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今日では、あらゆる種類の電子製品が人々の生活の隅々にまで浸透しており、電子機器の中核であるPCB（プリント基板）の急速な発展をもたらしている。電子機器が正常かつ安全・安定に動作できるかどうかは、PCB設計に大きく依存している。PCB設計の過程において、最も重要な要素は、電子製品に対するグラウンディング（接地）および耐ノイズ（アンチインターフェレンス）設計である。現在に至るまで、特定のPCBを設計する技術者たちは、接地および耐ノイズに関してそれぞれ独自の見解を持っており、接地および耐ノイズに関する手法や技術も日々進歩している。これにより、電子機器の継続的で安定した安全動作に対して重要な保証が提供される。本稿では、PCBにおける耐ノイズおよび接地のための戦略について論じる。
PCB設計の過程では、デジタル信号エリアとアナログ信号エリアを厳密に区別できていないことがあります。別の例として、回路内で共通部分となる箇所では、その電源がどのセクションに属するのか判断しにくい場合があります。一般的なノイズ対策としては、デジタル回路とアナログ回路を分離し、それぞれを異なるエリアにレイアウトする方法が用いられます。しかし、前述の電源部のように、厳密に区別できないセクションをどのように設計すべきでしょうか。アナログ信号とデジタル信号を区別する本質は、対象となるチップの特性、すなわちそのチップがアナログかデジタルかという点にあります。電源部は、アナログ回路に電力を供給する場合はアナログセクションに属し、デジタルチップに電力を供給する場合はデジタルセクションに属します。しかし、両方のセクションが同一の電源を同時に使用する場合には、ブリッジ方式を用いて、別の部分から電源を引き込む方法が適用されます。上述したこのノイズ対策システムは、現在比較的一般的な方法です。実際には、この方法は小規模なシステムや小さなPCBでは有効ですが、大規模な回路システムでは、この方法の適用によって多くの潜在的な問題が生じることがよくあります。特に複雑なシステムでは、これらの問題が非常に顕著になり、その結果、配線が分配間隔を迂回することでEMI問題が発生します。例えば、典型的なA/Dコンバータを使用する場合には、PCB製造業者A/DコンバータのAGNDおよびDGNDは、最短のリードで低インピーダンスをもってグラウンドに接続することが推奨されます。したがって、上記の方法を適用すると、A/Dコンバータの下にあるICと同等の幅をもつ接続ブリッジを介して、2つのグラウンドが接続されます。
しかし、多数のA/Dコンバータを備えたシステムでは、上記の方法に従ってそれぞれを処理すると、多点接続が発生してしまいます。これはデジタルグラウンドとアナロググラウンド間のアイソレーションにとって何の意味もありません。この問題を解決するためには、アースグラウンドを適用し、それをデジタルグラウンドとアナロググラウンドに分割する必要があります。これにより、メーカーの要求を満たすと同時に、可能な限りEMIの問題を低減することができます。
高周波信号を扱うPCBを設計する過程では、あらゆる金属やリード線は、抵抗・インダクタ・コンデンサから成る素子としてみなすことができる。PCB上で長さ25mmのプリント配線は、15nH〜20nHのインダクタンスを生じ得る。したがって、各回路系統が最も低インピーダンスの隣接グランド線に接続されるよう、多点接地方式を採用すべきである。さらに、グランド間のインピーダンスおよびインダクタンスを可能な限り低減し、分布容量によって生じる回路間の相互結合も抑制しなければならない。多点接地の最も簡単な方法は、全面に銅箔を敷くことである。部品の接地端子をこの銅箔に接続し、PCBの大部分を覆うグランドプレーンが極めて低インピーダンスの基準面を提供する。これにより、各部品および各ユニット回路間の不要な高周波結合を回避することができる。
デジタルグラウンドとアナロググラウンドは、それぞれ独立して処理する必要がある高周波PCB高周波デジタル信号ラインのグランドレベルは通常互いに異なり、その間にはしばしば電圧偏差が生じる。また、高周波デジタル信号のグランドラインには、高周波信号の高調波成分が豊富に含まれている。デジタル信号のグランドラインをアナログ信号のグランドラインに直接接続すると、高周波信号の高調波がグランドライン結合の形でアナログ信号に干渉する。一般的に、高周波デジタル信号のグランドラインは、適切な位置での一点接続方式、または高周波チョーク用ビーズによる接続方式のいずれかにより、アナログ信号のグランドラインから分離しておく必要がある。
PCB設計において、コンポーネントレイアウトリードの長さと太さは干渉と大きく関係しており、これには専門的な技術と設計者の十分な認識能力が求められる。PCB設計における耐干渉性は、電子製品の応用性能に関係している。本稿で紹介するルール一覧は、設計者の実践的な設計経験をまとめたものであり、PCB設計者にとって間違いなく有用である。
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