測定環境が測定結果に与えるノイズの影響 - 半導体事業

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設計電源 Analog Devices

本記事は、降圧型のスイッチング・レギュレーターのリップル波形測定時における測定環境の影響について説明します。

スイッチング・レギュレーターは、製品ボード上ではノイズ源として考えられ、「ノイズを放出する回路」と考えられているかと思います。そのためか、スイッチング・レギュレーターの波形確認時にオシロスコープで確認したノイズは、全てスイッチング・レギュレーターが原因と考え、原因と対策についてお問い合わせいただくことがあります。

今回は、電源供給が問題となったノイズの事例をご紹介いたします。

リップル波形の測定

前回の技術記事「電源ノイズが測定結果に与える影響は？」では、プローブの違いでリップル電圧の値に違いが出ることを説明いたしました。　パワーレールプローブ、他プローブとの波形比較の記事作成時に、安定化電源からバッテリーに変更することでノイズが改善したことも報告させて頂きました。

今回は、方式の異なる安定化電源を使うことでリップル測定結果にノイズの違いが出るか確認した内容となります。

評価ボードと測定環境について

今回は、アナログ・デバイセズ社の42V耐圧同期整流型MOSFET内蔵降圧型DC/DCコンバーターである、LT8609Sの評価基板を使って測定しました。

評価ボード設定

LT8609Sのオリジナル評価ボード（DC2522A）についてフィードバック抵抗R5を182KΩ→300KΩに変更し、出力電圧を3.3Vに設定しました。
評価条件は、

・入力電圧12V
・出力電圧3.3V
・負荷電流2A
・スイッチング周波数2MHz

に設定しリップル測定をおこないました。

測定環境

・電子負荷　菊水電子工業株式会社のPLZ164を使用。　VOUT-GND間に接続

・オシロスコープ　Tektronix 6シリーズを使用。出力コンデンサーC6の両端でリップルを観測。

・汎用プローブ　TPP1000＋GNDスプリングを使用。

・安定化電源は、スイッチング方式とシリーズ方式を比較検証しました。　VIN-GND間に接続

安定化電源の違いによる測定波形の比較

DC/DCコンバーターリップル波形比較

安定化電源は、次のスイッチング方式とシリーズ方式を使って実験しました。測定結果は、図2の様になりました。結果、スイッチング方式使用時の方が出力リップル部にノイズが目立ち（特に赤枠部分）、シリーズ方式使用時は比較的ノイズが少なくみられました。

　・スイッチング方式（KIKUSUI PWR801ML）

　・シリーズ方式（PAN16-18A）

安定化電源の出力を直接確認

評価ボードを外して、安定化電源の出力を直接プロービングして観測してみた結果が図3になります。

今回比較した安定化電源では、スイッチング方式使用時にて比較的ノイズが目立ち、シリーズ方式使用時は比較的ノイズが少なくみられました。

まとめ

安定化電源でも方式によって、発生するノイズに差があることがわかりました。

スイッチング方式では、比較的ノイズが大きく、シリーズ方式はノイズが少なくなる傾向にありました。

・バッテリ使用時が一番ノイズが少なかったが（※）、安定化電源を使用する必要がある場合は、比較的ノイズの少ないシリーズ方式の電源を使用する方法も良いかもしれません。

※　バッテリー接続の波形を見たい場合場は、電源ノイズが測定結果に与える影響は？を参照ください。