グランドにのるノイズ

24[V]供給のマイコンボードを製作しましたが信号波形にグランドノイズが乗っています。24[V]は安定化電源から供給しそれを電源回路で12[V], 5[V], 3.3[V]を生成しています。グランドにノイズが乗っているためどの部分の信号をみてもノイズが乗っていますが、グランドを外部の安定化電源のグランド端子につないで内部の信号を確認するとノイズはなくなります。よって内部回路のグランドにノイズが乗っていると判断できます。内部回路のグランドにノイズが乗る原因の特定になるのですが、どのように進めるべきか困っています。私は部品を一つ一つ交換して特定しようと考えているのですが、他に良いアイデアがありましたら連絡願います。

No.2 ベストアンサー 回答者： noname#65902 回答日時： 2007/09/24 22:42

> 部品を一つ一つ交換して特定しようと

部品に不良があるならこの方法で不良箇所が発見できるでしょう。
しかし、設計そのものに不備（「想定していなかった」も含む）が
あった場合は発見できないでしょう。

本来「グランド」同士は電圧変動がゼロなのが理想ですが、
現実には物理的距離、流れる電流、環境によって多少なりとも
差が現れます。
逆に言えば、低減する方法はあっても完全にゼロにするのはかなり困難だと
いうことです。
現実には、変動量が実使用に問題ないほど小さければそれでよいわけです。
過剰に押さえ込もうとすると実現できずにジレンマに陥ってしまいます。

基礎から考え直すのは効率が悪いので既知の現象を解説しましょう。

☆グランド線のインピーダンスが高くないか

グランド線は電源供給のリターン線であり、電源と同じ位の電流が流れます。
インピーダンス値が充分に低くないとここで電圧降下を発生します。
つまり、グランド線の両端に電位差を生じます。
ここでインピーダンスと言ったのは、「交流に対する抵抗」も
関係するからです。
デジタル回路に限りませんが、電流の流れ方が急激に変化する場合、
「直流に対する抵抗値」は低くても「交流に対する抵抗値」が高いと
電位差を生じます。
具体的には、太い導線で直流抵抗が低くても、長かったりどこかで巻いていたりして
インダクタンス値が高くなっている場合が該当します。

グランド線は太く短く、が基本です。試せるなら、
実際に交換できるのかを度外視して極端に太く短い導線に交換してみると
違いがはっきり現れます。
太い導線がなければ現状のものを２本、３本と並列に繋ぐことでも
効果を見られると思います。

単に直流抵抗を低くするには太い導線に変えばいいですが、
物理的距離を縮められない場合、インダクタンス値を下げられないことになります。
このような場合には、マイコンシステムがDC24Vを受け取った場所
(にパスコンがあると思いますが、こ)のパスコンの容量値を大きくし、また
タンタルコンデンサなどの高周波特性のよいコンデンサを並列に接続します。
価格はちょっと高いですが 電気二重層コンデンサ（商品名例 「OSコン」）が
オススメです。

グランド線のインピーダンスは変えられませんが、
瞬間的な電源供給はこのパスコンから行うことで
グランド線両端の電圧降下を防止します。

外来ノイズは...グランド線が極端に長いとか、郷電力を扱う機器が至近にあるとか、
放電加工機がある、などでなければ、まず心配ないと思います。
まずはグランド線のインピーダンス、パスコンを確認して下さい。

No.4 回答者： noname#65902 回答日時： 2007/09/25 08:45

ANo.2 です。

間違ってましたので訂正します。すみません。

誤> 電気二重層コンデンサ（商品名例 「OSコン」）が
正> 有機半導体コンデンサ（商品名例 「OSコン」）が

電気二重層コンデンサとは、メモリバックアップ用途向けの
大容量コンデンサで、インピーダンスは低くないので
パスコンには不向きです。

OSコンは開発元は三洋電気ですが、今は他社製もあります。

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2007/09/24 23:25

グランドはあらゆる信号回路の共通帰線です。

ある回路の帰電流によって電位差が生じて、他の信号回路の電源に重畳するのが、いわゆるグランドノイズです。
回路毎にグランド回路(配線)を独立させて、電源回路に一点で戻してあげるのが基本です。また、
グランド処理は両極端で、「無限大(できるだけ広い)の面積を持つ」か「面積や長さを持たない(一点アース)」のいずれかです。これが中途半端だとなやみの原因になります。
この様子は、配線状況をマンガにすると判ります。「テスタであたって繋がっているよ」は意味ありません。

＃昔は直流的な考えで充分でしたが、昨今のcpu周辺回路は高周波技術(マイクロ波技術)も必須です。

No.1 回答者： takepon256 回答日時： 2007/09/24 22:37

ノイズの周波数成分からノイズの発生源を推測して、GNDを強化していくべきではないでしょうか。

部品の不良ではなく、配線経路の問題とも考えられますので。