アナログ回路

アナログ・デバイセズ株式会社　石井　聡

2011.10.27

■設計を成功させるにはプロトタイピングが肝要
そのためSPICEシミュレータで得られた結果は「回路設計の道しるべ」程度に理解しておいたほうが賢明です。その結果をそのまま用いて量産設計をすることなど実際は言語道断です。この辺は大規模ロジック回路の設計とは考え方を全く異とするところではないでしょうか。
きちんとアナログ＆ミックスド・シグナル回路の設計を成功させるためには、プロトタイピング（試作する・プロトタイプを製作する）を必ず行うことが肝要です。このプロトタイピングによってSPICEシミュレーションでは見えてこなかった、本当の回路動作上の問題点が見えてくることが多々あります。
また、このプロトタイピングでの部品レイアウトそして配線の引き回しは、最終製品の（実装サイズまでは無理にしても）プリント基板上の部品やパターンのレイアウトなど、その形態に準拠したかたちでレイアウトしておくことが大事です。

■高温、低温環境下での動作も必ずチェックすること
このプロトタイプを製品仕様の動作温度範囲の上限・下限（できれば±α℃のゲタをはかせて）に上げたり下げたりした状態を恒温槽などの環境下で作りだし、そこで目的の動作、たとえば周波数特性やオフセット特性などが製品仕様の範囲内であることもきちんと確認してください。
デジタル回路と異なり、アナログ回路は温度に対して敏感、つまり温度で特性が大きく変わります。常温では全く問題なかった回路が、高温、低温環境下で思いもよらぬ不具合（大問題）を生じさせることも多々あります。こちらも必ず、きちんと、問題が無いことを確認してください。
ここまでのことを図15-5にまとめておきます。

図15-5 SPICEシミュレーションとプロトタイピングについて（まとめ）

量産化するためには、プロトタイピングで動作確認した回路レイアウトを、プリント基板レイアウト用のCADシステムに移植することが次のステップです。
繰り返しますが、プロトタイピングではプリント基板レイアウトを意識して行っていく必要がありますし、このプリント基板CADレイアウトでもプロトタイピングで行ったレイアウトを意識して行っていくべきです。
そのためには、CADソフトウェアの自動配線（オート・ルータ）や自動部品配置機能は、必要に応じてディスエーブル（無効）にするか、何らかの設定変更をしておくことが重要です。

CADソフトウェアで採用されている基本的な考え方は、浮遊インダクタンスや容量を最適化したり、グラウンドの共通インピーダンスを最小限に抑えたりすることよりも「端子間がすべて接続される（未配線がない）」ようにすることです。

確かにこういうCAD作業は、自動配線や自動部品配置機能を使うほうが簡単です。しかしそれでは最適なアナログ＆ミックスド・シグナル回路の性能を得ることはできません。
結局はあなたの実力で、アナログ＆ミックスド・シグナル回路のプリント基板の性能も、決まってしまうのです。

15回にわたってお付き合いいただいたこの連載もこれで最後です。結局はアナログ＆ミックスド・シグナル回路は「物理システム」です。どのように電圧が生じ、電流が流れ、電界や磁界が生じ、それが影響を与え／受けるのか、それらを十分に考えながら、ここまで説明してきた法則を指針として、是非これからのプリント基板設計をしていただければと思います。
長い間、ありがとうございました。