ベタアースの効能を教えて下さい。

質問

高周波用の回路のノイズ対策では一般的にベタアースが良いと言われていますが、この効能について教えて下さい。

自分で考えたところ
1.面積を広くとることでグラウンドの電位の変動を防げる
2.電磁波の進入を防げる
3.グラウンドとの寄生容量を増やすことで回路を安定化出来る

ということが挙げられるとは思うのんですが、

・これらは合っていますでしょうか？

・それと１番目で、グラウンドの面積が同じであれば、小さな基板にぎゅうぎゅうにグラウンドがあるのと、大きな基板に少し占有面積であるのでは効果は同じなのでしょうか？

・グラウンドは出来るだけシグナルラインに近づけて隙間のないように配置した方が良いのでしょうか？

・ICの下までグラウンドを張った方が良いのでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.2

angkor_h · ベストアンサー

>(1)と(2)どちらの方が良いと思われますでしょうか？

活線と帰線といったのは、電池と電球の単純回路で言えば、活線=電池+から電球まで、と、帰線=電球の反対側から電源-に帰る経路、という意味です。
　例)ツイストペアの2本線、同軸ケーブルの芯線とシールド
　例2)信号線とグラウンド(線)の2本線

高周波回路のグラウンドがベタアースで周囲筐体もグラウンドと同電位であれば、信号供給点～負荷(マッチング抵抗?)～出力点までは極力短くすべきです(パターン長でマッチングを取るならば話は別)。
この経路が活線で、これに沿った帰線が入力や出力線のシールドであるし、負荷(マッチング抵抗?)に対するベタアースです。
活線という言い方が不適当であれば、いわゆる信号経路でも良いでしょう。

それよりも高周波回路は理屈どおりには行かないので手張りでいろいろ実験してみることが重要です。
（専用の回路パターンに応じた入出力特性の計算ソフトがあれば別ですが…）

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昨日追加回答の書き込みをしたのに、今日見たら消えていた(?)ので、再度書き込みです。

お礼

ありがとうございます。

一応確認しておきたいのですが、
つまり、(1)の方が良いという回答でよろしいのでしょうか？

よろしくお願い致します

回答No.4

angkor_h

ANo./ANo.2です。
>つまり、(1)の方が良いという回答でよろしいのでしょうか？
高周波回路ということでしたが、図はそれに配慮したようには見え無いので、回答できません(回答に値する図では有りません)。
図で言えば、入力は抵抗の始点に、出力は抵抗の終点から、同軸ケーブルで接続する、と考えてください。パターンで構成するならば同等に、です。
ところで、高周波というのはどの領域でしょうか。概ね、10MHzを超えるならば、実際に回路を組んで評価したほうが早く、こういう議論は役に立ちません(たたないことは無いですが、時間が無駄。実施経験のほうが重要)。以下であれば、机上論も成り立ちますが…

回答No.3

gen-hou

高周波回路の基板上のパターンは全てインダクタンス成分を持つコイルと考えてみてください。
細く長い物ほどインピーダンスが大きく高周波の電流が流れると電位差が発生します。　
これはグランドとして使用する場合には大きな問題です。

インピーダンスを小さくするにはとにかく太く、短く配線する。
それを実現した一例がベタアースと考えてください。
面積が大きいからではなくあくまで太く、最短で接続しているので効果が有るのです。
電磁波の進入を防げる効果も有りますが、上下は開放されていますので限定的です。

それとシグナルライン－グランド、シグナルライン－シグナルライン間にはストレーキャパシティ(寄生容量)を考慮する必要があります。
これはライン同士が近いほど、平行に沿っている距離が長いほど大きくなり、信号のカップリングコンデンサとして働いてしまいます。

実際の基板を見ながらこのラインは長いからコイル、こことここに間にはコンデンサ成分があるはずとして回路図に書き込んでいって下さい。
書き込んだ回路図と実際の動作、波形が合ってくればその見方が正しい事になります。
合わなければ何か見落とすか、勘違いしています。

高周波回路を理解するにはこれの繰り返し以外にありませんので、がんばってください。

回答No.1

angkor_h

1.面積を広くとることでグラウンドの電位の変動を防げる
⇒そのとおりです。グラウンドのインピーダンスを極限に下げています。

2.電磁波の進入を防げる
⇒そのとおりです。回路を囲う筐体もベタアースの効果が必要です。

3.グラウンドとの寄生容量を増やすことで回路を安定化出来る
⇒これは違います。
こういう場合は、寄生容量をコンデンサとして扱う技術が必要です。
寄生容量を持ってはいけない回路部分には、この存在は動作不良になります。

>・それと１番目で、グラウンドの面積が同じであれば、小さな基板にぎゅうぎゅうにグラウンドがあるのと、大きな基板に少し占有面積であるのでは効果は同じなのでしょうか？
⇒前者(小さな基板全体にグラウンドがある)はベタアースですが、後者は一点アースに近くなり、効果は全く違います。

>・グラウンドは出来るだけシグナルラインに近づけて隙間のないように配置した方が良いのでしょうか？
⇒この考えは、活線側の信号電流と帰線側の信号電流によって生じる磁界が打ち消しあって外に飛び出さない、つまり信号線間の干渉をなくすのが目的です。あわせて線長によるインダクタンスや線間容量に注意が必要です。

>・ICの下までグラウンドを張った方が良いのでしょうか？
冒頭2項の目的には有効です。パスコンも。
そのほかに、放熱目的で張る場合も有ります。

お礼

ありがとうございます。

大体分かったのですが、
⇒この考えは、活線側の信号電流と帰線側の信号電流によって生じる磁界が打ち消しあって外に飛び出さない、つまり信号線間の干渉をなくすのが目的です。あわせて線長によるインダクタンスや線間容量に注意が必要です。
というところに関しての質問です。
http://imagepot.net/view/122258091916.jpg
この図を見て頂きたいのですが、(1)のように活線側とすぐ後に外に出すのではなく、出来るだけ(2)のように帰線側を活線に接するようにして配線し、外に出した方が効果的なのでしょうか？

(1)と(2)どちらの方が良いと思われますでしょうか？
お願い致します。