접지의 용어

접지에 대한 용어는 원서를 보면 책마다 다르고 유사한 단어가 많다. 여기서 말하는 용어의 정의는 동사(Verb)가 아니고 명사(Noun)이다.

1. Ground : 영문에서는 단지 다른 단어를 보조하기 위해 사용되는데, 일례로 다음에 설명될 Ground Loop라는 용어가 있다.
2. Ground Loop : 접지루프로 번역하며 자동화 기기의 오동작과 가장 관계가 깊은 용어로 이는 접지를 2곳에 하고 통신선의 편조선으로 기기의 함체가 연결될 때 이를 접지루프라 한다.

접지루프는 위그림의 장비간의 예를 제외하고, 미시적으로 보면 시스템내 PCB간에 또는 PCB내 DC공통선(-선)에 의한 루프도 장비의 신뢰성에 중요한 요소로 작용한다.

(1) Grounding Loop Coupling(접지루프에 의한 결합)

컴퓨터나 프로세서 제어기기의 오동작은 대부분 접지루프에 의한 결합에 의해 발생되는데 이는 2개이상의 접지루프가 존재할 때 상호 인덕턴스나 접지선의 면적과 길이에 따른 용량성 결합을 의미한다.

(2) Earth(일반적인 의미의 접지)
접지봉, 접지판, 접지망을 땅에 묻어 낙뢰전류, 누전전류, 잡음전류, 대전전류등이 전위가 낮은 대지 측으로 용이하게 소산될 수 있도록 경로를 제공하는 것.

(3) Reference
대지에 대한 상징적인 0V 기준전위를 말하며, 장비나 시스템에서 기준이 되는 전위를 말한다.

(4)Return(궤환선)
2선에 의해 신호나 에너지가 전달될 때 전위가 낮은 선 즉(neutral 혹은 -선)을 의미하는데, 동축선로의 경우 외부의 편조선을 말하며, 일반적으로 에너지원으로부터 출발된 전하가 부하를 거쳐 되돌아 오는 측을 말한다.

(5)Bonding
2개의 도체를 낮은 임피던스를 갖도록 연결하는 것을 의미하며, 일례로 2개의 철재를 삽입식이나 조임으로 연결하여 금속간에 낮은 저항을 갖도록 별도의 동선등을 사용하여 확실하게 전도성을 갖도록 하는 것을 말한다.
이는 때로 접지와 혼용하여 사용되기도 하는데 용접보다 접촉저항이 크다.

(6)Floating
플로팅이란 그림1-3에서 보는 바와 같이 신호선의 접지(DC Common. 혹은 -)가 전기적으로 빌딩이나 설비접지선과 연결되지 않는 것을 말하며 이는 일반적인 설비의 신호접지 형태이다.

이방법은 접지선에 흐르는 잡음전류가 전도적으로 신호선에 유입되는 경로를 차단하기 위해 분리설계한 형태이다. 일반적으로 PCB상의 DC공통선(-선)과 함체 접지와는 분리가 원칙이며, 필요시 용량성 접지(223용량)이나 100uH의 인덕터로 연결하여 접지시키기도 한다.

단, 컴퓨터의 입출선은 입력측에서 관통형 컨덴서 등으로 함체에 직접연결하면 아주 좋은 특성을 나타내기도 한다.

(7) Single point grounding(1점 접지)
1점접지는 나무 형태로 뿌리에서 가지로 가는 줄기와 같이 접지루프가 발생되지 않도록 하는 접지 방식을 말하며 이는 앞서 설명한 접지선 루프에 의한 결합에 의해 전자파의 용이한 전달과 결합을 막기 위해 가장 일반적으로 권고하는 접지 형태이다.

이에 대한 단점은 설비가 큰 경우 접지선의 길이가 길어지는 것과, 이에 따라 접지선의 굵어지고 비용이 상승하며, 복잡한 설비의 경우 기기의 설계와 설치 방법에 따라 상당한 주의를 해야 한다는 점이다.

1점 접지의 예를 그림 1-4에서 나타내 주고 있는데 (a)는 신호선 접지를 별도로 하여 설비 접지에 연결해 주고, 전원선을 통해 인출된 접지선을 함체에 부착하여 안전을 위해 사용하고 있다.

물론 신호선 접지에 연결한 접지선은 전원선 접지가 아닌 별도의 Clean접지선이다.

그림 1-4의 (b)는 다른 신호선 접지와 공통으로 연결되었을 때를 나타내 주고 있는데 이때 중요한 것은 다른 설비나 회로에서 발생된 잡음전류 In이 접지선의 고유저항(임피던스)에 의해 Vn이라는 잡음전압 강하(Common Impedance결합)가 생긴다는 것이다. 따라서 In성분이 회로측에 유입되지 않도록 할 필요가 있다.

그림 1-4의 (c)는 회로를 기능별로 분리하여 공통 임피던스에 의한 결합을 어느 정도 낮출수 있도록 한 구조이며, d는 디지탈 회로에서 1점 접지를 실시한 예로서 전원선측에서 관통형 컨덴서를 사용하여 용량성 접지를 한 경우로 신호선과 궤환선이 함체와 Floating되어 있다.

이때 반드시 차폐용 편조선은 1측만 접지시켜야 한다.
1점 접지는 주로 저주파 대역(일반PC류까지로 대략 200MHz 미만)에서 이용된다.

(8)다점 접지
1점 접지에 대해 다점접지는 주로 고주파 기기에서 실시하는 방법으로 주로 신호 접지망에 많이 이용되며, 이는 접지망을 구조적으로 단순하게 해주는 장점이 있는 반면 60Hz를 포함하여 저주파 노이즈가 신호회로에 전도적으로 유입되어 저주파 회로에서는 많은 루프를 갖게 되어 사용할 수 없는 결점이 있다. 뿐만 아니라 방사성 노이즈를 많이 발생시키며 외부 전자파에 대해서도 아주 민감한 결점을 갖고 있다.

이와 같은 결점에도 불구하고 회로의 구조와 부품의 취부상 어쩔 수 없이 사용하는 경우가 있는데 이 경우가 가능한 접지패턴에서 전위차가 발생되지 않는 위치에서 접지선을 연결할 필요가 있고, 접지도체를 잡음 주파수의 0.1파장 이내가 되도록 연결해 주어야 한다.