PCBレイアウト時のデカップリングコンデンサの配置と取り付け方法

デカップリング・コンデンサは、回路内の高周波ノイズや電磁干渉を低減するために使用される部品である。また、ICに電力を供給することもできる。この記事では、これらのコンデンサの配置ガイドラインについて説明する。これらのガイドラインに従うことで、より低コストで製造ミスのリスクを抑えた回路設計が可能になる。

電源信号の高周波ノイズを低減

電源におけるノイズは、デバイスの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。この不要なエネルギーは、多くの場合、高周波電力変換スイッチング回路によって発生します。ノイズはまた、ワイヤやPCBトレースから放射されることもある。電源のノイズを最小限に抑えるには、いくつかの方法があります。ここでは、3つの一般的な対策を紹介する。

まず、ノイズの発生源を特定する。このノイズは、スイッチング周波数ノイズやスイッチング遷移後のリンギングなど、さまざまなソースから発生する可能性があります。また、システム内の複数のスイッチング・レギュレータがノイズの原因となることもあります。この種のノイズは、信号解析技術によって低減することができます。

ケーブルのシールドに加え、輻射ノイズを低減するためにエンクロージャやフィルタを使用する。開口部が1/4波長以下のエンクロージャは、ノイズの大部分を低減することができます。データ収集ユニットを使用する場合は、機器から放射されるノイズを最小限に抑えるように筐体が設計されていることを確認してください。

電磁干渉を低減

デカップリング・コンデンサは、迷走電磁波による干渉を防ぐために回路基板に使用される。PCBレイアウトでは、コンデンサは電源プレーンとグランドプレーンに設置される。このように分離することで、電磁両立性の問題の原因となる並列キャパシタンスを防ぎます。さらに、コンデンサーPCBは均一な分布と高い周波数応答を持っています。最良の結果を得るためには、これらの部品は電源プレーンとグランドプレーンの近くに配置すべきである。大電力と高速信号を生成する回路はグランドプレーンの近くに配置し、低電力と低周波信号を生成する回路は表面または電源プレーンの近くに敷設する必要があります。

PCBレイアウトにデカップリングコンデンサを取り付ける際は、干渉源にできるだけ近い、値の大きいコンデンサを選ぶようにしてください。また、入力信号用のコネクタの近くに配置する必要があります。これらのコンデンサはトレースと直列に配置するのが理想的です。回路のデカップリング容量合計の少なくとも10倍以上のコンデンサを選択することを推奨する。

ICに電力を供給できる

電源ピンは、ICに電圧と電流を供給するための端子である。通常、ICには2つの電源ピンがある。これらのピンは回路の電源レールに接続されている。ピンのラベルは、ICのメーカーやファミリによって異なります。

デカップリングコンデンサの配置ガイドライン

PCBレイアウトを設計する際、デカップリング・コンデンサの配置は、基板のパワー・インテグリティとシグナル・インテグリティを確保するための重要なステップです。適切な配置ガイドラインに従うことで、コンデンサを最適な位置に配置することができます。これらのガイドラインは、コンポーネントのデータシートに記載されています。

PCBレイアウトでは、デカップリング・コンデンサは通常、デジタル・グラウンドと同じ層に配置される。また、デカップリングコンデンサは2つの別々のPCBグランド間に接続されることもある。デカップリングコンデンサは、プレーン内のスムーズな電流の流れを確保するために、部品ピンの近くに配置する必要がある。デカップリングコンデンサを設計する際は、可能な限り公称静電容量を大きくすることを推奨する。

上記の配置ガイドラインに従うことに加え、デカップリングコンデンサは部品の電圧ピンのできるだけ近くに配置す るべきである。これは、全体的な接続インダクタンスを低減し、高周波フィルタリングを改善するのに役立ちます。