ユニバーサル基板のノイズ対策について

質問

最近趣味でギターのエフェクターを作っています。

今までプリント基板のキットを作っていましたが、
少し慣れてきたので、今度自作の回路をユニバーサル基板に組んでみようと思っています。

次のうちノイズの要因になりうるものはどれでしょうか？どれを優先して対策すべきでしょうか？

1)グラウンドラインの長さ
2)電源ラインの長さ
3)グラウンドラインと部品が入り組んでいる
4)電源ラインと部品が入り組んでいる
5)グラウンドラインと電源ラインが隣接して並行している

エフェクターですので、ノイズとはアナログ回路上の可聴領域の電源ノイズや外来ノイズを想定しています。
ネット等で調べると1)や2)はノイズ要因らしいのですが、実際のエフェクターの基板を見てみると、1)や2)には無頓着で、代わりに3)～5)に配慮しているように見えるものが非常に多く、どうも自信が持てません。

よろしくお願いします。

回答No.2

tadys · ベストアンサー

ノイズ対策は、広範囲で奥が深いものです。
簡単には説明できないので、下記URLを参考にしてください。
http://homepage3.nifty.com/tsato/dtemc/

トランス式のACアダプタを使えば電源ノイズは通常問題ありません。
スイッチング電源を使った場合はノイズが問題になる事が有ります。
このノイズは電線を伝わるものなので、以下に示すものに含まれます。

外来ノイズには基板に直接飛び込むものと、電源や入出力の電線を伝わってくるものが有ります。

基板に飛び込むものには磁気的結合のものと静電的結合によるものがあります。
磁気的結合は磁力線を取り囲む面積に比例するので、面積を小さくするのが効果的です。
具体的には、信号ラインとグランドの距離を出来るだけ近付けるようにします。
隙間が少なくなるようにしてください。
電線でつなぐ場合は信号の電線とグランドの電線をより合わせるようにします。

静電的結合を減らすには、回路を小さく作るのが効果的です。
小さくといっても限度があるので、それ以上の対策はシールドを使います。
シールドに隙間があるとそこからノイズが飛び込むので隙間が少なくなる工夫をします。
幅１mm、長さ５cmの隙間は直径５cmの穴と同じだけのノイズが飛び込みます。
基板の上下のシールドの隙間も問題なので、適切な位置で上下を結ぶ必要があります。

電源を伝わるノイズは適切なノイズフィルタを使用することで対策できます。
たとえば、このようなものです。
http://akizukidenshi.com/catalog/c/cnoise/

信号線にこのようなフィルタを使うと信号までなくなる恐れがあるので対応する周波数を確認して使う必要があります。
コモンモードチョークであればそのような心配はありません。
たとえば、このようなものです。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-07404/
これは電源用ですが、信号ラインにも使えます。
信号ラインには大きすぎますけど。
信号用ではこんなものがあります。
http://www.digikey.jp/product-detail/ja/DR331-253AE/DR331-253AECT-ND/3741637

トランスで絶縁することがもっと効果的です。
トランスのインピーダンスは信号源のインピーダンスに見合ったものを使います。
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/detail.php?code=25PF-5GL6
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/detail.php?code=85RF-4GLP
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?multi=%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%82%B9%E3%82%BF%E7%94%A8%E5%B0%8F%E5%9E%8B%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%B9&cond8=and
完全に絶縁すると静電気がたまって放電することがあるので１００ｋΩぐらいの抵抗でトランスの１次側と２次側のグランドを結んでおきます。

回路を安定に動作させるのに一番重要なことはグランドをしっかり作ることです。
銅箔テープをグランドの配線に使用するのが効果的です。
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/detail.php?code=5A2A-E5GC

この様な基板を使って方眼紙のようなグランドを作るのも効果的です。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-07214/

お礼

ありがとうございました。
大変勉強になりました。

補足

ありがとうございます。

> 信号ラインとグランドの距離を出来るだけ近付けるようにします

大変参考になります。
その他のアドバイスも勉強になりました。
電源側(DCジャック)にはチョークコイルではありませんが一応パスコンを入れるつもりでおります。

最後に紹介いただいた基板は、電源とグラウンドが随所で直交することで、撚り線にするのと同じような効果が得られるということでよろしいでしょうか。
グラウンドラインを短くすることや1点アースに神経質になるよりも、こちらのアプローチの方がノイズに強くなるのでしょうか(もちろんケースバイケースだとは思いますが)。

回答No.6

foomufoomu

これまでの回答は、それぞれに良いことを書いていますが、まだ出てないものを

絶対に、アースライン（または、電源ライン）をループにしてはいけません。

基板の周囲をぐるりとアースラインが回るようにすると便利ですが、てきめんにハムノイズを拾います。必ずどこか1か所ラインを切って、ループにならないようにしてください。

ボリュームなどの部品の金属ケースをアースする場合も、気を付けていないと、金属ケースをねじ止めしてアースにつないだ部分と、金属ケースから電線を引いてアースにつないだ部分との間で、ループができていることがあります。

これは「1点アース」と同じ原理ですが、もう少し広く考えて、木の枝のように枝分かれするアースはOK、枝の先が再びつながるアースはNGということです。

お礼

ありがとうございます。
グラウンドループというものですね。基板のアースラインは閉じないように気を付けます。機構部品のレイアウトについても、絶縁ジャックなどを使ってうまくループにならないよう対策しようと思います。

暇があれば色々調べていますが、皆さんおっしゃる通りノイズ対策はとても奥が深いようで、まだまだ勉強していこうと思います。
とりあえず今回の疑問は皆さんのおかげで一定の答えを得ることができましたので、締め切らせていただきます。ありがとうございました。

回答No.5

tadys

＞最後に紹介いただいた基板は、電源とグラウンドが随所で直交することで、撚り線にするのと同じような効果が得られるということでよろしいでしょうか。
ぜんぜん違います。
撚り線にすることの効果はこちらを見てください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%84%E3%82%A4%E3%82%B9%E3%83%88%E3%83%9A%E3%82%A2%E3%82%B1%E3%83%BC%E3%83%96%E3%83%AB

この基板の効果は電源とグランドの配線のインピーダンスを下げることです。
グランドのインピーダンスを下げることで回路の動作が安定します。
これにより、原因不明の不具合に悩ませられることが少なくなります。

一番良いことは、全面を銅箔とするベタアースとすることです。
ベタアースの上に信号線がある場合、この信号線にノイズが飛び込むためにはアースと信号線の間の隙間に磁力線が通過する必要があります。
この隙間は十分少なくすることが出来るのでノイズが飛び込みにくくなります。
グランドを十字に配線することでベタアースに似た効果が得られます。

デジタル回路では回路全体の電源電圧を同じにする必要があるので（複数電圧を使う回路もある）電源の配線のインピーダンスを下げるためにベタな配線を使いますが、アナログ回路ではそのような制限は無いので、電源用の十字パターンもグランドに流用して、とにかくグランドのインピーダンスを下げたほうが効果的です。

1点アースは真空管の時代には重要な技術でした。
真空管の時代の部品は大きいものが多いので、それらを結ぶ配線も長いものになり、インピーダンスを下げるために太い配線をやベタアースを使うのはコスト高になります。
現在では部品の小型化とプリント基板の採用により、ベタアースの採用によるコストアップは許容範囲の中になっています。
ユニバーサル基板にはベタアースが設けられていないので、銅箔テープなどで補います。
現在であっても、1点アースでコストを下げられるのであれば積極的に採用すべきです。
（どこを1点にするかを探すのに時間=コストがかかります）

現在は回路が小型化しているために回路に直接飛び込むものよりも電源や信号線から飛び込むノイズの対策のほうが重要です。

お礼

ありがとうございます。

紹介いただいた基板では、グラウンドラインをメッシュ状に分布させることで、ベタアースに近づけているということですね。
そして、ベタアースのメリットは、導体の面積を大きく取ることでグラウンド自体のインピーダンスが下がることと、基板上の信号ラインとの距離が短くなり磁気的結合によるノイズを防げることの2点なのですね。

そう考えると、実現可能性はともかく、ベタアースからさらに進めてグラウンド面で回路全体をサンドしてしまえば、静電シールドも兼ねますし、より完全に近いノイズ対策になりそうですね。

私が見たいくつかの回路でグラウンドラインが基板の周囲をぐるりと取り囲んでいた理由は、ユニバーサル基板ではベタアースができないので、次善の策として、信号ラインに極力近づけて、かつインピーダンスを下げる工夫なのだろう、ととりあえず理解しました。

また、その回路で1点アースがなされていなかったのは、配線作業上の都合と、設計時間の制約から、上記のメリットを優先して妥協した結果なのでしょうね。
趣味レベルであれば、逆にそういった制約が小さいので、じっくり練ってみたい気になりました。プリント基板は機材やコスト面でとっつきにくく思われて敬遠していましたが、やはりメリットが大きいようなので、こちらも検討してみようと思います。

おかしな間違いがありましたらまた指摘していただけると幸いです。
自分でももっと勉強してみます。
ありがとうございました。

回答No.4

fxq11011

ノイズ発生対策、発信アンテナを張らないこと、もちろん高インピーダンス回路では受信アンテナ。
アンテナって、電流のループです。
理想的にはアースと並行２線です。
理想的な１点アースは、どの回路へも、その電源ラインと並行２線にしたうえアースは同じ１点に接続。

お礼

皆さんおっしゃる通りノイズ対策はとても奥が深いようで、まだまだ勉強していこうと思います。
とりあえず今回の疑問は皆さんのおかげで一定の答えを得ることができましたので、締め切らせていただきます。ありがとうございました。

回答No.3

ytrewq

ノイズ対策はやみくもに行ってもだめです。回路によって、ノイズ源になる部分とノイズに弱い部分がありますので、そこをきちんとつくるのがポイントです。
音声周波数位では電磁的な結合はそれほど強くありませんので、シールドにたよっても効果はあまりないことが多くなります。ノイズに弱い部分とは信号レベルが低く、インピーダンスが高い部分です。たとえば、アンプの入力部分とかマイクアンプの部分などです。

1点アースが有効といわれることがありますが、これは各段のアースを分離して1か所でつなぐことで、アースに戻る電流回路に他回路の電流を流さないようします。　とくに信号レベルが低い部分はアースやリターンへの電流が次段や他回路と共有部分を持たないようにするのがこつです。

お礼

皆さんおっしゃる通りノイズ対策はとても奥が深いようで、まだまだ勉強していこうと思います。
とりあえず今回の疑問は皆さんのおかげで一定の答えを得ることができましたので、締め切らせていただきます。ありがとうございました。

補足

ありがとうございます。
可聴領域では電磁的な結合はそれほど強くないとのことで、勉強になりました。エレキギターのノイズ対策と言えばシールドのことを指すのがほとんどですので、意外でした。

1点アースについてですが、実回路ではグラウンドラインを基板上で長々と引き回している例を見受けます。
といっても私が良く見かけるのは、各段のアースを分離するために引き回しているのではなく、基板の周囲をぐるりと取り囲んでいるだけの物です。各段からはそこに適宜接続されていて、共通部分が盛大に生じています。
これは1点アースとは矛盾しているように思われるのですが…、1点アースを諦めてでもグラウンドで基板を取り囲むことによるメリットとはいったい何でしょうか。

取り囲むというとシールド？とも思うのですが、3次元で取り囲むならともかく、たかだか同一面上でぐるりと取り囲んだくらいでノイズ対策になるものでしょうか？

もう少しだけお付き合いいただければ幸いに存じます。

回答No.1

ORUKA1951

Gラインはきちんとアース取れば雑音防止になるものです。回路の周囲や雑音発生源を取り囲むように。
　電源回路と本回路は必ず分離します。必要ならシールドも考えます。

　回路は最短でつなぐことを考えます。入力回路と出力回路が平行しないように、また前後しないようにきちんと並べましょう。出力信号を入力側が拾うと最悪ハウリングがおきます。

　ユニバーサルでは制約が多いので、テスト回路は兎も角、本回路はエッチングしてちゃんと作りましょう。

お礼

皆さんおっしゃる通りノイズ対策はとても奥が深いようで、まだまだ勉強していこうと思います。
とりあえず今回の疑問は皆さんのおかげで一定の答えを得ることができましたので、締め切らせていただきます。ありがとうございました。

補足

ありがとうございます。
私が挙げた番号に沿うと、4)だけが問題になるということでよろしいですね。

今回はエフェクター制作の慣例にしたがって、電源と信号のグラウンドは共有するつもりですが、信号ラインと電源に近いラインはなるべく隔離するように組もうと思います。

グラウンドラインは極力短くするよりも、回路を取り囲むように巡らせた方が良いのですね。
後学のため教えていただきたいのですが、それはどのような原理でノイズに強くなるのでしょうか。

また、基板を含めた回路全体を金属ケースに入れてシールドするつもりですが、その場合でもグラウンドラインで回路を取り囲むことによる追加効果はありますか？