一点アースが守れない回路

いつも悩む回路なので、諸先輩のご意見もお聞きしたいと思い投稿いたします。
　画像ご覧ください。よくあるアナログデジタル混在回路です。ノイズの交差を避けるために一点アースします。この図ではレギュレータのグラウンドピンGで一点アースするとの記述です。
　この回路にはアナロググラウンドとデジタルグラウンドを分けて持つグランドピンがあり、内部で接続されています。このようなＡ／Ｄコンバータを使う場合、図のあります通りA/Dコンバータ部でもアースが共通になってしまい、ノイズ分が交差して流れることはもちろん、アンテナになりうるループができてしまいます。

　このような場合、どのようにグラウンディングをするのが適切なのでしょうか。デジタル部をアナログ回路から絶縁するのも手ですが、コストと絶縁線の基板面積がかさみますので、避けたいのです。グラウンド共通でこのような回路を実現する場合、どうすれば効果的でしょうか。

　私の浅薄な考えでは、A/Dコンバータ部のアースを安易にアナログデジタルを結合せず、ノイズフィルタというかビーズのようなインダクタを入れてノイズ分の帯域を切り離してしまえばいいのではとも思います。

　いかがでしょうか、お知恵をお貸しください。

No.6 ベストアンサー 回答者： isoworld 回答日時： 2019/11/27 09:39

私も長年、アナログ回路（それも高感度あるいは高ＳＮ比）の設計・製作も、デジタル回路の設計・製作も、両者が混在するデジ・アナ回路の設計・製作（ＡＤ変換回路など）も手がけてきましたし、ＮＨＫ図書からは両方のノウハウを書いた書籍も出してきましたので、言われることはよく分かります。

こういうのは、こういうことを専門的にやってきて、失敗を重ねながらもトラブル（とくにノイズの）対策の経験を豊富に持っていないと、トンチンカンな答えしか出来ません（車のシャシアースを引合いに出すなんて、とんでもない話です）。

結局のところ、デジタル回路のグランド電流がなるべくアナログ回路のグランドのほうを通らないように、部品配置とグランドパターン設計を工夫するしかありません。それとなるべくグランドパターンの面積は広くとる（ベタにする）ことです（とりわけアナログ回路で微細な電圧を扱う入力段あたりの処理には気を使わないと）。
デジタル回路からは空中を飛んでくる電磁ノイズもあり、それを拾わないようにアナログ回路はデジタル回路からなるべく離し、混在を避ける部品配置をし、場合によっては簡単な遮蔽やノイズ吸収も必要になります。

それともうひとつ考えておくべきことは、プリント基板はなるべく小さく作ることです。大きく作ると、それだけ回路電流が広く走り回りノイズを発したり受けたりするアンテナになりやすいんです。そして微細な電圧を扱うアナログ信号線は、なるべくアナロググランドのすぐ傍を走らせるパターン設計にすることかな。
なお、シャシアースはアナログ回路の入力段にいちばん近いところで行うのが原則です。

一点アースの考えかたは真空管アンプの時代に生まれたと思うのですが（むかし真空管アンプもずいぶん作りました）、一点アースにあまりこだわり過ぎず、「デジタル回路のグランド電流がなるべくアナログ回路のグランドのほうに回り込まない」ようにする（とくにアナログ回路で微細な電圧を扱う部分には）ことが肝要です。デジタル回路のグランド電流によってアナログ回路のグランドが振られてはいけません。一点アースにするというのは、その究極の姿だと思うんです。

この回答へのお礼

相当のベテランの方と思慮いたします、ありがとうございます。　使い慣れた部品にこだわらずSMT部品でなるべく小さくぎゅうぎゅうに作る、大事なことだと思います、実践していますがさらに肝に銘じます。基板の銅箔は35umのものを指定しグランドプレーンは必ず1層確保し塗分けで配置しています。東芝の巨匠の書かれた「ノイズと…」の書籍も全巻読みましたがピンときません。実践しないと覚えませんね。
シャシアースの件、ありがとうございます。いつもどこで落とすか悩みがありました。一点アースから落としてみたりアナログで落としたり、挙句はジャンパで選べるようにもしたり、キャパシタで落としたこともありました。次から次へと設計しているので製品がデバッグ済んでスペックを満たすと詳細突っ込んでいく暇もなく次、となるので困りますね。本当に勉強になります、誠にありがとうございました。

お礼日時：2019/11/27 09:48

No.7 回答者： fxq11011 回答日時： 2019/11/27 10:31

＞自動車とは無関係です、すみません

ノイズ雑音対策は自動車でも、共通です。
もちろん、巷で言われる、アーシイング云々はまやかしですが。
区間系と思っていることでは、自分で考えることができません、他人が完成した結論をまねることしか。

No.5 回答者： xs200 回答日時： 2019/11/26 23:06

やっぱりわかってないと思います。

AGNDとDGNDが別のピンになっているADCでは内部でアナログとデジタルは分離されていて浮遊容量でリークが起きています。リークを最小にするにはDGNDをAGNDに最短距離で接続するのが唯一の方法です。共通アースとは違います。ADCのDGNDをデジタルグラウンドに接続してはいけません。

>DC結合にしてAC分離する
これも意味がわかりませんでした。

ここに理屈があります。スピードが許すならP.10のように数百Ωの抵抗を入出力にいれるといいです。
https://www.analog.com/media/en/analog-dialogue/ …

この回答へのお礼

ダンパ抵抗を入れる等、よくやっています。常套手段です。わかっているのです。ではデジタルグラウンドをアナログ側に接地してしまったとき、いくらダンパ抵抗が入っていても急峻なロジック信号によるデジタル接地端子へのスパイク電流は、アナログGNDの中を走るのではないのですか。実際それで昔痛い目に遭っているのです。

もう質問にもそれへの回答にもなっていないので、恐れ入りますが以降の回答はお控えいただけると幸いです。批判を受けるのが質問の目的ではないのです。

お礼日時：2019/11/27 07:03

No.4 回答者： 銀鱗 回答日時： 2019/11/26 13:15

デジタル部はアースではなくガード設置（接地ではなく設置）ですね。

単に囲むだけでOK。
間違ってもデジタル回路をアースに落としてはいけない。

てか、A/D変換部で絶縁しなよ。コストがかかるからヤダ？馬鹿言ってんじゃない。当然のことをせずに何言ってんだ。

この回答へのお礼

絶縁すれば楽ちんですがコストが上がります。世の中には一点アースでグラウンド共通ながら高いノイズ性能を出す製品もたくさんあります。そのような製品を自分も設計できない訳はないと思うわけです。馬鹿じゃないです、馬鹿言う人が馬鹿なのです。

お礼日時：2019/11/26 13:21

No.3 回答者： xs200 回答日時： 2019/11/26 12:43

アースにフェライトを入れるのですか? インピーダンスが大きくなるので逆効果です。

原則を守るほうがあとあと困らないと思うのですが。効果的なのはデジタルアイソレータですがコストでダメなんですよね?
A/Dコンバータで共通アースされるとありますが、ADCのデジタルグラウンドはアナロググラウンドにつなぐものですが??? 質問がよく理解できていません。

この回答へのお礼

A/Dコンバータ部でのみDC結合にしてAC分離するという意味です。
A/Dコンバータにもいろいろな種類があり、デジタルグラウンドとアナロググラウンドが別の製品もあります。

お礼日時：2019/11/26 13:16

No.2 回答者： hiro2017 回答日時： 2019/11/26 12:40

自分の経験ではデジタル回路はICからアースを取る時点で細くなったりするので

（アース用の基板を使うのが理想）直ぐにシャーシに落とします、一点アースは
アースが長いとノイズ源になりかねません、アナログ部は一点アースにして、
A/Dをアナログ基板に置く場合はフォトカプラを使い、デジタル基板に置く場合は
トランスを使いました。
電源も独立させましたがまあ大変です。

この回答へのお礼

無論グランドはベタでつなぎます。やはり絶縁しかないのでしょうか、ただいろいろな製品を見てみますと正直に絶縁しているものは少ないように思えます。確かに絶縁すれば楽ですが低いコストでいい性能を出すのも腕の見せどころかと思っています。

お礼日時：2019/11/26 13:17

No.1 回答者： fxq11011 回答日時： 2019/11/26 11:35

よく理解できませんが、共通アースされていれば、そこから無理に配線して一点アース、する考え方が理解不能です。

＞グラウンド共通
共通の一点?、ならそれで酔うのではとも思いますが。
グラウンド共通、車の場合シャーシーがアースされ、グラウンド共通ですね、でも実態はそのグラウンド自体が配線になっていますね。

この回答へのお礼

高精度のアナログデジタル混在回路基板ではよくある問題なのです。自動車とは無関係です、すみません。

お礼日時：2019/11/26 11:42