サインイン

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

シミュレーションと解析

統合回路CMOS負荷容量

伝送線路上の負荷容量が信号に与える影響伝送線路や集積回路のデータシートについて読んだことがあるなら、負荷容量というどうやら神秘的な量について知ることがあります。この値は、伝送線路に接続されたコンポーネントリードの形状、基板材料、および集積回路ダイ上の基準平面までの距離に依存します。伝送線路を扱う際、コンポーネントの負荷容量は受信側で見られる信号の挙動に重要な影響を与え、PCB内で負荷容量をどのように影響させるかを理解することが重要です。特定の負荷コンポーネントに対する伝送線路上の信号挙動を分析する必要がある場合、負荷容量はSパラメータや伝送線路の伝達関数に影響を与えるため、高速/高周波信号分析において考慮する必要があります。さらに、十分に高い周波数では、負荷における実際の入力インピーダンスは負荷容量によって決定されます。ここでは、負荷容量をよりよく理解し、PCB上の伝送線路で信号にどのように影響を与えるかを決定する方法について説明します。負荷容量とは何か？統合回路における負荷容量は、入力リードと最も近い基準平面の間の寄生要素です。言い換えると、コンポーネントに接続された入力パッドと伝送線は、共通のグラウンド基準（伝送線とICが同じグラウンド平面を共有していると仮定）に対してシャント容量を見ることになります。これは、伝送線に接続されたパッドが信号が受信機に到達するとある電圧になるが、PCB基板と統合回路ダイによってグラウンド平面から分離されているために発生します。この時点でピンパッケージのインダクタンスは省略されていますが、これは伝送線とパッドの間に直列要素として位置します。パッド/グラウンド平面とリード/ダイグラウンド平面の寄生容量が並列になり、合計の負荷容量を与えます。これは以下の回路図に示されています：上記の差動チャネルのケースでは、適用された終端は、差動信号を含む図を簡略化するために、単純な並列抵抗として示されています。しかし、差動受信機に適用される実際の終端回路は、この記事で議論したように、より複雑であり、差動インピーダンスにマッチングするのではなく、チャネル内の個々の伝送線にマッチングしてオフセットを保持することを目的としています。終端上記の例では、固有のインピーダンス不一致に対処する自然な解決策は終端を適用することです。特性インピーダンスでのシャント終端を検討してください（IC内に統合されているか、外部抵抗器で適用されています）。低周波数では、負荷インピーダンスは終了インピーダンスとして現れます。しかし、高周波数では、負荷インピーダンスは負荷容量に完全によるものとして現れます。ここからの教訓は：負荷容量のために、限定された帯域幅でのみインピーダンスマッチングが可能であるということです。送信端容量自然に思うかもしれませんが、伝送線のソース側の容量はどうなるのでしょうか？実際には、パッドの存在によりドライバーの出力インピーダンスを決定するソース容量があります。この信号は（ドライバー + 伝送線）システムから発信され、ドライバーの外側でのみ測定されるため、モデリング時には通常無視されます。したがって、信号がどのようにそこに到達したかについては基本的に心配する必要はなく、測定できることが重要です。心配する必要があるのは、（伝送線 + 負荷）システムの入力インピーダンスだけです。負荷インピーダンスを持つ伝達関数伝送線に入力された信号は、負荷容量によって影響を受けます。これは伝達関数で定量化されます。直感的に、上の図を見ると、容量は信号の高周波成分に対してグラウンドへのシャント要素のように作用します。したがって、実際のICに接続された伝送線は、信号が負荷に到達する前でさえ、ローパスフィルターのように機能します！

Altium DesignerとAltium 365を使用したEMIフィルターシミュレーションによるノイズ抑制

Thought Leadership Altium DesignerとAltium 365を使用したEMIフィルターシミュレーションによるノイズ抑制 Altium DesignerとAltium 365を使用したEMIフィルターシミュレーションによるノイズ抑制

伝送線路の伝達関数 ABCDパラメーター Sパラメーター

ABCDパラメーターとSパラメーターからの伝送線路の伝達関数高周波数とデータ転送速度のチャンネルは、モード選択伝送線路として配線できます。この配線手法を検討する必要があるのは、次の場合です。

PCBにおけるシグナルインテグリティー解析の基本

PCBにおけるシグナルインテグリティー解析の基本シグナルインテグリティー解析の重要な手順と、これらの手順によってPCBレイアウトの問題が特定されるかについて説明しています。

Altium Designerでの降圧コンバータシミュレーション

Altium Designerでの降圧コンバータシミュレーション新しい電源を設計する場合は、回路設計時に降圧コンバータシミュレーションを行うのが効果的です。Altium Designerでは回路図から直接、降圧コンバータシミュレーションを簡単に行えます。

Buckコンバータ用インダクタの選択方法

Thought Leadership Buckコンバーター用インダクタの選択方法 SMPSは、お気に入りの電子機器をスムーズに動かすために、静かに（しかし電気的にはノイジーに）活動しているデバイスの一つです。彼らは背景で静かに役割を果たしていますが、彼らがいなければボードは動作しません。電力をたくさん消費するアプリケーションのDC-DCコンバータ設計の一環として、安定した電力供給を高効率で負荷に提供するためには、コンポーネントの選択が非常に重要です。数多くのDC-DCコンバータトポロジーの中で、バックコンバータは入力電圧を下げるために、高効率の電力変換を提供するために多くの用途で使用されます。これらの電力コンバータのコンポーネント選択に関する一般的な質問は、バックコンバータ用のインダクタをどのように選択するかです。バックコンバータ内のインダクタや他のコンポーネントを扱う際の目標は、電力損失を熱に限定し、同時に電流リップルを最小限に抑えることです。バックコンバータのインダクタ以下に示すのは、SMPS用の基本的なバックコンバータトポロジーです。この図では、MOSFETからの出力がPWM信号で駆動され、ユーザーが選択したデューティサイクルでMOSFETをオン/オフします。インダクタとキャパシタは、PWM信号が切り替わる際に負荷に安定した電流を供給するために重要な役割を果たします。最終的に、PWM信号のデューティサイクルは、ユーザーが負荷に供給される出力電圧を制御するための主要な機能です。インダクタはPWM信号と同じレートで常に切り替わるため、出力に送られる電流にわずかなリップルを重ねる役割を担います。インダクタとキャパシタはLフィルタを形成し、これは基本的に2次のバンドパスフィルタです。十分に大きくESRが低いキャパシタを使用すると、キャパシタは低インピーダンスを提供し、リップルを構成する高周波成分は大部分が取り除かれます。バックコンバータ用のインダクタの選択方法インダクタの適切な値は、設計が許容できるリップル電流と、PWM信号に使用する予定のデューティサイクルに依存します。以下の方程式は、ダイオードの順方向電圧降下とMOSFETを通過するON状態の電圧降下の関数としての出力電圧を示しています。これらの電圧を考慮した後、出力電圧は次のようになります：いくつかの数学をスキップして、重要な結果に直接移ります。まず、インダクタンスとPWM周波数はリップル電圧に反比例します。次に、リップルはPWMデューティサイクルの二次関数でもあります。バックコンバーターのリップル電流は次のようになります： PWM信号の立ち上がり時間はどちらの方程式にも現れません。しかし、立ち上がり時間は、コンバーターから発生するノイズおよび損失（詳細は以下を参照）を決定する上で重要な役割を果たします。重要な結果は以下のようにまとめることができます：デューティサイクルを増加させるとリップルは減少しますが、出力電圧を入力電圧に近づけることにもなります。 PWM周波数を上げるとリップルは減少しますが、これによりMOSFETでの熱放散が増加します。ただし、これには注意点があります。エッジレートが速いPWM信号を使用すると、高いPWM周波数からの損失が減少します（再度、下記参照）。より大きな入力電圧を使用するには、リップルを許容レベルに減少させるためにより大きなインダクタを使用する必要があります。一般的に、リップルを減少させるためにはより大きなインダクタを使用します。 PWM立ち上がり時間が重要な理由インダクタは、出力電流上のリップルを生成し、同時に抑制する役割を担っていますが、これは上記のガイドラインを使用して設計で設定できる設計目標とすることができます。しかし、インダクタが制御できないスイッチングレギュレータのいくつかの重要な側面があります：スイッチング要素からの放射EMI：このトランジスタからのスイッチングノイズは、下流回路にいくらかのノイズを誘導することがあります。スキン効果による熱損失：これはインダクタの幾何学的形状の機能であり、インダクタンス値ではありません。インダクタがより大きな断面積と高い熱伝導率を持っている場合、インダクタからの熱がより高い速度で放散されます。トランジスタの熱損失：トランジスタは、スイッチングと調整中に最も多くの熱を発散します。しかし、より速いエッジレートを使用することで、この熱損失を抑制できます。なぜなら、MOSFETがPWM振動の間により完全にオフに切り替わるからです。

Need Help?