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今回、第8回は「動作不良事例と解決方法」について、代表的な５つの事例を踏まえて、ご紹介していきます。FPGAの電源部分を設計する際には、多様な不具合が発生する可能性があります。それはレイアウト、周辺部品、シーケンス、パターンなどに起因します。
以下、ご紹介する不具合動作事例と、その解決方法を ご参考にしていただき、今後のFPGA電源設計にお役立ていただければと思います。
事例1：レイアウトに起因する出力不良
- 症状：出力電圧波形が三角波のように、特定電圧間を行ったりきたりする
- 原因：裏面のパターン配置禁止領域のパッドに、VIA が触れていた
- 対策：VIA の場所を移し、禁止領域にパターンを引かないことにより安定して出力
- 注意：データシートのパッケージ項を確認し、禁止領域にはパターンやVIAを配置しないようにする
事例2：レイアウトに起因する動作不良
- 症状：動きはするが発熱がひどい
- 原因：VIN から分岐する AVIN の取り出しパターンが PVIN の電流ループに近くノイズが乗っていた
- 対策：VIN の根元からパターンを引くこと（ケルビン接続）により、ノイズ混入が緩和、発熱は収まった
- 注意：パターン例やデザインガイドを参照し、電源やフィードバックへのノイズの混入を極力減らすパターンにする
事例3：周辺部品による影響
- 症状：電源投入時出力されない
- 原因：出力容量の付け過ぎによる過電流検出
- 対策：出力容量を適切にすることで正常に起動
- 注意：出力容量の最大値があり / 各デバイスのデータシートで最大容量値を確認する
事例4：シーケンスに関する不良
- 症状：出力電圧が上がりかけるが途中で落ちてしまい、電源が起動しない
- 原因：起動シーケンスが守れておらず、起動時にリミット以上の電流が流れていたため、過電流が検出された
- 対策：起動シーケンスを守ることで、不要な電流がなくなり無事起動した
- 注意：Cyclone、Arria、Stratix の IV の一部や V 以降のシリーズには起動シーケンスあり / デバイスハンドブックの Power Management にある Power-Up Sequence 項を参照し、 各電源ラインを適切に起動する
以上のように、不具合事例と 解決方法をご参考いただき、今後のFPGAの電源設計の際にお役立ていただければ幸いです。
もっと、不具合事例を知りたい方は、電源コラム（不具合事例や注意点のまとめ）を見てください。
次のコラムではインテル社が提供している PDNツール を使ってご紹介します。