賢いテスト装置がコンデンサのルールを明確にする

電子設計の仕事を少しでもやったことがあれば、デカップリング コンデンサの必要性についてはよくご存じでしょう。 場合によっては、チップのデータシートに、どのような種類のキャップをどこに配置すればよいかが正確に記載されていることがありますが、多くの場合、経験と経験則に頼らなければなりません。 たとえば、電源ピン間に 100 µF を配置し、各チップの近くに 100 nF を配置する必要があると聞いたことがあるかもしれません。 しかし、「近い」とはどれくらい近いのでしょうか？ そして、その大きなキャップは本当にどこにでも置けるのでしょうか？ [James Wilson] は、これらの質問に対する確かな答えを得るために調査を行っており、その発見を興味深いブログ投稿に書き留めました。

[James] は、一連の PCB トレースに沿ってさまざまな距離にさまざまなタイプのコンデンサを配置できるようにする一連の回路基板を設計しました。 このような配電ネットワーク (PDN) の周波数全体のインピーダンスを測定することで、さまざまな状況下でのパフォーマンスを計算できました。

これらの測定に理想的なツールはベクトル ネットワーク アナライザー (VNA) でしたが、[James] はそのような機器を持っていなかったので、トラッキング ジェネレーターを備えたスペクトラム アナライザーを使用して、もう少し単純なセットアップを作成しました。 これは位相情報なしでインピーダンスの大きさのみを測定できますが、基本的な PDN 特性評価には十分です。

[ジェームズ] のテストの結果は、それほど驚くべきことではないにしても、非常に興味深いものです。 たとえば、チップが 100 MHz で動作している場合、これら 100 nF のコンデンサは実際にはチップから 10 mm 以内に配置する必要がありますが、1 MHz をはるかに超える信号がない場合は 10 cm でも大丈夫です。 どちらの場合でも、バルク 100 µF キャップを 10 cm に配置することができます。 サイズを大きくして複数のコンデンサを組み合わせて周波数全体のインピーダンスを低くすることは原理的には良いアイデアですが、さまざまなコンポーネント間の共振を避けるためにネットワークを慎重に設計する必要があります。 この場合、共振を抑えるのに役立つため、低すぎない等価直列抵抗 (ESR) が実際に良いことになります。

全体として、[James] のブログ投稿はこのトピックに関する優れた入門書であり、これらの経験則に必要なコンテキストを少し提供します。 PDN 設計や PCB 配線のインダクタンスの詳細をさらに詳しく知りたい場合は、当社の [Bil Herd] がそれらのトピックに関する優れたビデオをいくつか作成しています。