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[電源コラム] 第27回 定数設定よりサイズが重要!コンデンサ配置あれこれ

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。

FPGAの電源数増加に伴い、電源ラインに配置するコンデンサの数も増えています。
今回は、電源ラインでのコンデンサ配置についていただいた質問についてお話します。

コンデンサの配置について気を付けていますか?

お客様
お客様

コンデンサは FPGA 直近に配置するように言われていますが、基板の制約上、100uF のコンデンサは FPGA から離して配置する必要があります。問題ないでしょうか?

私

はい、100uFなど大容量のコンデンサは、バルク・コンデンサと呼ばれ、FPGA の直近でなくても、電源ラインに入っていれば大丈夫です。

私

ただし、FPGA の消費電流値が急変した時に電圧ドロップが発生しないよう、多少の配線インダクタンスがあっても問題無いように、大容量のものを選定する必要があります。

お客様
お客様

FPGA 直近でなくても良いのですね?
では、0.1uF や 10pF などのコンデンサもとりあえず電源ラインに入っていれば大丈夫ですか?

私

いいえ、0.1uF や 10pF など小さい容量のコンデンサは、FPGA 直近に配置してください。

私

また配置するときは次の図の様に、サイズの小さいコンデンサほど FPGA の近くに配置するようにしてください。
特にコンデンサの ESL/ESR が小さいものを FPGA の近くに配置することが望ましいです。

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コンデンサの配置イメージ

お客様
お客様

なぜ、小さいものは FPGA 近くに配置するのですか?

私

FPGA から離れると、その分基板上の配線によるインダクタンス成分が大きくなります。これによってコンデンサの容量成分がキャンセルされ、コンデンサを配置していないのと同じ状態になってしまうんです。

お客様
お客様

そうなんですね。
では、小さいコンデンサは、FPGA の近くに配置するようにします。

私

最近は、コンデンサの配置や定数選定の違いによって変化する「反共振ポイント」のインピーダンスが原因でDDRが誤動作を起こすこともあります。
パワーインテグリティーセミナーなどで詳しく説明していますので、ぜひご参加ください。

お客様
お客様

コンデンサの配置も、色々と考えないとダメなんですね。
セミナー受講も検討してみます。

今回のポイント

私
  • サイズの小さいコンデンサは出来るだけ FPGA の近くに配置する。
  • 100uF などの大きな容量・サイズのコンデンサは FPGA から離して配置しても問題無い(電源ラインに入っていればよい)。

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