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デカップリングコンデンサとバイパス配置ガイドライン デカップリングコンデンサとバイパス配置ガイドライン 1 min Thought Leadership 電力整合性の問題は通常、電源の観点から見られますが、ICからの出力を見ることも同じくらい重要です。デカップリングおよびバイパスコンデンサは、PDN上で見られる電力変動を補償することを目的としており、信号レベルが一貫しており、ICの電源/グラウンドピンで一定の電圧が見られることを保証します。次のPCBでこれらのコンポーネントを成功裏に使用するための重要なバイパスおよびデカップリングコンデンサ設計ガイドラインをいくつかまとめました。このブログでは、バイパスコンデンサとデカップリングコンデンサの違いについて取り上げます。 2つの関連する電力整合性の問題 デカップリングキャパシタとバイパスキャパシタは、異なる2つの電力整合性問題を解決するために使用されます。これらの電力整合性問題は関連していますが、異なる方法で現れます。最初に指摘すべき点は、「デカップリングキャパシタ」と「バイパスキャパシタ」という用語が電力整合性に使用される場合、それらは誤称であり、何もデカップルまたはバイパスしません。また、ノイズを地面に渡すわけでもありません。単に時間をかけて充電および放電し、ノイズの変動に対応します。これらの用語は、電力整合性戦略の一部としてこれらのキャパシタの機能を指します。 まず、デカップリングコンデンサを考慮しましょう。PCBデカップリングコンデンサの配置の目的は、低周波の電源ノイズ、 PDN上のリンギング、およびPDN上のその他の電圧変動に対して、電源レール/プレーンとグラウンドプレーン間の電圧が一定に保たれるようにすることと一般に言われています。電源とグラウンドプレーンの間に配置されたデカップリングコンデンサは、プレーンと並列になり、これにより全体のPDN容量が増加します。実際には、 インタープレーン容量が不足していることを補い、PDNインピーダンスを減少させるため、PDN電圧のリンギングが最小限に抑えられます。 バイパスコンデンサについて考えてみましょう。これらもPDNと駆動IC内で一定の電圧を維持することを目的としていますが、補償する電圧は出力ピンとPCBのグラウンドプレーンの間の電圧です。電源供給ピンとICのグラウンド接続の間に配置されていますが、異なる機能を果たします。それは、キャパシタからグラウンドへのバウンスを抑制することです。デジタルICがスイッチすると、ボンドワイヤー、パッケージ、ピンの寄生インダクタンスが原因で、ドライバーの出力とグラウンドの間の電圧が増加します。バイパスコンデンサは、グラウンドバウンス電圧とは反対の電圧を出力し、理想的には総電圧変動がゼロになるようにします。 上記のモデルでは、バイパスコンデンサ（CB）とICパッケージ/グラウンド接続上の漂遊インダクタンスL1を含む閉ループがあります。出力ピンとグラウンドプレーンの間で測定される グラウンドバウンス電圧 V(GB)に注目してください。残りのインダクタンスはすべて寄生成分であり、バイパスコンデンサの応答時間に影響を与え、グラウンドバウンスを補償します。理想的なモデルでは、バイパスコンデンサによって見られる電圧は、スイッチング中に漂遊インダクタンスL1によって生成されるグラウンドバウンス電圧を補償します。 バイパスコンデンサの配置ガイドライン キャパシタからグラウンドへのバウンスが発生する仕組みを見れば、 バイパスキャパシタをどこに配置するかは明らかでしょう。上記の回路モデルにおける寄生インダクタンスのため、バイパスキャパシタは電源ピンとグラウンドピンにできるだけ近く配置する必要があります。これは、多くのアプリケーションノートやコンポーネントのデータシートで見つかるアドバイスと一致しています。 寄生インダクタンスに関連するもう一つの考慮事項は、ICへの接続がどのようにルーティングされるかです。キャパシタからICピンへ短いトレースをルーティングするのではなく、キャパシタをビアを通じて直接グラウンドプレーンと電源プレーンに接続するべきです。 パッドとトレースの間隔要件をこの配置で守ることを確認してください。 なぜこのような配置が必要なのでしょうか？その理由は、グラウンド/パワープレーンの配置（プレーンが隣接する層にある限り）は非常に低い寄生インダクタンスを持つからです。実際、これはボード内で最も低い寄生インダクタンスの源です。ボードの裏側にバイパスコンデンサを配置できる場合、より良い配置を実現できるかもしれません。 デカップリングコンデンサの設計ガイドライン PDNで必要な PCBデカップリングキャパシタのサイズを決定した後、入力電圧の変動を補償できるように、どこかに配置する必要があります。実際には、複数を使用するのが最善で、並列に配置され、並列配置により有効な直列インダクタンスが低くなります。 古いガイドラインでは、基板上のどこにでも配置できるとされていました。しかし、これには注意が必要です。なぜなら、デカップリングキャパシタとターゲットICの間の寄生インダクタンスが増加し、PDNのインピーダンスとEMIへの感受性が高まる可能性があるからです。代わりに、エッジレートが速いICの場合、ターゲットICに近づけて配置するべきです。下の画像は、ICの近くに配置された典型的なバイパスおよびデカップリングキャパシタの配置を示しています。これは、キャパシタとICの間の寄生インダクタンスが非常に低いため、高速回路にとって最適な配置の一つです。 記事を読む
Altium Designerにおけるフィルタ伝達関数と極-零点解析 Altium Designerにおけるフィルタ伝達関数と極-零点解析 1 min Blog 電子工学の授業で回路解析の問題に何時間も費やしたことを覚えています。手計算で様々なフィルター/アンプの構成を分析する方法を学びました。回路は通常、フィードバックがない限り、オームの法則やキルヒホッフの法則で扱えました。RFコンポーネント用の広帯域やマルチバンドマッチング回路など、高度なアプリケーションの回路は、手計算で分析するのがすぐに難しくなります。 しかし、複雑なフィルターの共振周波数の数が2または3を超えると、問題はすぐに扱いきれなくなります。この時点で、問題は通常、3次以上の多項式の分解または直接解を求めることになり、手計算では管理不可能になります。数学が得意な私でも、高次の多項式の問題は好きではありません。幸いなことに、複雑なフィルターを扱う際には、信号の挙動の多くの側面を決定できます 複雑なフィルター回路の解析 以下の回路図に示されている回路は、かなり複雑なフィルターです。一般的な実践でこのタイプのフィルターに遭遇することはないかもしれませんが、 マルチバンドアンテナ用のマッチング回路を設計しているときには、かなり近いものになります。この回路では、ソース（V2）が信号をバンドパスフィルターに送り、この部分からの出力（キャパシタを通過する電圧）がバンドストップフィルターに入力されます。フィルターからの出力電圧はL3とC3を通過する電圧で測定されます。このフィルター回路は、Miscellaneous Devices.IntLibライブラリの汎用コンポーネントを使用して構築されました。正弦波源（V2）は、Simulation Sources.IntLibライブラリで見つけることができます。 このフィルターの簡単な分析では、2つの重要な極があると言えます。バンドパスRLC共振周波数での出力電圧のピークと、バンドストップ共振周波数での出力電圧のゼロです。しかし、実際にはこれは正しくありません。これは、キャパシタC1とインダクタL1もこの回路のバンドストップ部分と共振しており、回路の伝達関数に複雑な共振構造を作り出しているためです。 見ていくとわかるように、フィルター伝達関数には2つ以上のピークとゼロがあります。これは通常、回路と入力信号をラプラス領域に変換することによって行われます。一般に、伝達関数は以下の方程式に示されるように、積の分数として書くことができます。 この方程式では、各zは伝達関数のゼロであり、回路が出力電圧を通過させない特定の周波数と減衰率に対応しています。各pは極であり、伝達関数のピークに対応します。フィードバックのない線形回路では、極は虚数共役ペアまたは負の実部を持つ完全な複素共役ペアとして現れます。極の実部は、回路の過渡的な挙動を教えてくれます。 出力電圧の臨界点を計算することで共振を計算しようとすると、臨界点を決定するために6次の多項式を解く必要があることがわかります。上記の回路についても、この回路の極を決定するために6次の多項式を解く必要があります。この問題は技術的に解決可能ですが、周波数領域での回路の挙動を決定するためにSPICEシミュレータを使用する方が速いです。この演習を手作業で行う代わりに、Altium Designerで SPICEシミュレーションを使用してこの問題を解決します。 フィルタ伝達関数の計算 この回路の伝達関数を計算するために、入力と出力に2つのプローブ（IとV）を配置しました。入力電流は、回路がそのバンドパスまたはバンドストップ共振で共振するたびに、いくつかの減衰または増幅を経験します。出力電圧測定（Vプローブ）の比較は、特定の周波数での入力電圧と比較して伝達関数を構築するために使用されます（上記の方程式を参照）。 始めるには、 シミュレーションダッシュボードを開き、分析に使用するソースと測定プローブを選択します。 次に、以下の分析を有効にします： 伝達関数：伝達関数の計算に使用するソース名と基準ノードを選択してください。 極-零点解析：入力ノードをR1（NetR1_2）に接続されたネットに設定し、出力ノード（NetC2_1）を設定します。基準ノードオプションを「0」に設定したままにしてください。これは、基準を地面に対する電圧測定とするためです。ネット上のどこかに地面に接続されたコンポーネントがある場合は、これらのオプションを変更する必要があります。私の設定は下の画像に示されています。 記事を読む
差動クロストークと差動ペア間のスペーシング PCB設計における差動ペアの間隔とクロストーク 1 min Blog 差動信号によるクロストークが信号に問題を引き起こしていますか？ここでは、差動信号がどのようにクロストークを発生させるか、そしてどのようにして差動信号の整合性を保証できるかについて説明します。 記事を読む
PCBトレースのインダクタンスと幅：どれくらい広いのが過ぎるのか？ PCBトレースのインダクタンス計算：どれくらい広いのが過ぎるのか？ 1 min Blog PCB設計者 シミュレーションエンジニア PCB設計者 PCB設計者 シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア トレースを正しくサイズ設定し、PCBトレースのインダクタンスが十分に低いことを確認する方法は次のとおりです。 記事を読む
シミュレーションのための銅の電流密度、簡単なやり方 シミュレーション用の銅電流密度、クイック＆ダーティなPCB設計ルールの使用 1 min Blog どこから始めればいいかわからないときに、銅の電流密度を迅速かつ効果的に計算する方法。 記事を読む
Download the Best Circuit Maker Software by Altium 優れた設計のために、優れた回路作成ソフトウェアをAltiumからダウンロードしてください 1 min Blog 複数の異なるシステムの設計ツールを使用して作業を行う悩みを解決するには、Altium Designerが不可欠です。この回路作成ソフトウェアは、必要なツールを全て単一のシステムに備えています。 Altium Designer 強力で最新の使いやすい専門家向きのPCB設計ツールです。 PCBの設計を複数の異なる設計ツールで行うと、大きな問題につながる可能性があります。ライブラリがツール間で同期していない、あるいはネットワークの接続が失われている、またツールから次のツールへ移行する際に誤解が生じているなどのおそれがあり、なにより全員が他のツールの再学習の継続を強いられます。優れた回路作成ソフトウェアは、この問題を回避できます。PCBを設計するために必要な全てのツールが同一システム内にそろっているからです。この方法によって、データが集中化され、プラットフォーム全体を通じて利用可能になります。別のシステムに送ることなく、設計を全ての側面から検証でき、さらに同一の共通のシステムインターフェースが、設計の最初から最後まで使用されます。優れた回路作成ソフトウェアは、これらを全て行い、さらにそれ以上のことを行えます。それが、Altium Designerです。 設計資産を一元管理する回路設計ソフトウェア データ収集のために設計プロセスを何回止める必要があるかによって、PCB設計に深刻な遅れが生じ、さらには計画が頓挫することもあり得ます。使用するコンポーネントを探したり、設計変更を追跡したり、あるツール環境から別の環境へと移動するために時間を使ったり、いずれにしてもこのような作業は、貴重な時間とコストを費やす結果になりかねません。ベストを求めるなら、なすべきことを実現してくれる優れた回路作成ソフトウェアが必要です。 Altium Designerは、ActiveBOMと呼ばれる部品表管理機能が組み込まれており、これによって、部品ベンダーにクラウド接続して設計で使用しているコンポーネントの状況を把握したり、更新したりすることができます。また、Altium Designerは、設計変更を追跡して、進捗を維持する機能も組み込まれています。 変更追跡の最も便利な部分は、Altium Designerの異なるツールのそれぞれが、統合データモデルに基づいていることです。すなわち、容易にツール間の移行を行えるように意図されています。異なるシステムや部門に散らばったデータやツールによって時間を浪費しないために、Altium Designerがどのように役立つかをご覧ください。 統合設計環境、Altium Designerの回路作成チュートリアル ツールが混在する環境で、異なるシステムを学習し続ける時間はありません。Altium Designerの統合設計環境には、必要なものがすべて、同一システム内にそろっています。 リアルタイムな部品情報に自分の設計ツールでアクセスできるのに、世界各地からのコンポーネント情報を待つ必要はありません。 記事を読む
最良のRF PCB設計ソフトウェアが実現する明確なコミュニケーション 1 min Blog RF PCB設計は、ますます日常的に行われるようになっています。まだ手掛けたことがないという方も、この手法をお使いになる日がすぐにやって来るでしょう。最大限の利点を得るために、市場で最も優れたRF PCB設計ソフトウェアのAltium Designerをご活用ください。 Altium Designer 周波数、コンポーネント、ノイズ、レイヤー管理など、RF PCB設計の要件に簡単に対応 ワイヤレス機器がますます作られている中、コミュニケーション ギャップが世界中で短縮しています。「冷蔵庫がネットワークに接続される時代が来るだろう」などと言おうものなら、周りから正気を疑われることになったのはそれほど前の話ではありません。現在はワイヤレス技術があらゆる場所にあふれています。電話、GPS、IoT、ドローン...例を挙げればきりがありません。PCB設計者は、組み込まれるRFが以前よりも多い設計やRFに特化した設計に取り組むことになるでしょう。 これに備えるために、RF PCB設計に関する有益な情報をまとめました。これらの情報はRF設計の基本から始まり、特定のアンテナ設計まで網羅しています。これから活用することになる技術がどのようなものであるかについて、ぜひ理解を深めてください。また、設計のインピーダンス値の決定とプロジェクトのシグナルインテグリティー解析に役立つ機能を備えるAltium Designerが、どのようにユーザーを支援するのかについてもご案内します。Altium Designerには、市場で最も優れたPCB設計ツールが用意されています。こうしたツールはPCBのトレース配線のほか、3Dで作業しながら機械的な機能や制約を設計に組み込む際に威力を発揮します。Altium DesignerにはRF設計に必要なツールがすべて搭載されているため、次のプロジェクトですぐに活用できます。 RF設計の基本 RF設計では、関連する独自の原則についての知識が必要になりますが、それは「芸術形式」だとも言われています。取り組む作業がノイズ管理であれ、誘電率の把握であれ、周波数に対する依存性が高い基板の電源用の適切なコンポーネントの特定であれ、インダクタンスとキャパシタンスの値の計算であれ、内容について理解しておく必要があるでしょう。 ここからは、設計を成功させるために知っておく必要のあるRFに固有の要件の一部をご紹介します。また、インピーダンスの計算といったトピックに関する解説や Altium Designer 記事を読む