バイパス・コンデンサが回路のノイズを低減し電源を安定化させる能力は、さまざまな要因の組み合わせに依存します。 最も重要なのは、その静電容量、電圧、温度定格、および基板上の物理的配置です。
通常、VCCと接地間に接続されるコンデンサは、DC電源ラインのACコンポーネントを接地へ渡す低インピーダンスパスを提供します。 また、負荷の変動から生じる電圧ディップを埋めるのに役立つ電荷を蓄え、エネルギー備蓄として機能します。

コンデンサはいくつかの問題を解決する能力がありますが、間違った選択や配置は電力損失を引き起こしたり、追加のノイズを発生させたり、不安定な回路につながったりします。

定格、タイプ、および物理サイズに加えて、エンジニアはバイパス コンデンサの物理配置に細心の注意を払う必要があります。

バイパス コンデンサの最適な位置は、基板レイアウト、チップまたはコンポーネントの機能、PCB レイヤー数、基板サイズなどのさまざまな要因に依存します。 コンデンサや物理的な配置の選択を誤ると、さらなる問題や回路の不具合が必ず発生します。 最適なパフォーマンスを確保するために、電子基板上のバイパス・コンデンサを配置するためのベストプラクティスを紹介します。

バイパス・コンデンサを配置する理想的な場所は、コンポーネントの供給ピンのできるだけ近くです。 バイパス・コンデンサを電源ピンのごく近くに配置することで、スイッチング時の電流スパイクの影響を軽減できます。 また，AC ノイズ信号のグランドへの低インピーダンスパスも提供します。 ピンから離れた場所に配置すると、トレースの長さによって直列インダクタンスが追加され、バイパス・コンデンサの自己共振周波数と有用帯域幅が低下します。

一般的なアプリケーションでは、電源とICなどの回路部品の間に常にある程度の距離が存在します。 理想的には、ICとパワー・レギュレータ間の銅製トレースは、インピーダンスがゼロの短絡回路として機能するはずです。 しかし、実際にはそうではなく、トレースはゼロでないインピーダンスを持ち、電流の流れに逆らうため、チップに利用可能な電圧と電流に影響を与えます。 最も注意しなければならないのは、トレースのインダクタンスで、これは電力の流れにより大きな影響を与えるからです。 IC やアクティブなデバイスのスイッチが入ると、電源から大電流が流れます。

理想的には、すべての電流は抵抗や遅延なしにトレースを通過するはずです。 しかし、インダクタンスは電流の変化率に対抗するため、デバイスが必要とする十分な速さで電流が上昇または減衰するのを妨げます。 この遅延はスイッチング・プロセスに影響を与え、出力波形が歪むことがあります。

一般に、トレースのインダクタンスは長さとともに増加し、コンデンサの共振周波数に影響を与え、しばしば帯域が狭くなり、すべてのノイズを抑制することができなくなります。

トレースの長さを最小限にすることで、インダクタンス、抵抗、および全体のインピーダンスを低減します。

広帯域 – 複数のコンデンサの使用

特定の周波数帯のノイズ抑制には通常単一のコンデンサが最適ですが、広範囲の周波数で動作するデバイスには不向きでしょう。 広帯域のアプリケーションでは、値の異なる複数のコンデンサを並列に接続することが最適なソリューションとなります。 大きなコンデンサは低周波の低インピーダンス経路を提供し、小さなコンデンサは高周波を処理します。

適切な選択と配置により、設計者はすべての適用周波数に低インピーダンス経路を提供することができます。

配置に関しては、電源ピンに最も近い値の小さいコンデンサから始めて、昇順に大きいものを追加するのがベストプラクティスです。

小さいコンデンサは高周波信号により迅速に応答し、もう一方の端の大きいコンデンサによって充電もされます。 大きなコンデンサは充電に時間がかかるため、高周波の信号には反応が間に合わないが、低周波では問題なく動作する。 2つのコンデンサを並列に使用する典型的なアプリケーションでは、0.1uFのコンデンサを電源ピンの隣に置き、その後に大きな10uFのコンデンサを置きます。

トレースは多少の抵抗とインダクタンスを加えるので、できるだけ短くします。 チップの真下の位置は、可能な限り最短のトレース長を保証します。

コンデンサを電源およびグラウンド ピンの上に直接配置でき、チップの反対側に配置できれば最高です。

バイパス コンデンサを下に配置すると基板スペースを空け、さらにビアのためのスペースを確保できるようになります。 スペースを空けるだけでなく、コンデンサをコンポーネントのグランド ピンに直接接続できるため、グランドへのパスを短く保つことができます。

複数の電源ピンを持つデバイスでは、各電源ピンに少なくとも 1 つのバイパス コンデンサを使用します。 デバイスは 1 つまたは 2 つのコンデンサーで動作しますが、各電源ピンのバイパス・コンデンサーを少なくとも 1 つ追加し、物理的に可能な限り近くに配置することが推奨されます。

デバイスが広範囲の周波数で動作する場合、昇順に他の適切な並列コンデンサを追加することをお勧めします。

接地接続

設計者は、インダクタンスを最小限に抑え、ACノイズ信号を接地まで通過させるために最も近い接地接続またはピンを使用すべきです。 これを達成する効果的な方法は、バイパス コンデンサの他端を低インピーダンスのグランド プレーンに接続することで、これは短いトレース長またはビアによって実現できます。

Summary

• コンデンサをデバイスの電源ピンに物理的にできるだけ近く配置することです。 これにより、トレースの誘導性の影響を低減します。
• 複数のコンデンサを並列に使用する場合、電源ピンに最も近い最小のコンデンサ（値）を配置し、昇順に他のコンデンサを追加してください。

Conclusion

バイパス・コンデンサを適切に選択および使用することは、電子回路における不要なノイズおよび干渉を低減する最も効果的な方法です。 電源とグランド・ピンの間に正しいコンデンサを接続することで、ACノイズのための低インピーダンス経路を作成します。 また、電圧ディップをケアするためのエネルギーを蓄積し、クリーンな電源、およびノイズのない回路を確保します。

コンデンサを適切に選択することに加えて、物理的な配置は、高品質のバイパス処理に不可欠です。 ベストプラクティスは、コンデンサをデバイスの電源ピンのできるだけ近くに配置することです。