システム ノイズは、今日のすべてのデジタル デバイスが直面している共通の問題です。インターフェースの高速化と消費電力の低減に向けた継続的な傾向により、デバイスは電源ラインや信号ラインからの妨害の影響を受けやすくなっています。
幸いなことに、このノイズは、デカップリングを使用してシステム内の特定の回路を他の回路から分離することで軽減できます。
デカップリングコンデンサとは何ですか?
デカップリング コンデンサ は、共有電源、グランド、およびその他のネット上の他のデバイスからのノイズや電力異常からローカル回路を分離またはデカップリングするのに役立ちます。これらは通常、電源に適用され、局所的な瞬間電流源を提供し、設計の他の領域の電源ノイズからローカル回路を分離します。
すべての電力分配システムには実際のインピーダンスとインダクタンスがあり、それが真の瞬間的な電流供給を妨げるため、この局所的なアクセスが必要になります。大きなスイッチング負荷が発生すると、電流の引き込みによって電圧供給の低下やリンギングが発生し、必要な回路電圧条件に違反したり、誤った信号が送られたりする可能性があります。
バイパスコンデンサとデカップリングコンデンサ
デカップリング コンデンサについて説明するときは、デカップリング コンデンサとバイパス コンデンサおよびカップリング コンデンサの違いを理解することが重要です。
バイパス コンデンサは、高インピーダンス パス上の高周波ノイズに対して低インピーダンス シャントを提供するために使用されます。また、多くの場合、バイパス コンデンサはデカップリング コンデンサとも呼ばれ、高周波ノイズが回路の他の部分に拡散して回路の誤動作や設計によって生成されるEMIの封じ込めに関する問題を引き起こす前に、高周波ノイズを最小限に抑えるのに役立ちます。
一方、カップリングコンデンサは、オーディオ、ビデオ、 無線周波数、高速デジタルデータ。カップリング コンデンサは、接続されたデバイス上のDC電位差がデバイス間のグランド電流として現れないようにするために、高速インターフェイスによく使用されます。
デカップリングコンデンサはどのように機能しますか?
デカップリング コンデンサは、さまざまなソースからの妨害に対抗するために使用されます。同期的に切り替えられるロジック バスとデータ バスにより、瞬間的に大きな電流が流れ、ローカル電力供給システム (PDS) から大量の電荷が消費される可能性があります。このような瞬間的な負荷が発生すると、PDSのインダクタンスによって、設計内の電源が負荷に瞬間的に余分な電流を供給できなくなり、ローカル電源電圧が低下したり、リンギングが発生したりする可能性があります。
デカップリング キャップは、電圧源の低下を防ぐローカルの瞬間充電源と、リンギングを抑えるバイパス パスを提供するのに役立ちます。PDS上のノイズも局所的に減衰されるため、回路を妨害する可能性のある電源プレーン上のリップルによってローカル回路が影響を受けなくなります。この影響は、瞬間的な電流の引き込みが発生したときに、設計の他の部分からのノイズにも及びます。独自のデカップリング キャップは電圧供給のローカルな安定化を実現するだけでなく、残留障害が設計の他の部分に到達した場合に、回路のその部分のローカルなデカップリングによってさらに軽減されます。最後に、デカップリングの役割で使用されるバイパス キャップは、高周波リターン パスをシャントし、回路領域間で流れて回路の誤動作やシステム レベルのEMI問題を引き起こす可能性を防ぐのに役立ちます。バイパス容量とその重要性について詳しく知る。
デカップリングコンデンサの選択ガイド
デカップリング コンデンサはどれも、まったくないよりはましですが、デカップリング スキームを実装する際には考慮すべきガイドラインがいくつかあります。コンデンサは非常に速く電流を供給する必要があるため、まず最も重要な点は、特性インピーダンスとインダクタンスに関連するインピーダンスを合計した等価直列抵抗 (ESR) が低いコンデンサを選択することです。セラミックコンデンサ 広い温度許容範囲、広い電圧範囲に耐える能力、低いESR、安定性、信頼性のため、通常はデカップリング アプリケーションに使用されます。ただし、コンデンサの構造はパッケージのサイズと同じくらい重要です。コンデンサの化学的性質から得られる固有の利点は、パッケージ サイズが大きいことによるインダクタンスの増加によってすぐに相殺される可能性があるためです。
設計パラメータを満たす最小のパッケージが最適な選択となる場合が多いですが、インダクタンスをさらに低減する特殊なバイパスおよびデカップリング コンデンサ パッケージが利用できる場合もあります。パッケージが小さくなると、コンデンサ回路のループ サイズが小さくなるという利点もあり、これにより、各デカップリング コンデンサのインダクタンスがさらに最小限に抑えられます。
電源とグランド間のコンデンサの強化
デカップリング キャップの機能を最適化するその他の方法としては、コンデンサをICの電源ピンとグランド ピンにできるだけ近づけて取り付け、グランド プレーンと電源プレーンへの回路パスをできるだけ短くし、ビアをコンデンサのパッドの間または横に配線することで、電源プレーンとグランド プレーンが連続して隣接していることを確認することが挙げられます。隣接する電源プレーンとグランドプレーンは設計内で対称的に配置する必要があり、プレーンとデカップリング コンデンサ間の層数は最小限に抑える必要があります。可能であれば、コンデンサもデカップリングする領域に分散させる必要があります。これが不可能で、 コンデンサ バンク を使用する場合は、接続ポイントを分散し、プレーンを介してルーティングされた複数の隣接するビアからグランドまたは電源プレーンに効果的な分割が発生しないように、コンデンサの向きを交互にするのが最善です。使用するコンデンサの数は、主に、局所的な回路領域またはIC内に存在する電源ピンとグランド ピンの数、および存在するI/O信号の数によって決まります。アナログ セクションとデジタル セクションを含む設計では、回路またはICのセグメントに対してデカップリングとバイパスの処理が必要になる場合があります。
今日のデジタル デバイスでは、 スイッチング負荷 やその他のシステム ノイズ源が存在する状況で、安定した静かな電源を維持することが大きな課題になることがあります。統合デカップリング方式でバルク電源コンデンサとバイパスコンデンサを適切に使用することで、設計者はシステム内電源ノイズやその他のノイズ源に関連する問題が適切に軽減され、製品が設計どおりに動作することを保証できます。
関連商品を見る
