プレーン共振解析の活用を検討するポイント

ご存知の通り、電子機器の安定的な動作を実現するためには、

何より重要なのが、ノイズ対策を考慮した基板設計です。

電子機器の進化に伴い、今、より高度なノイズ対策が

基板設計の現場には求められています。

 

このような要求に対応する基板設計を実現するため、

発生し得る問題を事前に把握できる

シミュレーション活用の重要性が非常に高まっています。

 

ただし、シミュレーションはとにかく活用すればいいというわけではなく、

最適なケースで活用することがなにより大事です。

 

適切でない場面でシミュレーションを活用してしまうと、

「シミュレーションの工数・コストがかかりすぎた…」

「設計期間が長期化してしまった…」

といった事態に陥る可能性もあります。

 

そこで、今回は以前ご紹介した”SI解析”に続き、

”プレーン共振解析”に焦点を当て、

どのようなケースでプレーン共振解析を

活用すべきか具体的な検討ポイントをご紹介します。

 

 

プレーン共振解析を活用することで、EMI抑制の最適な対策を判別できる！

 

まず、プレーン共振解析とは、どのようなシミュレーションであるか確認してみましょう。

 

プレーン共振解析は、EMI放射ノイズを増大する要因である

プリント基板のGNDプレーンと電源プレーン間の共振を解析するシミュレーションです。

 

 一般的に、対向する電源とGNDのプレーンがあると、ある周波数帯域で共振が発生します。

その結果、共振点周波数でのノイズの増大へとつながる場合があります。

 

こういった場合に、プレーンの共振解析を活用することで、

使用する周波数帯に危険な共振点がないか、事前に確認ができ、

最適な対策の検討を行うことが可能です。

 

例えば、解析結果に応じて、

プレーン形状の変更、デカップリングコンデンサ・RCスナバ回路の追加等により、

共振レベルを抑え、共振周波数を高い周波数帯へずらし、ノイズを抑制するのです。

 

詳細については、下記記事にてご紹介していますので、是非ご確認ください。

 

＞＞ノイズ対策に有効なシミュレーション～プレーン共振解析編～

 

では、本題であるこのプレーン共振解析の活用を検討すべき

具体的なポイントをご紹介します。

 

 

検討ポイント①：基板が大きい、複数回路で同じ電源を使用している

 

基板が大きかったり、複数の回路で同じ電源を使用している場合、

電源プレーンが大きくなりやすい傾向にあります。

 

また、使用する電源の種類が少ない場合には、

スペースが余ってしまい、不要な電源プレーンを作ってしまう

なんてこともあります。

 

上記をはじめとした要因により、

電源プレーンの面積が大きくなっていると、

共振が大きくなり、ノイズ増大につながります。

 

 

＞＞不要な電源配線を作らない

 

そのため、電源プレーンが大きい、不要な電源プレーンがある場合には、

プレーン共振解析を活用し、電源プレーン形状の変更など

最適なノイズ対策を検討すべきです。

 

 

検討ポイント②：電源プレーンから電源パターンを引き延ばして配線している

 

一部の回路に作成した電源プレーンと同じ電源を使用している場合、        

電源プレーンから電源パターンを引き延ばして配線する為、

電源パターンが細く、長くなることがあります。

 

 電源パターンが細かったり、長かったりすると、

電源プレーンが大きい際と同様に

共振が発生しやすく、ノイズの発生に直結します。

 

このように電源パターンが細く長いとノイズの発生が懸念されるため、

プレーン共振解析の活用を検討することを推奨します。

 

 

検討ポイント③：容量の小さいコンデンサが設置されていない回路がある

 

電源回路や設定用のスイッチ回路、LEDなどには

容量の小さいコンデンサまたは、コンデンサが設置されていないケースがあります。

 

容量の小さいコンデンサを設置することで、

共振点をコントロールすることが可能ですが、

これがない場合、ノイズの増大が懸念されます。

 

＞＞コンデンサを追加した際の共振点の比較

 

したがって、上記のようなケースではプレーン共振解析を活用し、

最適なプレーン形状、必要に応じてコンデンサの追加や設置位置の

最適化を図ることで、共振点の周波数をコントロールし、ノイズを抑制することが可能です。

 

 

基板シミュレーションならアート電子にお任せください！

 

今回、ご紹介しました通り、

シミュレーションはとにかく活用するということではなく、

然るべきケースで活用することが重要です。

 

アート電子では、SI解析、プレーン共振解析、EMIチェックなどの

幅広いシミュレーションを行ってきた豊富な実績がございます。

 

この知見を基に、お客様のご要望に合わせて

最適なシミュレーションを提案・実施し、

高品質な基板設計をサポートします。

 

基板設計・開発に関するお悩みは、

お気軽にアート電子にご相談ください。

 

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また、当社ではその他の多数の技術情報をWEBサイトにアップしていますので、

ご興味をお持ちの方はぜひご一読頂ければと思います。

 

■　ノイズ対策に有効なシミュレーション～プレーン共振解析編～

 

■　電源プレーン共振解析

 

■　シミュレーション（SI解析）の活用を検討するポイント

 

■　信号波形シミュレーション

 

■　ダンピング抵抗の位置による波形の違い