基板設計において、GNDを制するものはノイズを制する
といっても過言ではありません。
しかし実際には、ノイズに強いGND設計のポイントを
押さえきれていないということも少なくありません。
例えば、GND分離後にどこで接続すれば良いのか、
両面基板の場合はGNDをどうすれば良いか、
など基板設計で悩まれることもあるかと思います。
このGNDのポイントを把握できていないと、
「リターンパスが不安定で、品質が低下してしまった….」
「GNDプレーンが分断され、意図しないノイズが発生している….」
などの問題が発生する可能性があります。
そこで今回は、
「GND設計でノイズに強い基板を実現するポイント」
と題しまして、
抑えるべきポイントと対策を具体的に解説いたします。
ポイント①：リターン電流を遮らないようにGNDベタを作る
ノイズ対策の基本は、
信号が流れる経路とそのリターン電流の経路を確保することです。
リターンパスの確保は4層板の場合も注意が必要ですが、
特に2層板の場合は注意が必要です。
2層板は内層がないため、反対面のGNDベタを広く確保しにくいので、
リターン電流が最短経路を通れずに迂回し、周辺のノイズを拾いやすくなります。
したがって、2層板の場合でもリターンパスを確保できるように配慮することが重要です。
この対策としては、信号配線の裏側に同じ経路でGND配線を引く事で、
そのGND配線がリターンパスとなり、ノイズの抑制に効果があります。
しかし、2層板の場合、スペースの制約によりGNDの面積が十分に確保できなかったり、
他のパターンと干渉して、リターンパスの確保が難しくなることがあります。
また、部品が多く、配線密度が高くなると、基板端に信号パターンが近づいてしまい
別の懸念点が生じることもあります。
そのため、必要となる考え方は、重要な信号パターンとそれに対応するGND（リターンパス）を
セットで先に検討・配置しておくことが重要です。
これを考慮せず配線すると一からやり直しとなることもあります。
また、あわせて配線はできるだけ太く・短くなるように意識することで、
ノイズに強い基板製作が可能です。
図1. 2層板の例
ポイント②：GND分離後の一点アースの位置を調整できるようにする
電源GNDと制御GNDは、
ノイズの影響を避けるために分離することが一般的です。
しかし、実際には適切に分離されていなかったり、
分離していても、どこで接続をするかで回路の性能が変わることがあります。
一般的には、基板への電源入力部に配置された
電解コンデンサのマイナス端子付近でGNDを分離し、
必要に応じて一点で接続するケースが多く見られます。
上述のように、この「一点アース」の接続位置は、
基板全体のノイズ特性に大きく影響を与えるため、
慎重に決定する必要があります。
この「どこで接続するか」については、
あらかじめ一点アースを接続するためのパッドを複数個所に設けておき、
そこに0Ωの抵抗などを実装して、ノイズ特性を評価・確認したあとに、
最適な接続点を決める方法が有効です。
ポイント③：パスコンの配置に注意する
パスコン（バイパスコンデンサ）は、
電源ラインのノイズ除去に不可欠な部品ですが、
GND側の配線も考慮が必要です。
GNDは0Vの基準となるため、
パスコンは電源ラインとGND間に配置し、GND側は出来るだけ短く、
低インピーダンスでGNDに接続することが望ましいです。
また、電源ICの近傍に配置するパスコンは、
電源端子とGND端子の間に最短距離で接続するのが基本ですが、
GNDラインのインピーダンスを下げるためには、
パスコンのGND側をGNDパターンやGNDプレーンに接続することも効果的です。
これにより、GNDラインを介したノイズの回り込みを抑制し、
回路全体の安定性を向上させることが出来ます。
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今回は、GND設計でノイズに強い基板を実現するポイントをご紹介しました。
上述の通り、ノイズに強い基板製作には、
GNDのポイントを押さえることが重要です。
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