PCBInside

많은 사람들은 신호가 라인에 전압으로 존재하고 거기에 (Static 하게) 있다는 공통적인 믿음을 갖고 있다.

사실, 신호는 동적이며 라인을 따라 계속 양 쪽으로 전파된다.

반사(reflection)와 간섭(crosstalk)이 일어나는 것은 신호의 동적인 본성 때문이다.

신호의 동적 특성을 완전히 파악하지 않으면 간섭 문제를 해결할 수 없다.

아날로그 설계에서 신호와 그라운드의 관계는 설계의 기본(또는 근본)이며, 디지털 설계에서도 문제를 일으킬 수 있다. 그러나 개념으로서 "그라운드"는 샤시(원래는 발음은 채시라고 하는 것이 가까우나 모두가 샤시라고 부르니 샤시라고 한다) 그라운드, 신호 그라운드, 접지(earth) 그라운드 등 세 가지 다른 상황과 관련하여 혼동 될 수 있다. 세 가지 모두 이론적으로 0 전압에 연결 되지만 내용이 다르다. 샤시 그라운드는 장치(device)용 이고, 신호 그라운드는 장치 내 저전압 신호용 이고, 접지 그라운드는 전원 시스템용 이다. 

 0 전압은 이론적인 것이다. 임피던스가 0인 도체만 전압이 0 이다. 실제로 그라운드 면이나 레일은 무시할만한 수준에서 다양한 전압을 갖는다. 일반적이지 않지만 0 전압이 전혀 0에 가깝지 않은 경우가 있다. 이 경우는 대부분 회로나 장치가 높은 전류량으로 작동하거나 그라운드 도체의 임피던스가 높은 경우일 가능성이 크다. 옴의 법칙은 저항이 있는 물질을 통한 전류의 흐름은 0이 아닌 전압을 가짐을 말해준다. 와이어는 실제 환경에서 저항이 있으며 리턴 경로(그라운드)가 리턴 레일(그라운드 전압 레벨)에 영향을 준다. 배선의 저항이 한 장치의 리턴 경로에 직렬로 추가되고 다른 장치에는 아니면 그 장치에 대해서 다른 전압이 생성된다.

V = I R

 샤시 그라운드는 전기 장치의 금속 인클로저에 연결되는 그라운드 집합 지점이다. 샤시(또는 프레임) 그라운드는 쉴딩과 감전 방지를 위해 사용될 수 있다. 메인 접지(earth) 그라운드와 (이론적으로) 0V인 전원 레일은 함께 묶여 한 지점에서 샤시에 연결된다. 샤시 그라운드는 일반적으로 한 지점에서만 이루어진다. 이것은 가능하지만 바람직하지 않은 수단을 통한 리턴 전류 경로를 방지하고 샤시를 통해 전류가 순환하는 것을 막는다. 샤시를 통해 순환하는 전류는 "그라운드 루프"를 유발할 수 있다. 그러나 샤시가 한 지점에서만 접지되면 전류가 샤시를 통해 흐를 수 없다. EMF 노이즈를 유발하는 그라운드 루프는 계측이나 오디오처럼 노이즈에 민감한 응용 분야에서 특히  문제가 된다.

 두 개 이상의 장치를 연결할 때도 종종 그라운드 루프가 발생한다. 두 개의 그라운드가 정확하게 같은 전위가 아니기 때문에 전류가 흐른다. 매우 작은 전압이 발생해도 한 장치의 그라운드에서 다른 장치로 흐르게 되고 다시 처음 장치로 전력 분배 네트워크를 통해 제공되는 다른 그라운드를 통해 돌아 온다. 루프 그라운드의 임피던스는 수 옴의 일부로 아주 작은 부분일찌라도 노이즈 및 간섭을 일으키기에 충분하다. 그라운드 루프에 대한 일반적인 해결책은 별(star) 모양으로 분포된 그라운드에서 임의의 가장 낮은 전위 지점을 접지 연결 점으로 선택하는 것이다. 스타 분배에서 상호 연결된 모든 구성 요소는 그라운드에서 바깥쪽으로 방사 패턴으로 연결된다. 스타 분배를 신중히 실행하면 스타에 그라운드된 장비 간의 신호 배선이 거의 0 전위가 되어 그라운드 루프를 피할 수 있다.

 신호 그라운드는 신호가 측정되는 기준점 이다. 주워진 회로에 둘 이상의 그라운드가 있을 수 있다. 깨끗한 그라운드 또는 주입된 노이즈가 없는 그라운드 연결은 매우 작은 전압 레벨을 감지해야 하는 전기 장비에 필수적이다. 전기가 그라운드로 흐르는 경로가 여러 개 인 경우, 중복 그라운드 경로는 간섭 전류를 포착하여 전류를 전압 변동으로 변환한다. 그러면 시스템 그라운드 기준은 더 이상 안정적인 전위가 아니게 되고 노이즈가 신호의 일부가 된다. 

 신호 전압은 메인(예들 들어, AC 220V 단상) 전압보다 훨씬 작다. 상식적으로 신호 그라운드는 샤시 또는 전원(메인) 그라운드와 분리되어 있다. 신호가 주입된 노이즈보다 훨씬 큰 경우 그라운드 주입 간섭을 무시할 수 있다. 

 접지 그라운드는 안전상의 이유로 지표면으로 유도된 접지봉을 사용하는 관행을 계속 사용한다. 접지 그라운드의 일반적인 예는 가정용 전기 시스템이다. 전류는 주 회로 패널을 떠나 Hot 와이어를 통해 리셉터클(흔히 말하는 콘센트)로 흘러 가전 제품에서 소비된다(실행 가능한 경로를 통해 우회할 수도 있다). 그리고 neutral 와이어를 통해 다시 패널로 리턴 경로가 제공된다. 그라운딩은 세번째 와이어를 제공해서 회로를 완성할 수 없는 전류에 대한 경로를 제공한다.

 예를들어 노출된 도체 와이어는 그라운드 와이어가 아닌 경우 그라운드 경로에서 사람의 신체를 통해 전류가 흐를 수 있는 상황을 만들 수 있다. 그라운드 와이어는 전류를 안전하게 접지 그라운드로 소모하게 하고 과도한 전류로 인해 퓨즈를 트립한다. 고전압과 관련된 경우 접지 그라운드를 갖는 것은 특히 중요하다. 전기 장비에서 라이브 전압이 전도 새시와 접촉하는 고장이 발생한 경우, 시스템 내부 격리로 인해 장비가 계속 작동할 수 있지만 새시에 처음 접촉하는 사람은 그라운드로 가는 경로가 되어 심각한 부상이나 사망에 이를 수 있다. 퓨즈가 라이브 전압원 경로에 있더라도 퓨즈가 회로를 차단하고 개방하는 데 여전히 마이크로 또는 밀리 초가 걸린다. 따라서 접지 그라운드 및 고장 차단기는 대부분 고전압이 작동하는 곳에서 사용된다.

 그라운드 개념은 전기 개념과 실제에서 기본이라는 것이 분명하다. 매우 높은 전압 대비 작은 신호를 처리할 때 그 결과는 매우 다양하다. 그라운드 루프는 그라운딩이 경로를 만드는 어떠한 상황에서도 역할을 할 수 있다.

발전/송전/배전/분전

1. 전기 생성
2. 3상 출력 파형
3. 3상과 단상 관계
4. 송전
5. 배전
6. 분전
7. 케이블 색상
8. 전압 범위
9. 차단기

Grounding

1. Grounding & Shielding
2. Grounding as a Reference
3. Ground Loop
4. Ground Loop 최소화
5. Ground System Example
6. Branch Topology 특성 
7. Grounding in practice
8. Grounding type - 공정 산업 측면
9. Dirty Power 증상 및 해결

Shield Grounding

1. 신호선 Shield Grounding: Field에서 비 접지 / Field에서 접지
2. 센서 Shield Grounding

1. Grounding vs. Earthing
2. Grounding 최적화 과정: 분리/한 점/다점 집적

Isolated Grounding(IG)

1. 민감한 전자 장비 노이즈 원인
2. 커먼모드 노이즈
3. 노이즈 감소 대책으로서 IG
4. AC 전력 시스템 Grounding 목적
5. 그라운딩: 표준 / Isolated / Hardwired
6. IG 리셉터클
7. 고장 상황: 표준 / 경로 별 임피던스 / Isolated
8. 주의: 주의 / 부적절한 IG
9. 이익
10. 잠재적 단점: 3상 도체 유도전류 / 상호 연결 시스템 / 표준 그라운딩과 누설 전류

전기 생성

3상 출력 파형

3상과 단상 관계

3-wire 연결

IEC60038:1983

  * 한국에서  저전압은 600VAC 이하

Low Voltage

기타 차단기

과전류로 trip되기에 너무 전류가 작은 접지 고장 보호용 차단기