グランドプレーンを一緒に接続する方法

グランドプレーンを一緒に接続する最良の方法は何ですか？

基板全体で低インピーダンスのGNDを維持し、信号のリターンパスを提供するために、複数の場所でグランドプレーンが接続されていることを知っています。

しかし、すべてのデカップリングコンデンサのすぐ近くに配置されたビアに加えて、

• ボード上の最大波長の20分の1の間隔のグリッドパターンで多数のビアが追加されたレイアウトを見てきました。

• 他のボードでは、ビアはトレースに沿って配置されます（「グランドプレーンを接続するビアの配置」など）。

• ビアがランダムに散らばっているのを見てきました。

• 組み合わせもあります。ラインに沿ったビア+ GNDプレーンにランダムに散在。

顕著な違いはありますか？

私が達成したいのは、優れたシグナルインテグリティ、低放射、および優れた電源デカップリングです。

ありません。

そうは言っても、私が時間をかけて集めてきたものがあります。地表で何をするかは、何をしようとしているのかに大きく依存します。低インピーダンスの経路を提供したり、ある領域を別の領域から分離したり、EMIに対処したりすることができます。

間違いを犯すとパフォーマンスが低下することは確かですが、高周波回路または高精度のアナログ処理のいずれかを扱っているのでない限り、気にしないでください。入力が接地されたADC読み取り値の変動ビットの数、またはスペクトラムアナライザーで測定されたRF信号のスペクトル純度は、設計の誤りを示します。テスト回路と同じくらい単純なシステムでない限り、100％正確にすることは一般に不可能です（データシートの仕様）。

最も複雑な接地接続の問題は、RF周波数と、その周波数でのEMIカップリングの影響を受けやすいトレースを通過するか弱い信号のいずれかに関係しています。マイクロ波周波数では、センチメートルで非常に効果的なアンテナを作成し、物を壊すのに十分です。私の教授がかつて彼が業界で働いていたとき、彼らは2つの根拠を一緒に短絡することができる多くのポイントを残し、その後エンジニアがそれらを1つずつテストして、どれが最高のパフォーマンス。彼らは高周波（マイクロ波）回路で働いていました。

通常、ショートさせたい要素のような3種類の「地面」があります。

1. 実際の地面。何らかの理由でそれらの多くを持っているので、それらを一緒に接続したいと考えています。これは、ミル回路の実行で問題が発生する最も一般的な原因です。

2. リターンパスを提供している可能性のある信号ラインに沿って実行されているグランド/ガードトレース。高周波信号または高インピーダンスソースまたはシンクへの/からの信号をガードします。これは、信号の漏れを防ぐためか、EMI結合を防ぐためです。

3. 実際には同じ地面である複数の地面。

まず、実際にはユニバーサルグランドは存在しないこと、また、同じ回路内の異なるグランドは必ずしも同じグランドを避けていることを理解する必要があります。あなたが出くわす典型的な例は、アナログとデジタルの接地について話しているADCのデータシートです。これは、非常にノイズの多いデジタル回路が、追加で支払った高解像度ADCを台無しにしないようにするためです。地面との相互作用に関しては、回路の種類によって特性が異なります。デジタル回路は各クロックでの電流の急激なスパイクを特徴とするため、クロック周波数で、特に高調波とサブ高調波で特にノイズが多い傾向があります。バイパスコンデンサはこれに対処することになっています、

同様に、モーターやソレノイドなどの負荷は、転流の影響やPWMなどの影響により、ノイズが多い傾向があるため、電源グランドはノイズが多い傾向があります。関連する高電流と有限の接地抵抗（銅のチャンクにもある程度の抵抗があります）は、電源接地に現れる過渡が高くなる傾向があることを意味します。たとえば、モーターを制御しているときにエンコーダーの測定値を完全に台無しにするのに十分な高さになる場合があります。

したがって、目標はこれらの根拠をできる限り分離することです。つまり、それらはまったく重複しません。上部にアナロググランド、下部にデジタルグランドを配置しません。アナログに関することはすべてアナログアースで行われ、デジタルに関することはすべて、PCBの別々の領域のデジタルアースで行われます。目標が分離である場合は、平面を1つの点で接続します。電流ループが発生し、EMIの問題と意図しないアンテナが発生するため、複数のポイントが危険な場合があります。アースがすべて短絡しているポイントは、通常、回路のスターアースポイントと呼ばれ、回路の広いアースに到達するのと同じくらい近くにあります。一般的に、これらは、2つの回路が相互作用する場所（通常はADCまたはDAC）にできるだけ近くかつ中央で短絡する必要があります。本当に無計画な設計では、供給の近くでそれらを短絡し、最善を尽くすように祈ります。これはタイプ1です。

タイプ2では、ある種のガードトレースがあります。トレースがグランドにある場合は、おそらく、EMIではなくリークが心配されています。漏れが発生した場合は、信号レベルの近くでガードを駆動する必要があります。これらのどちらの場合でも、ガードをソースへのインピーダンスをできるだけ低くする必要があります。これは、トレースを接地する場合、複数のビアが一定の間隔でグランドプレーンにドロップダウンすることを意味します。

3つ目であり、少しエキゾチックではない品種であり、実際には明らかなことを述べているだけです。これは、デカップリングキャップをグランドに接続するビア、またはランダムなビアが上部と下部のグランドプレーンを短絡させることに関係しています。星の地面を作成し、さまざまな領域を分離したら、各地面をできるだけ均一にする必要があります。たとえば、アナロググランドプレーンの2つのコーナー間に測定可能な電位差が存在することは望ましくありません。これを行うには、スターアースへの低インピーダンスパスを提供します。アースする必要のある各ピンまたはパッドは、スターアースポイントにストレートショットを提供するプレーンに移動します。プレーンを使用すると、各信号トレースの下にリターンパスが提供されるという追加の利点があり、アンテナとして機能する可能性のある電流ループの形成が回避されます。グランドプレーンを破壊する必要がある場合、ただし、リターンパスが必要な場合は、別のレイヤーを経由する代替ルートを提供します。同じエリアにグラウンドがある複数のプレーンがある場合（注：これらは同じグラウンドでなければなりません）、周期的なビアはインピーダンスをわずかに減らすのに役立ちます。