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» 2020年12月15日 10時00分 公開

回路設計の新常識“電源品質測定”をオシロスコープで実現する方法高価な専用測定器なんかいらない!

電子機器開発において、電源品質(パワーインテグリティ)に関わるさまざまな問題に直面する機会が増えている。そこで、使い慣れたオシロスコープと解析ソフトウェアなどを活用して、手軽に電源品質を測定する方法を紹介しよう。

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 高速トランシーバのTxジッタ異常発生の原因は、電源ノイズを抑えるために入れたフェライトビーズだった――。

 SoCやFPGAなど最新ICの多くは、微細加工技術の進展と高集積化により、「低電圧化と大電流化」が進む。かつて、ICに供給する電圧レベルは5Vや3.3Vが一般的であった。それが今では1.2Vや1.0V、あるいはそれ以下の電圧も含め、多系統の電圧を供給する時代を迎えている。低電圧化が進むにつれ、ICが正常動作するために許容される電圧変動の範囲も狭くなる。

 その一方で、供給する電流は増加し、ICが消費する電流変動も大きくなる。大電流化によって、これまでは無視できたわずかな配線抵抗さえも電圧降下を招く要因になった。電源ラインや高速伝送路からの放射ノイズ(EMI)についても、その影響は無視できない状況になってきた。

 このように電源回路の設計難易度が高まると共に、回路設計現場では、電源品質(パワーインテグリティ)に起因するトラブルに直面するケースが増えている。冒頭に紹介した事例のように、信号品質(シグナルインテグリティ)面でのトラブルも、その原因は、電源だったということも散見されるようになっている。

 回路設計において、電源品質を担保することは、信号品質の担保やEMIの抑制と同様に重要な要素であり、無視できる存在では決してなくなってきた。もっと言えば、電源の出来栄えが信号品質、EMIにも影響が及ぶようになっているため、何よりも最初に、電源の品質を確保することが必要になってきているのだ。

 電源品質を担保するためには当然ながら、電源の評価/解析になるわけだが、これまでは、周波数レスポンスアナライザーや電源測定に対応したネットワーク・アナライザーなど電源品質測定に特化した専用の測定器が必要だった。しかし、電源品質測定が不可欠になりつつある昨今、最も身近な測定器であるオシロスコープを活用した電源品質測定ソリューションが登場し、さまざまな電源品質の測定、評価が行えるようになった。そこで、本稿では、電源品質評価に関連する4種類の測定を例に挙げて、オシロスコープを活用した電源品質評価/解析ソリューションを紹介する。

【本稿で紹介する測定項目】
   ・電源リップル測定
   ・電源インピーダンス測定
   ・周波数レスポンス測定
   ・PSRR(電源電圧変動除去率)測定

 それでは、テクトロニクスが提供する最新の電源品質評価/解析ソリューションを測定項目別に紹介していこう。

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