【ノイズ対策の要】GNDパターンの正しい引き方｜パワーGNDと信号GNDの分離・1点アース・スター接続の全手順

「GNDなんて、全部繋げば0Vでしょ？」

この考え方が、ノイズ問題の元凶になっていることが非常に多いです。

実は、GND（グランド）は単なる「0Vの基準点」ではありません。
「電流の帰り道」であり、その引き方次第でノイズが激増することも、激減することもあるのです。

この記事では、GNDパターン設計の核心を「川の流れ」のイメージで徹底的にわかりやすく解説します。

GNDの本当の役割｜「0V」ではなく「電流の帰り道」

回路図と現実の違い

回路図では、GNDは「▽」マークで表され、すべて同じ電位（0V）として扱われます。
しかし、現実の基板では話が違います。

GNDに電流が流れると電位差が生まれる

GNDパターンも「導体」です。導体には必ず抵抗（R）とインダクタンス（L）があります。

ここに電流が流れると、オームの法則により電圧降下が発生します。

つまり、GNDは「0V」ではなく、「電流の帰り道」として電位が変動しているのです。

「川の流れ」でイメージするGND設計

GNDを「川」に例えてみる

GNDの設計を理解するために、「川の流れ」に例えてみましょう。

電気の世界	川の例え
GNDパターン	川（水の帰り道）
パワー回路の電流	工場排水（汚い水）
信号回路の電流	飲料水（きれいな水）
IC（マイコン等）	魚（きれいな水が必要）

悪い設計：汚い水ときれいな水を混ぜる

良い設計：川を分けて、最後に合流

パワーGNDと信号GNDの分離｜なぜ分けるのか？

パワー回路と信号回路の違い

まず、パワー回路と信号回路の電流の性質の違いを理解しましょう。

	パワー回路	信号回路
電流の大きさ	大きい（数A〜数十A）	小さい（mA〜μA）
電流の変化	急激（高dI/dt）	緩やか
ノイズ	発生源（加害者）	影響を受ける（被害者）
例	MOSFET、モータードライバ	マイコン、オペアンプ、ADC

GNDを共有すると何が起こるか？

パワーGNDと信号GNDを「同じパターン」で共有すると、以下の問題が発生します。

分離すべきGNDの種類

回路の規模や用途によりますが、一般的に以下のGNDを分離することを検討します。

GNDの種類	対象回路	特徴
パワーGND （PGND）	MOSFET、IGBTモータードライバ、電源回路	大電流、高ノイズ
デジタルGND （DGND）	マイコン、ロジックIC、通信IC	中電流、クロックノイズ
アナログGND （AGND）	オペアンプ、ADC/DAC、センサー	微小電流、ノイズに敏感

1点アース（シングルポイントグラウンド）｜合流は「1点だけ」

1点アースとは？

1点アースとは、分離したGNDを「たった1点」でのみ接続する方法です。

川の例えで言えば、「排水用の川」と「きれいな川」を、最後の1カ所でだけ合流させるイメージです。

なぜ「1点」でなければならないのか？

もし複数点で接続すると、GND間に「ループ」が形成されます。

1点アースの接続ポイントはどこにする？

1点アースの「1点」をどこに設定するかは、非常に重要です。

スター接続｜中心から放射状に伸ばす

スター接続とは？

スター接続は、1点アースを発展させた方法です。
中心の1点から、各GNDへ「放射状」に配線を伸ばすことで、GND間の干渉を防ぎます。

スター接続 vs デイジーチェーン接続

GNDの接続方法には「スター接続」と「デイジーチェーン接続」があります。
デイジーチェーンはNGです。

ベタGNDの分割｜「分けても繋がる」の罠

ベタGND（グランドプレーン）とは？

ベタGNDとは、基板の一面（または内層）をGNDで「ベタ塗り」したものです。
高周波回路では、最もリターンパスのインピーダンスが低くなるため、非常に効果的です。

ベタGNDを「分割」するケース

パワー回路と信号回路を分離するために、ベタGNDを分割することがあります。
ただし、この分割には重大な注意点があります。

分割する際の重要ルール

ルール	説明
①必ず接続点を設ける	分割しても、1点で必ず接続する。完全に分離してはいけない。
②接続点は電源入口付近	電源コネクタやバルクコンデンサの近くで接続。
③信号線は分割線をまたがない	最重要！信号線が分割線をまたぐと、リターンパスが途切れる。
④分割は最小限に	不必要に分割すると、かえって問題が増える。

GNDスリットの危険｜「またぐな！」が絶対ルール

GNDスリットとは？

GNDスリットとは、ベタGND上の「隙間」や「切り込み」のことです。
GND分割のためにわざと入れる場合もありますが、部品配置やビアの影響で意図せず発生することもあります。

信号線がGNDスリットをまたぐと何が起こるか？

これがGND設計で最も危険なNGです。

スリットを避ける設計のコツ

対策	説明
①信号配線を先に決める	GND分割の前に、重要な信号線のルートを決め、スリットと交差しないように設計。
②やむを得ずまたぐ場合	スリット部分にブリッジ（小さなGND接続）を設けて、リターンパスを確保。
③DRC（デザインルールチェック）	CADのルールチェック機能で、GND上を通過しない配線を検出。
④ビアの配置に注意	大量のビアがGNDプレーンに意図しないスリットを作ることがある。

実践チェックリスト｜GND設計の確認ポイント

GND分離のチェック

✓	チェック項目	重要度
☐	パワーGNDと信号GNDは分離されているか？	★★★
☐	分離したGNDは1点で接続されているか？	★★★
☐	接続点は電源入口付近に設定されているか？	★★☆
☐	GND配線はスター接続になっているか？（デイジーチェーンになっていないか？）	★★☆

ベタGND・スリットのチェック

✓	チェック項目	重要度
☐	信号線がGNDスリットをまたいでいないか？	★★★
☐	高速信号線の直下にベタGNDが確保されているか？	★★★
☐	ビアの密集が意図しないスリットを作っていないか？	★★☆
☐	やむを得ずスリットをまたぐ場合、ブリッジを設けたか？	★★☆

まとめ｜GNDは「分けて、1点で繋ぐ」

この記事では、GNDパターン設計の核心を「川の流れ」のイメージで解説しました。