- 「FG・SG・LG・PGND…回路図にグランドの記号が多すぎて、何が何だかわからない」
- 「全部まとめて繋げば0Vでしょ？」と思ってたら、ノイズで機器が誤動作した
- 「フレームグランドとシグナルグランドの違いって何？」と聞かれて答えられなかった
- グランドの種類を分ける理由が腑に落ちない。なぜ1本じゃダメなのか？
- FG・SG・LG・PGNDの4種類のグランドの役割を「家の配管」で完全にイメージできる
- それぞれの接続先・流れる電流・記号が一覧表で整理できる
- グランドを分けないと何が起きるか（ノイズ混入・誤動作・感電）を具体例で理解
- 実機の設計でどこで繋ぎ、どこで分けるかの判断基準がわかる
回路図を開くと、GNDの記号がいくつも並んでいて混乱した経験はありませんか？
FG、SG、LG、PGND…。「全部グランドなんだから、まとめて繋げばいいのでは？」と思うのは自然なことです。
でも、その「まとめて繋ぐ」がノイズ・誤動作・感電事故の原因になります。
この記事では、4種類のグランドの違いを「家の配管」というたとえを使って、初心者でも直感的に理解できるように解説していきます。配管を間違えると汚水が飲み水に混ざるように、グランドを間違えるとノイズが信号に混入して機器が壊れるのです。
【完全図解】GNDとは何か？｜「0Vの線」ではなく「電流の帰り道」である本当の理由 →
「そもそもGNDって何？」が曖昧な方は、先にこちらで「GND＝電流の帰り道」という本質を押さえてください。
目次
🏠 全体像｜4種類のグランドを「家の配管」で理解する
あなたの家には「4本の配管」がある
家の中には目的の違う配管が何本も通っています。飲み水の管、トイレの排水管、雨どいの排水管…。これらを1本にまとめたら大惨事ですよね。
電子機器の中のグランドもまったく同じです。役割が違うグランドを1本にまとめると大惨事になります。
FG
フレームグランド
落雷の電流を安全に
大地に逃がす
SG
シグナルグランド
飲み水レベルの清潔さが
求められる
LG
ラインフィルタGND
外から入る汚れを
ここで止める
PGND
パワーグランド
大量の汚水が
ドバドバ流れる
この4本の配管を1本にまとめたらどうなるか？を想像してみてください。工場の汚水が浄水用の配管に逆流し、飲み水が汚染されますよね。電子機器でも同じことが起きます。パワー回路のノイズ電流がシグナルグランドに流れ込み、マイコンが誤動作するのです。
「グランド」は1種類ではない。役割が違う4つのグランドを正しく分離し、正しい場所で接続することが、ノイズに強く安全な機器を作る大前提です。
🏗️ FG（フレームグランド）｜「避雷針」の役割
FGとは？｜筐体（きょうたい）を大地に接続するグランド
FG（Frame Ground / フレームグランド）は、機器の金属筐体（ケース・シャーシ）を大地（Earth）に接続するためのグランドです。別名「保護接地」「PE（Protective Earth）」とも呼ばれます。
家の配管で言えば「避雷針と雨どい」です。落雷（サージ電圧）や漏電電流という「想定外の大量の水」を、人体に触れさせずに安全に大地へ逃がす役割を持っています。
| 正式名称 | Frame Ground / Chassis Ground |
| 接続先 | 大地（Earth）＝電源コードの3本目（緑/黄色の線） |
| 流れる電流 | 通常はゼロ。異常時（漏電・サージ）に大電流が一瞬流れる |
| 目的 | ①感電防止 ②サージ（雷・静電気）の逃がし先 ③EMIシールド |
| 回路図の記号 | 三本線のアース記号（⏚）または「FG」「PE」と表記 |
FGがないと何が起きるか？｜感電事故
機器内部の電源回路が故障し、AC100Vが金属筐体に漏電したとします。FGが接続されていれば、漏電電流はFG→大地へ流れ、漏電ブレーカーが即座に動作して回路を遮断します。
しかし、FGが接続されていなければ、漏電電流は人体→大地という経路で流れます。これが感電事故です。人体に数十mA流れるだけで心臓が停止する危険があります。
FGあり（安全）
漏電電流 → FG → 大地
→ ブレーカー動作 → 遮断
人体に電流は流れない
FGなし（危険）
漏電電流 → 人体 → 大地
→ ブレーカー動作せず
感電事故 → 最悪死亡
IEC 60950-1やIEC 62368-1などの安全規格では、金属筐体を持つ機器には保護接地（FG/PE）の接続が義務付けられています。これは人命に直結する設計要件であり、「つけ忘れ」は許されません。
🚰 SG（シグナルグランド）｜「浄水配管」の役割
SGとは？｜信号回路の電位基準となるグランド
SG（Signal Ground / シグナルグランド）は、マイコン・オペアンプ・ADC・通信ICなど信号回路の電位基準（0V）として機能するグランドです。
家の配管で言えば「浄水用の配管」です。飲み水レベルの清潔さが求められ、少しでも異物（ノイズ）が混入すると「味（信号品質）」が変わってしまいます。
| 正式名称 | Signal Ground / SGND / DGND / AGND |
| 接続先 | 信号回路ICのGNDピン。電源の0V基準点 |
| 流れる電流 | 微小（μA〜数十mA）、低ノイズ |
| 目的 | 信号の正確な読み取りに必要な安定した電位基準を提供 |
| サブカテゴリ | DGND（デジタル）、AGND（アナログ）に細分化されることも |
SGが汚れると何が起きるか？｜信号の誤読・誤動作
SGの電位がノイズで揺れると、ICはその揺れを「信号の一部」と誤認します。たとえば、12ビットADCが3.3V基準で動作している場合、1LSB（最小分解能）はわずか0.8mVです。SGが1mV揺れるだけで、測定値が1〜2ビット狂います。
これは浄水に1滴の汚水が混ざっただけで味が変わるのと同じです。SGは「最も静かで、最もきれいでなければならない」グランドなのです。
SGはさらにDGNDとAGNDに細分化されることがあります。デジタルIC（マイコンなど）はクロック信号による高速スイッチングノイズを出すため、微小信号を扱うアナログIC（ADC・オペアンプ）とはGNDを分けるのが理想です。考え方はパワーGNDとの分離と同じで、「加害者と被害者を分ける」のが原則です。
【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 →
SGとPGNDを基板上で具体的にどう分離し、どこで繋ぐかの全手順を図解しています。この記事を読んだ後にぜひ。
🧹 LG（ラインフィルタグランド）｜「浄水器フィルター」の役割
LGとは？｜ノイズフィルタ専用のグランド
LG（Line Filter Ground / ラインフィルタグランド）は、AC電源入力部に設置するEMIフィルタ（ラインフィルタ）のコンデンサ（Yコンデンサ）を接地するための専用グランドです。
家の配管で言えば「浄水器のフィルター」です。水道管（AC電源ライン）から入ってくる汚れ（コモンモードノイズ）を、家の中に入る前にこのフィルターで濾し取ります。そして、濾し取った汚れは専用の排水口（FG＝大地）へ流します。
| 正式名称 | Line Filter Ground |
| 接続先 | Yコンデンサの中点 → FG（筐体/大地） |
| 流れる電流 | 高周波ノイズ電流（コモンモードノイズのバイパス電流） |
| 目的 | AC電源ラインのコモンモードノイズを大地に逃がし、機器内部に入れない |
| 重要な注意点 | LGはFGに直接繋ぐ。SGやPGNDには絶対に接続しない |
LGには高周波ノイズ電流が流れています。これをSG（信号グランド）に接続してしまうと、「フィルターで捕まえたノイズを信号回路にわざわざ注入する」という最悪の結果になります。フィルターの意味がなくなるどころか、フィルターがない方がマシという状況に。LGは必ず最短経路でFG（筐体）に繋ぐのが鉄則です。
🏭 PGND（パワーグランド）｜「工場の排水管」の役割
PGNDとは？｜パワー回路の大電流が帰るグランド
PGND（Power Ground / パワーグランド）は、MOSFET・IGBT・モータードライバ・DC-DCコンバータなどパワー回路の大電流が帰る道です。
家の配管で言えば「工場の排水管」です。大量の水（電流）がドバドバ流れ、スイッチングのたびに流量が急変します。汚れ（ノイズ）も激しく、他の配管に絶対に混ぜてはいけません。
| 正式名称 | Power Ground / PGND |
| 接続先 | パワー素子（MOSFET等）のソース/エミッタ → 入力コンデンサ → 電源 |
| 流れる電流 | 大電流（数A〜数十A）、スイッチングで急変（高dI/dt） |
| 目的 | パワー回路の電流帰還路。ノイズの発生源でもある |
| 設計上の注意 | 太く・短く引く。SGとは分離し、1点で接続 |
PGNDとSGを混ぜると何が起きるか？
PGNDのパターンには、スイッチング素子のON/OFFに伴う数A〜数十Aの電流が数十nsで急変します。この急激な電流変化がGNDパターンのインダクタンスで電圧に変換され、GNDバウンスを引き起こします。
🔥 PGNDとSGを共有した場合の具体的な被害
ADCの測定値が狂う：PGND電位が1mV揺れるだけで、12ビットADCの測定値が1〜2ビット変動。温度センサーなどの精密測定が使い物にならなくなる
マイコンが暴走する：GNDバウンスでマイコンのVIH/VILしきい値が揺れ、ロジックが誤動作。最悪ウォッチドッグタイマーが作動しリセット多発
通信エラーが多発する：UARTやSPIの信号波形にノイズが重畳し、ビットエラー率が急増。データ化けが発生
📊 4種類のグランド完全比較表
一目でわかる比較表
| 項目 | 🏗️ FG | 🚰 SG | 🧹 LG | 🏭 PGND |
|---|---|---|---|---|
| 配管のたとえ | 避雷針・雨どい | 浄水配管 | 浄水器フィルター | 工場の排水管 |
| 接続先 | 大地（Earth） | 信号ICのGND | Yコン → FG | パワー素子 |
| 流れる電流 | 通常0A 異常時のみ大 |
μA〜数十mA 低ノイズ |
高周波 ノイズ電流 |
数A〜数十A 高ノイズ |
| ノイズの性質 | サージ （瞬間的） |
被害者 （汚染されたくない） |
捕獲されたノイズ （逃がす側） |
加害者 （ノイズ発生源） |
| 分けないと… | 感電事故 | 信号誤読・暴走 | フィルタ無意味化 | GNDバウンス |
| パターン設計 | 太く、筐体へ直結 | ノイズ源から隔離 | 最短でFGへ | 太く・短く |
接続関係の全体図｜「どこで分け、どこで繋ぐか」
🔗 グランド接続の全体像
（筐体/大地）
LG → FG（直接接続）｜PGND ↔ SG（1点接続）｜FG ↔ SG/PGND（1点接続）
🔥 よくある失敗パターン3選｜現場で本当に起きた事例
失敗①｜LGをSGに繋いでしまい、フィルタが逆効果に
EMIフィルタのYコンデンサのGND側を、FG（筐体）ではなくSG（信号GND）に接続してしまったケースです。フィルタが捕まえたコモンモードノイズが、そのまま信号回路のGNDに流れ込みました。結果、フィルタを入れたのにEMI試験でむしろ放射ノイズが悪化。配管のたとえで言えば、浄水器で濾し取った汚れを飲み水の配管に流しているようなものです。
失敗②｜PGNDとSGを共通パターンで引いて、ADCの値が安定しない
MOSFETのソース端子とマイコンのGNDピンを同じ銅箔パターンで共有してしまったケースです。スイッチングのたびにGNDが数十mV揺れ、ADCの読み取り値がバラつきました。配管のたとえで言えば、工場の排水管と浄水配管を1本にしたため、水圧の変動で蛇口から出る水の量が不安定になった状態です。
失敗③｜FGを接続し忘れて、筐体に触れると「ビリビリ」くる
試作基板でFG（保護接地）の配線を忘れたまま動作確認をしたケースです。Yコンデンサ経由でAC電源のノイズ電流が筐体に漏れ、金属筐体に触れると微弱な感電が発生しました。これはまだ「ビリビリ」レベルで済みましたが、電源回路の絶縁が壊れた場合、AC100Vが筐体に直結する致命的な事故に繋がります。
いずれも「グランドの種類を意識せず、とりあえず繋いだ」ことが原因です。グランドは全部同じではありません。FG・SG・LG・PGNDにはそれぞれ明確な役割があり、正しい相手に正しい方法で接続する必要があるのです。
📝 まとめ｜グランドは「分ける→正しく繋ぐ」が大原則
| グランド | 一言でまとめると | 間違えると |
|---|---|---|
| 🏗️ FG | 避雷針。異常電流を大地に逃がす | 感電事故 |
| 🚰 SG | 浄水配管。信号の電位基準を静かに保つ | 信号誤読・暴走 |
| 🧹 LG | 浄水器フィルター。ノイズを捕まえてFGに逃がす | フィルタが逆効果 |
| 🏭 PGND | 工場の排水管。大電流の帰り道 | GNDバウンス・誤動作 |
「この電流はどの配管を通るべきか？」と自問してください。異常電流なら避雷針（FG）へ。ノイズを濾した排水ならフィルター（LG）からFGへ。大電流なら工場の排水管（PGND）へ。信号の帰りなら浄水配管（SG）へ。流す先を間違えなければ、グランド設計は怖くありません。
グランドの設計は地味ですが、ノイズ問題の8割はグランドに起因すると言われています。「全部繋げばいい」から卒業し、「分けて、正しい場所で繋ぐ」という考え方を持つだけで、あなたが設計する機器の品質は劇的に変わります。この記事をきっかけに、ぜひGNDパターンの引き方の実践記事にも進んでみてください。
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この記事の直接的な続編です。4種類のグランドの違いを理解した今、基板上でどう配線するかを図解で完全マスターしましょう。
「そもそもGNDって何？」を根本から理解したい方はこちら。GNDバウンスの計算例も含めて徹底解説しています。
GNDプレーン上で電流が実際にどう流れるのか。「最短経路」ではなく「最小インダクタンス経路」を通る事実を理解できます。
PGNDの大電流がなぜ発生するのか。パワエレ回路の全体像を把握すると、グランド設計の背景がさらに深く理解できます。