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[電源コラム] 第24回 ビアの開けすぎは逆効果?GND 周辺の落とし穴

電源ドック技術担当の佐々木です。
このコラムでは、色々なお客様サポートの中で複数回遭遇した、電源に関する不具合事例をご紹介していきたいと思います。

電源のスイッチング動作が不安定になるという問い合わせを受け、訪問して実際の動作や測定波形を見ながらコンサルティングすることになりました。

スイッチングレギュレータの不安定動作の原因は?

お客様
お客様

この DC/DC コンバータのスイッチング波形ですが、稀にオンタイムが短くなり困っています。

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波形

私

スイッチングの制御が上手くいっていないようですね。
DC/DC コンバータへ供給している電源か GND が不安定な状態かもしれません。

お客様
お客様

そんなはずはありません。今回の設計では回路を安定動作させるために、ビアを多くして電源・GND の強化をしっかり行っています。

私

そうなのですね。念のため、回路図と基板レイアウトを見ながら、実機で確認してみましょう。

回路図と基板をチェック

私

なるほど、原因がわかりましたよ。電源・GND 強化の対策が裏目に出たようですね。

お客様
お客様

え?!
どういうことですか?

私

デカップリングコンデンサの GND と、DC/DC コンバータの GND 間にビアを設けているのが原因ですね。
ビアを多くしたために、GND ラインのインダクタンス成分が大きくなって動作が不安定になっています。

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問題のレイアウト

お客様
お客様

どうしたら良いですか?

私

対策方法としては、GND ビアを介さずにデカップリングコンデンサを IC 直近に配置することです。あとは、ビアの数は、多過ぎも問題ですから、適当な数に修正した方が良いですね。

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問題を解決するレイアウト案

お客様
お客様

わかりました。これは少しの修正ではできないので、量産前の基板改版時に 一気に変更しようと思います。その際は、基板設計についてコンサルティングしていただけますか?

私

はい、ぜひご相談ください。問題無く量産に移行できるようにサポートさせていただきます。

スイッチング波形が不安定になった原因

ビアの数が多すぎて GND ラインのインダクタンス成分が大きくなってしまったこと。

今回のポイント

私

ビアは多すぎても少なすぎてもダメ。適切な数を適切な位置に設けるようにする。

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