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» 2016年10月26日 11時30分 公開

Q&Aで学ぶマイコン講座(31):マイコン周辺回路設計テクニック ―― 電源編 (4/4)

[菅井賢(STマイクロエレクトロニクス),EDN Japan]
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2)デカップリングコンデンサーの種類

 次に紹介する事例は、マイコンの電源ではなく、マイコンに内蔵されているA-Dコンバーターの参照(基準)電圧の回路に使用したデカップリングコンデンサーのトラブル例です。

 電源制御回路にSTM32F303が採用されました。STM32F303は電源電圧を検出し、安定化させるためのフィードバック制御に使われています。トラブルはA-Dコンバーターの変換結果の誤差が時々大きくなって、変換結果が安定しないという事象です。高精度の電圧計でアナログ電源、被測定電源を測定しても、どちらも安定していて、電圧値は全くバラつかないのに、変換結果はバラついて、スペックから外れてしまいます。アナログ電源、グランド、被測定電源の電圧は安定していたので、原因として考えられるのはA-Dコンバーターの参照電圧源しか残っていません。参照電源の電圧を観察して見ると、案の定、安定していません。そこで、参照電圧源のデカップリングコンデンサーを強化することにしました。

 セラミックコンデンサーやタンタル電解コンデンサーを追加してみたのですが、一向に電圧が安定しません。首をひねりつつも、実験室にあったあらゆるコンデンサーを取っ換え引っ換え試した結果、10μFの電解コンデンサーを接続すると、安定することが分かりました。

教訓

 電解コンデンサーはデカップリングコンデンサーにはあまり使われませんが、低周波数のノイズを除去することは知られています。

 実際のオシロスコープの観測波形を図5に示します。

図5:A-Dコンバーターの参照電圧のノイズ (クリックで拡大)

 図5(a)は誤差が大きい場合で、図5(b)は誤差の小さい場合です。比べてみると、図5(a)には小さなノイズも観測されますが、それが大きなうねりに乗っているのが分かります。このうねりのノイズが電解コンデンサーによって除去された結果、A-Dコンバーターの変換結果が安定するようになりました。

 デカップリングコンデンサーにはノイズに合ったコンデンサーの種類を選択することが重要だという良い例です。

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