耐干渉性は現代の回路設計において非常に重要な要素であり、システム全体の性能と信頼性に直接影響を及ぼします。PCBエンジニアにとって、耐干渉設計は誰もが習得しなければならない重要かつ難関なポイントです。

PCBボードへの干渉の存在
実際の研究では、PCB 設計には電源ノイズ、伝送線路干渉、結合、電磁干渉 (EMI) の 4 つの主な干渉があることがわかりました。

1. 電源ノイズ
高周波回路では、電源ノイズが高周波信号に特に顕著な影響を与えます。そのため、電源の第一要件は低ノイズです。ここでは、クリーンな電源と同様に、クリーンなグランドも重要です。

2. 伝送線路
PCBで使用可能な伝送線路は、ストリップ線路とマイクロ波線路の2種類のみです。伝送線路における最大の問題は反射です。反射は多くの問題を引き起こします。例えば、負荷信号は元の信号とエコー信号が重畳した状態となり、信号解析の難易度を高めます。また、反射はリターンロス（反射損失）を引き起こし、信号に影響を与えます。その影響は、加法性ノイズ干渉による影響と同程度に深刻です。

3. カップリング
干渉源によって生成された干渉信号は、特定の結合チャネルを介して電子制御システムに電磁干渉を引き起こします。干渉の結合方法は、配線、空間、共通線などを介して電子制御システムに作用するだけです。分析には主に、直接結合、共通インピーダンス結合、容量結合、電磁誘導結合、放射結合などの種類が含まれます。

4. 電磁干渉（EMI）
電磁干渉（EMI）には、伝導干渉と放射干渉の2種類があります。伝導干渉とは、ある電気ネットワーク上の信号が導電性媒体を介して別の電気ネットワークに結合（干渉）することを指します。放射干渉とは、干渉源が空間を介してその信号を別の電気ネットワークに結合（干渉）することを指します。高速PCBおよびシステム設計において、高周波信号線、集積回路ピン、各種コネクタなどは、アンテナ特性を持つ放射干渉源となり、電磁波を放射して他のシステムまたはシステム内の他のサブシステムに影響を及ぼす可能性があります。

PCBおよび回路の干渉防止対策
プリント基板の耐妨害設計は、具体的な回路と密接に関連しています。ここでは、プリント基板の耐妨害設計における一般的な対策をいくつかご紹介します。

1. 電源コードの設計
プリント基板の電流の大きさに応じて、電源ラインの幅を広げ、ループ抵抗を低減します。同時に、電源ラインとグランドラインの方向をデータ伝送方向と一致させることで、耐ノイズ性が向上します。

2. アース線の設計
デジタルグランドとアナロググランドを分離します。基板上にロジック回路とリニア回路が混在する場合は、可能な限り分離する必要があります。低周波回路のグランドは、可能な限り1点で並列接地します。配線が困難な場合は、部分的に直列接続してから並列接地することもできます。高周波回路は、複数点で直列接地し、グランド線は短く太く、高周波部品の周囲には格子状の大面積グランド箔を使用します。

アース線はできるだけ太いものを使用してください。アース線に極端に細い線を使用すると、電流によってアース電位が変動し、ノイズ耐性が低下します。そのため、アース線はプリント基板の許容電流の3倍を流せる太さにする必要があります。可能であれば、アース線は2～3mm以上の厚さにしてください。

アース線は閉ループを形成します。デジタル回路のみで構成されたプリント基板では、ノイズ耐性を向上させるために、アース回路がループ状に配置されている場合が多くあります。

3. デカップリングコンデンサの構成
PCB 設計の従来の方法の 1 つは、プリント基板の各主要部分に適切なデカップリング コンデンサを構成することです。

デカップリングコンデンサの一般的な構成原則は次のとおりです。

① 電源入力に10～100uFの電解コンデンサを接続します。可能であれば、100uF以上のコンデンサを接続することをお勧めします。

②原則として、各集積回路チップには0.01pFのセラミックコンデンサを搭載する必要があります。プリント基板の間隔が十分でない場合は、4～8個のチップごとに1～10pFのコンデンサを配置することもできます。

③RAMやROMストレージデバイスなど、耐ノイズ性が弱く、電源オフ時の電力変化が大きいデバイスの場合は、チップの電源ラインとグランドラインの間にデカップリングコンデンサを直接接続する必要があります。

④コンデンサのリード線は長すぎてはならず、特に高周波バイパスコンデンサにはリード線があってはなりません。

4. PCB設計における電磁干渉の除去方法

①ループを減らす：各ループはアンテナに相当するため、ループの数、ループ面積、ループのアンテナ効果を最小限に抑える必要があります。信号が任意の2点において1つのループ経路のみを持つようにし、人工的なループを避け、電源層を活用するようにしてください。

②フィルタリング：フィルタリングは、電源ラインと信号ラインの両方におけるEMIを低減するために使用できます。デカップリングコンデンサ、EMIフィルタ、磁気部品の3つの方法があります。

③シールド。

④高周波機器の速度を落とすようにしてください。

⑤ PCB基板の誘電率を高めることで基板に近い伝送線路などの高周波部品の外部放射を防ぐことができ、またPCB基板の厚さを厚くしマイクロストリップ線路の厚さを最小限に抑えることで電磁線の溢れを防ぎ、放射を防ぐことができます。