルが不安定になり、耐ノイズ性能が低下します。 したがって、アース線は極力太く設計し、プリント基板の許容電流の 3 倍の電流を流せるようにしてください。 可能であれば、接地線の幅は 3mm 以上にする必要があります。

(2) 接地方法を正しく選択してください。 一点接地の目的は、同じリターン パスを通過する異なる基準レベルを持つ 2 つのサブシステムからの電流と RF 電流によって引き起こされる共通のインピーダンス結合を防ぐことです。 この接地方法は、低周波 PCB に適しており、分布伝送インピーダンスの影響を減らすことができます。 ただし、高周波 PCB では、リターン パスのインダクタンスが高周波でのライン インピーダンスの主要な部分になります。 したがって、高周波 PCB の接地インピーダンスを最小限に抑えるために、通常、多点接地方法が使用されます。 多点接地で最も重要なことは、接地リードの長さを最小限に抑えることです。リードが長くなるとインダクタンスが大きくなり、接地インピーダンスが増加し、接地電位差が発生するためです。 ハイブリッド接地構造は、一点接地と多点接地を組み合わせたものです。 この構造は、PCB に高周波と低周波が混在する場合に一般的に使用されます。つまり、低周波では一点接地が現れ、高周波では多点接地が現れます。

(3) アナログからデジタルに分離。 回路基板には高速ロジック回路とリニア回路の両方があります。 それらは可能な限り分離する必要があります。 両者のアース線は混用せず、電源側のアース線に接続してください。 低周波回路のアース線は、できる限り一点並列で接地してください。 実際の配線が難しい場合は、部分的に直列に接続してから、並列にグランドに接続することもできます。 高周波回路は多点直列接地を採用し、接地線は短く太く、高周波部品の周囲には可能な限り格子状の大面積接地箔を使用する必要があります。 線形回路の接地面積は可能な限り大きくする必要があります。

(4) アース線は閉ループを形成します。 デジタル回路のみで構成されたプリント基板のアース線システムを設計する場合、アース線を閉回路にすることで、ノイズ対策能力を明らかに向上させることができます。 プリント基板上には多くの集積回路部品があり、特に電力を消費する部品の場合、アース線の太さの制限により、アース線に大きな電位差が発生し、低下の原因となります。 耐ノイズ性に優れています。 アース線をループ状にすると電位差が小さくなり、電子機器の耐ノイズ性が向上します。

(5) 光アイソレータを使用して、グラウンド ループ干渉を遮断します。 光接続には、通常、光カプラーと光ファイバー接続が含まれます。 光カプラの寄生容量は一般に 2pF であり、高周波に対して良好なアイソレーションを提供できます。 光ファイバー接続には寄生容量がほとんどありませんが、価格が高く、設置やメンテナンスが不便です。

3 バイパスとデカップリングの設計

バイパスとは、コンポーネントまたはケーブルからの不要なコモン モード RF エネルギーの伝達を指します。 バイパスコンデンサの主な機能は、敏感な領域に入る不要なエネルギーを排除するために、AC成分を生成することです。 デカップリングとは、コンポーネントの切り替え時に高周波コンポーネントから配電ネットワークに入る RF エネルギーを除去することです。 デカップリング コンデンサの主な機能は、基板上のスイッチング ノイズの伝達を低減し、ノイズをグランドに導くために、コンポーネントにローカル DC 電源を提供することです。 基板組立メーカー、基板設計メーカー、基板加工メーカーが、基板設計におけるEMC設計のアース線設計の共有について説明しています。