電源−GND共振解析

電源プレーンとGNDプレーンは平行平板モードにより共振現象を発生します。この共振現象により発生する電磁ノイズの解析を行います。プレーンの一部が特定の周波数で共振しないように、また信号とプレーンの間でノイズが発生しないように注意をして設計をする必要があります。プレーンを大きくとることはノイズ発生の要因になるため電源マップなどから電源を広いパターンで取ることで共振を防ぐなどの設計手法もあります。

●キャパシタの最適配置と追加配置による対策
共振解析 多層プレーン GND EMI 電源
電源−GND共振解析を行うと右図のように赤い部分が共振している部分となります。

共振解析 多層プレーン GND EMI 電源 対策後
この部分に共振エネルギーを減衰させるデカップリングコンデンサ、RCスナバー回路等を追加し、右図のように特性改善することが出来ます。共振箇所を特定する事により、追加部品の最適化を図る事が出来、特性改善と部品追加によるコストアップを最小限に抑えられるメリットが発生します。


多層プレーン解析
共振は電源プレーンとGNDプレーン間だけで発生するものではありません。GNDプレーン間同士でも発生します。実際の基板では複雑な層構成になっているため単純な電源プレーンとGNDプレーンの対策だけでは不十分と言えます。多層プレーン解析では複数の電源・GNDプレーンの形状を考慮した解析を行います。
●ビアの追加による対策
共振解析 多層プレーン GND EMI 電源
意図的にGNDビアを減らした状態のGND面
共振解析 多層プレーン GND EMI 電源 対策後
GNDビアを適切に配置した状態のGND面