PCBのアンチインタフェース設計：理論から実践へ、安定した信号のための3つの重要なヒント

1. はじめに：なぜPCBは干渉を受けるのか？

産業用制御回路や高周波回路を設計する際、多くのエンジニアが直面する問題があります。それは、ラボでは正常に動作していたPCBが、現場では信号損失やデータエラーを経験することです。これは主に、不十分な「耐干渉設計」が原因です。干渉は、電磁放射、不適切な接地、電源ノイズなどのソースから発生しますが、解決策には明確なパターンがあります。今日は、直接適用できる3つの実践的な耐干渉のヒントを共有します。

2. 3つの実践的な耐干渉のヒント

1. ヒント1：「単一点接地」vs「多点接地」—適切な方を選択する

    

   接地は耐干渉の基礎ですが、多くの人がこれら2つの方法の適用シナリオを混同しています。たとえば、高周波回路（周波数>10MHz）に単一点接地を使用すると、接地線が長くなりすぎて、寄生インダクタンスが発生し、干渉を引き起こします。低周波回路（周波数<1MHz）に多点接地を使用すると、グランドループが形成され、ノイズ結合が発生します。

    

   実践方法: 低周波回路（例：アナログセンサー）には「単一点接地」を使用し、すべての接地線を1つの接地ポイントに集めます。高周波回路（例：RFモジュール）には「多点接地」を使用し、接地線の長さを波長の1/20以下（例：<2.4GHz RF回路の場合は6mm）に保ち、寄生インダクタンスを減らします。

2. ヒント2：「シールド缶」+「フィルタコンデンサ」による電源ノイズの二重抑制

    

   電源ノイズは主要な干渉源です。特にスイッチング電源は、電源ラインを介してコアチップに伝播する重要な高周波ノイズを発生させます。多くの人は、電源入力に1つのフィルタコンデンサを追加するだけで、「シールド」の重要性を無視しています。

    

   実践方法: 電源モジュール（例：DC-DCチップ）の周りに金属シールド缶を追加し、缶を接地します。同時に、チップの電源ピンの隣に2つのコンデンサを並列に接続します。100nFセラミックコンデンサ（高周波ノイズをフィルタリング）と10μF電解コンデンサ（低周波ノイズをフィルタリング）です。電流ループを短くするために、コンデンサをチップピンから5mm以内に保ちます。

3. ヒント3：「差動配線」設計による外部干渉への抵抗

    

   RS485やCANなどの差動信号の場合、不適切な配線は外部電磁干渉に対して脆弱になり、通信障害を引き起こします。たとえば、差動ペアの長さの不一致や間隔の不均一さは、信号の対称性を損ない、耐干渉能力を低下させます。

    

   実践方法: 差動ペアの長さの差を5％以内（例：<100mmの総長の場合は5mm）に制御します。配線中は等間隔（例：2mm）を維持し、他の信号線との交差や近接を避けます。信号反射を減らすために、差動ペアの両端に100Ωのマッチング抵抗を並列に接続します。

3. 結論：耐干渉設計の核心—「ソースでの干渉の低減」

耐干渉は「後付け」ではなく、設計段階の早い段階で考慮する必要があります。たとえば、部品選択時に耐干渉能力の高いチップを選択し、レイアウトを干渉源（例：モーター、リレー）から遠ざけることは、後でシールド缶を追加するよりも効果的です。各設計後にオシロスコープで主要信号の波形をテストし、徐々に経験を積むことをお勧めします。