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【電源ドック】―FPGA設計者のための電源設計マスターへの道 第22回
スイッチングレギュレータよりもリニアレギュレータの方が出力ノイズが大きい?!

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お客様から「基板改版した後、電源の特性で不可解な現象がみられるので 相談にのって欲しい」と問い合わせがあり、さっそく訪問してみました。


お客様:「不具合ではないのですが、開発中のボードの電源で疑問が出たので 教えていただきたく連絡しました。 」


私:「どのような内容ですか?」


お客様:「先日、開発ボードの FPGA の電流見積もりをしたところ、 消費電流がそれほど大きくなかったので、電源をスイッチングレギュレータからリニアレギュレータに変更しました。 」



私:「そうなんですね。 たしかに消費電流が小さいならば、低コストでノイズが小さいリニアレギュレータに変更するのは良いですね。 」


お客様:「はい、そこまでは良かったのですが、実際に改版した基板が上がってきて動作確認をしたところ、不可解なことがありまして。。。」


私:「どんなことがあったんですか? 」


お客様:「基板自体は正常動作しているのですが、念のためリニアレギュレータの出力電圧を確認したところ、リップル電圧が変更前(スイッチングレギュレータ使用時)よりも大きくなってしまったんです。
リニアレギュレータの方がノイズは小さくなるはずなのに、どうしてこんなことになってしまったのか、原因が分からず困っています。。。 」


私:「それは確かに変ですね。。。
もしかして、基板動作中にリニアレギュレータの出力を測定していますか? 」


お客様:「はい、FPGAが動作している状態で波形を観測しました。 」


私:「なるほど。 それだと電流は結構頻繁に大きく変動するのではないですか? 」


お客様:「はい、FPGA が低消費電力モードからバーストで動作切り替えする際は電流が大きく変動します。 」


私:「それが原因ですね。
リニアレギュレータはスイッチングレギュレータに比べて負荷応答性が悪いので、電流が激しく変動すると電圧の変動も大きくなってしまいます。それがリップルの様に見えたんだと思います。 」


お客様:「そうなんですね。リニアレギュレータであれば必ず電圧のノイズや変動が 小さく見えるものだと思い込んでいました。これで安心して改版基板で量産できそうです。 」


今回のポイント


一般的に、リニアレギュレータの方がスイッチングレギュレータよりも負荷応答性が悪いため、 電流値の変動が大きいところで使用する際は注意が必要。 (ノイズが大きくなってしまう場合はスイッチングレギュレータの使用をおすすめします)

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