多層基板への小型・低雑音スイッチング電源回路実装


脈動電流ループの面積を最小化せよ

ノイズ放射を抑制するスイッチング電源回路の実装技術

図1　スイッチング電源回路の脈動電流は高周波成分を多く含み，回路の動作に悪影響を与える．このノイズの影響を最小限に押さえるポイントは多層基板のどこにGND層を設定するかだ．［著・提供］住谷 善隆．画像クリックで動画再生．詳細は［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】を参照

スイッチング電源回路の脈動電流（スイッチング電流）は高周波成分を多く含み，回路全体にノイズを引き起こす可能性があります．そのため，回路基板設計では，これらのノイズを最小限に抑えるために，スイッチング電源回路に隣接する層をグラウンド層とし，エディ電流の発生を抑えることが推奨されます．

グラウンド層の配置にこだわる

多層基板設計において，グラウンド層の適切な配置は放射ノイズの低減に直結します．例えば，3層と4層，2層と5層をグラウンド層に設定することで，脈動電流ループの面積が縮小され，放射エミッションが低減されると同時に，放射イミュニティが向上します．特に，ICの真下に配置する層をグラウンド層とすることで，放射ノイズに対する防御が強化されます．

エディ電流を管理せよ

スイッチング電源回路では，脈動電流ループの真下にエディ電流が生じることがあります．これを適切に管理するためには，回路基板設計においてエディ電流の流れを意識し，グラウンド層を戦略的に配置する必要があります．

グラウンド層に挟まれた配線層もノイズに対する防御を提供するため，放射エミッションの低減に寄与します．このような設計により，スイッチング電源回路のノイズを抑制し，回路全体の性能を向上させることができます．

多層基板設計におけるノイズ対策のポイント

グラウンド層の選び方

多層基板の設計において，グラウンド層の適切な配置は，ノイズ対策の基本です．

スイッチング電源回路周辺にグラウンド層を配置することで，脈動電流によるエディ電流を抑制し，放射ノイズを低減します．特に，ICの真下の層をグラウンド層に設定することが重要であり，これにより，ICの動作に起因する放射ノイズの影響を最小限に抑えることが可能です．

高インピーダンス回路の配線の短縮

アナログ回路では，高インピーダンスな部分の配線をできる限り短くすることが求められます．これは，配線が長くなると外部ノイズの影響を受けやすくなるためです．短い配線によって，不要なノイズの発生を防ぎ，回路全体の安定性を確保できます．

エディ電流による影響の低減

スイッチング電源回路において，エディ電流は脈動電流ループの真下に発生します．

エディ電流を適切に管理するためには，グラウンド層の配置が重要です．グラウンド層を適切に配置することで，エディ電流の影響を低減し，回路の信号品質を向上させることが可能です．

これらのポイントを考慮することで，多層基板の設計におけるノイズ対策が強化され，スイッチング電源回路の性能が最大限に引き出されるでしょう．〈ZEPマガジン〉

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著者紹介

  • 2003年　パデュー大学大学院を卒業
  • 2007年　リニアテクノロジー株式会社にFAEとして入社
  • 2017年　アナログ・デバイセズ株式会社 車載ビジネス・デブロップメント・スペシャリスト．主に新製品の企画や開発に携わる

著書

  1. ［VOD］小型＆高出力！高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】，ZEPエンジニアリング株式会社．

参考文献

  1. ［VOD］小型＆高出力！高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/KIT/data］一緒に作る！LLC絶縁トランス×超高効率・低雑音電源 完全キット，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  7. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
  8. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
  9. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
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