GNDはグラウンドの略です。 回路の完成を可能にする電源への電流の共通または共有の帰還ルートは、電気回路と電子回路の両方でグランドを指します。 これは、マイナス側、プラス側、およびアース側を備えた DC 回路内にあります。 また、電流ネットワークを中性点、相、接地と切り替える際にも使用されます。

これは通電されていない端子であり、グランドに直接接続されているため、電圧を測定するための PCB 内の基準ノードとしても機能します。 また、安全対策としても機能する可能性があります。 これにより、回路の漏れ電流や大気中での雷放電が発生した場合に、危険なエネルギーが地球に向かって伝わることが保証されます。

· 回路内 GND とは何ですか?

エレクトロニクスの分野では、慣例により PCB 内の点または位置が電気基準点となります。 グランドまたは GND とも呼ばれるこのような基準点の電圧は 0 ボルトです。 電圧の測定は相対的な測定です。 言い換えれば、電圧の測定を他の回路ポイントと対比させる必要があります。 そうでない場合、測定には価値がありません。

すべての電気回路が機能するには、密閉されたユニットである必要があります。 これは、電流が電源に戻る経路が常に必要であることを意味します。 回路がどれほど複雑になっても、平面であろうと配線であろうと、電流は常にソースに戻る方法を持っています。

多くの場合、この基準端は、回路内のその後のすべての電圧測定の開始点として機能します。 ただし、すべての電圧測定がこの基準端を使用して行われるわけではありません。

これらのリターン チャネルは、実質的にすべての回路で「接地」されます。 ここで問題となるのは、「グランド」が回路の基準点であり、これが問題であるということです。

完全なゼロ電圧などというものは存在しません。 したがって、基準座標は不可欠です。 電圧測定は常に PCB 設計の基準点を基準としています。 復路には存在する必要はありません。 実際には、理論的には回路内の任意の点が基準点として機能する可能性がありますが、すぐに説明する理由により、一部の点が他の点よりも好ましい場合があります。

・アースグラウンド

家の中のすべての電線の基準点は地球 (惑星ではなく足の下の土) です。 これは電子の無限の供給です。 実際には、この戻り線を「接続」する方法は、金属のパイプまたは棒を地中に埋めるだけです。 次に、すべての家の「アース」線がしっかりとそれに接続されていることを確認してください。

・シャーシグランド

ガジェットの金属ケースは、電子回路の基準点を定義するのに役立ち、この特定の形状のアースという名前の由来となっています。 エンクロージャのシャーシと地面を基準点として選択する際は、安全性が最優先に考慮されます。 ほとんどの場合、私たちの体の可能性は地球上にあります。 ユーザーが洗濯しようとしていて、洗濯機の筐体にコンセントのアースプラグが付いているとします。 機械内のすべての電子機器は、地球の地面またはシャーシに接続されています。

もう一度、戻り経路を考慮すると、このようなシナリオでは、アースとシャーシが AC 電源への戻り経路の一部であることがわかります。 これにより、電流が体内に流れるのを防ぎます。 これは、本体と洗濯機の間に潜在的な隙間があるために発生します。

・シグナルグランド

これは、PCB 上の回路のリファレンス ノードを定義するだけであり、最もよく使用される名称の 1 つです。 通常、物理的に実装するためにグランド プレーンまたはシートが使用されます。 したがって、PCB 設計では、電源への経路を戻すインピーダンスがかなり低くなっている可能性があります。 これを行わないと、PCB 上の異なる「グランド」の電位が異なる可能性があるため、これは非常に重要です。 そして、PCB が故障するか、完全に動作しなくなる可能性があります。

· アナログおよびデジタルアース

デジタル信号の状態が変動すると、デジタル回路に電流スパイクが発生します。 電流負荷が変動すると、アナログ回路では再び電流ピークが発生します。

正しい接地を行う方法はいくつかありますが、混合信号接地に関連する場合は常に、「ノイズの多い」デジタル帰還電流と「ノイズの少ない」アナログ帰還電流を区別することが重要です。 この接地の分離により、接地電流が流れることによる回路内部のノイズの発生を防ぐことができます。

これらのグランド電流 (シフト電流と考えるかもしれません) がグランドに戻る経路に流れると、電圧変動によってノイズが発生します (オームの法則を思い出してください)。 「うるさい地面」という言葉をご存知かもしれません。 ローカル回路では、このノイズが繊細な信号を損なう可能性があります。 システム、テスト、設計のエンジニアにとって、接地は長い間大きな課題でした。

「スター」、アース、またはアースは、特定の状況で役立つ可能性のある接地方法の 1 つです。 この考え方は、ネットワーク内のすべての電圧が同じ接地点を指すという考えに基づいています。

理論上、唯一の接地位置とスターグラウンドアプローチは素晴らしいアイデアのように見えます。 設計がどれほど洗練されているかによっては、実際に実装するのは非常に難しい場合があります。 接地バスバーを使用することも別の方法です。

ただし、設計で単一の共通グランド プレーンを使用する場合、リターン電流は適切な PCB レイアウトによって調整される可能性があることに注意してください。 したがって、通常はデジタル グラウンドとアナログ グラウンドを物理的に分離する必要はありません。

· 一般的な GND 回路内エラー

初心者にとって、スリーエンド DC エネルギー源はややわかりにくいように思えるかもしれません。 この電源には、プラス (+) 端子、マイナス (-) 端子、およびグランドまたは GND 端子の 3 つの端子があります。 アース アースまたはアース端子はシャーシに物理的に取り付けられ、シャーシは電源アダプタ内のアース線に接続されます。 三極ソケットを介して直接アースと接続されています。

初心者は、GND とプラス (+) 接続の間に電源を接続するという間違いをよく犯します。 この不適切な接続により、エネルギーが得られる電源に電流が戻らないため、電気は流れません。 マイナス (-) 端子とプラス (+) 端子の両方の間に電源を接続するのが正しい接続です。

· 静電気放電 (ESD)

テストデバイスの接地は、静電気や ESD の放電の防止にも役立ちます。 静電気を帯びた物体が試験装置に接触すると、必ず ESD が発生します。 特定のテストツールは非常に敏感であり、ESD インシデントの影響を非常に受けやすい場合があります。

IC の ESD シールドは、接地されたマットによって適切に提供されます。 これは、ESD マット、リスト ストラップ、接地された椅子も指します。 これは、敏感な電子部品に触れる前にアースが行われ、身体に帯電している可能性のある静電気を放電するためです。 回路基板や IC を扱う際、大多数の技術者やエンジニアは、潜在的に有害な部品や機器に対する追加の安全策として、ESD 安全ジャケットも着用しています。

回路内の GND に関する一般的な問題

たとえば、ヨットのいくつかのデッキまたはエリアにある「アース」間の電圧差は、数十ボルトになる場合があります。 船の甲板で作業する場合、延長電気コードのアースと長い延長リードを使用している人の間には、顕著な電圧差が生じます。 飛行機が地球の磁場の中を超高速で移動するときに、同様の問題が飛行機の表面にも発生します。 その結果、接地点間にわずかな電圧差が生じます。

物質に電流が流れると電圧が発生します。 インピーダンスは、土壌だけでなく導体、配線、接合部にも存在します。

回路を設計するときは、すべての接地ノードを互いに近づけて、ループや多数のアース ループを避けることが最善です。 多くの場合、電力はこの位置、またはシャーシを備えた一次デカップリングまたは平滑コンデンサがこの位置に入力されます。

アンプなどの高ゲイン機器では、アース線を介して大量の電流が流れます。 これらすべてのアースがアンプの入力段に接続されていないことを確認することが重要です。 そうしないと発振が発生します。 単一の恒星グラウンドでのみ、出力段と入力段が一緒になる必要があります。

· グランドループ

高出力オーディオ システムでは、独立した主電源を備えた機器を接続すると、グランド ループが発生する可能性があります。 たとえば、ミキシングパネルとPA機器は、それぞれ別の主電源を備えています。 オーディオワイヤー内の金属接地スクリーンがさまざまな主電源アースとループを形成すると、重大なハムの問題が発生します。

各ステージの需要が 3 ステージの主電源システムにある場合、中性点の電位はゼロになるはずです。 このようなケースはほとんどありません。 他の相の中でも特に電圧変動は、片側での大電流活動によって生じ、中性電流がより高く「浮動」します。

回路にGNDは本当に必要ですか?

すべての電気システムには電源への戻りルートが少なくとも 1 つ必要であるため、すべての回路には「アース」が必要です。 この「グランド」は通常、すべてのネットワーク電圧を測定するための基準ノードとしても役立ちます。 それにもかかわらず、すべての回路が線間電圧に接続されているわけではありません (バッテリー駆動の電子機器など)。 したがって、すべての回路がアース「グランド」を必要とするわけではありません。 より正確には、地球を経由するリターンチャネルです。 同様に、非導電性環境における電子機器の安全性のために、シャーシの返送ルートは必要ありません。 私たちが望んでいるのは、地面との誤解を防ぐために、これらの道路の名前を変更できることです。