GND分離
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GNDの取り扱いは回路の中でも非常に重要なポイントです。これだけで本が1冊かけるくらい、考えることは多いのですが、学生レベルでそこまでやるのは難しいでしょう。というか私はむりです。
なので、最低限回路が壊れない程度のGNDの作り方をここでは離そうと思います。
GNDノイズの発生原因
モータなどが急に大きな電流を要求したとき、GNDに電流が流れ込むことがあります。するとGNDのインピーダンスが変化します。GNDは大抵面積の大きい板のようになっているのですが、これはインダクタに近似されます。そのため、GNDに流れ込む電流が急激に変化するとシステムのインピーダンスも急激に変化し、そのシステムに組み込まれているマイコンやPCにかかる電圧が急激に変化してしまいます。そのため、電圧が重要であるシステムのGNDとそうでないものとは分けるべきなのです。
Star GND
回路内のすべてのGDNが1つのGNDポイントから広がっているという設計想です。
これが意外と難しく、GNDからGNDへと伸ばす設計になってしまうことが多いです。できる限りrootを一つにして設計することで、ノイズを減らすことが出来ますし、管理も楽になります。Linuxのファイルシステムと同じですね。
GND plane
基板において、GNDに広い面積を確保することです。
抵抗が配線の太さに反比例することを考えると、面積が大きいほどインピーダンスが小さくなることが分かります。回路全体のベースとなるGNDのインピーダンスは小さければ小さいほど良いのです。
また、GNDをインダクタと考えると、細い線が巻かれる構造になるとインダクタになります。これを避けるためには1枚の板にすればよいのです。
さらに、GNDをコンデンサに見立てると、板同士が向かい合っている部分はコンデンサに近似されます。このような部分もできるだけない方がいいでしょう。そのため、GND planeを上下に配置するのはよくないのです。
接地点
接地は信号混在デバイスの直下で行うべき、だそうです。 実はあんまり考えたことがありません。
ただし接続部分は細すぎても、太すぎてもいけない、というかなり難しいところがあります。
ここは経験的に考えましょう。
フォトカプラー
GNDは分離したいのですが、とはいえマイコンから出る信号をアナログの回路部分に伝える必要があります。この時に役立つのが、フォトカプラーですです