🔇 ノイズ設計とPSRR（電源変動耐性）
📘 概要
アナログ回路は、微小な信号を扱うためノイズや電源変動の影響を強く受けます。
本節では、回路・レイアウトの両視点からノイズ対策を整理し、PSRR（Power Supply Rejection Ratio）という代表的な設計指標を中心に解説します。
🧭 ノイズの種類と発生源
| ノイズ種別 |
特徴 |
主な発生源 |
| 熱雑音（熱ノイズ） |
白色ノイズ、温度比例 |
抵抗、トランジスタのチャネル |
| 1/fノイズ（フリッカ） |
周波数低下に伴い増加 |
MOSトランジスタ（特にPMOS） |
| 電源ノイズ |
リップルやスパイク |
電源配線、レギュレータの安定度 |
| クロストーク |
配線間の誘導結合 |
長い並走線、混載デジタルクロック |
| サブストレートノイズ |
基板を通して伝播 |
デジタル→アナログ領域への影響 |
🧪 PSRR（Power Supply Rejection Ratio）
| 内容 |
説明 |
| 定義 |
電源変動が出力にどれだけ影響するかの指標（dB単位） |
| 理想 |
PSRRが高いほど、電源ノイズに強く安定 |
| 項目 |
PSRR+（正電源側）, PSRR−（負電源／GND側）を個別に評価 |
| 計算式 |
PSRR = 20 × log10(ΔVDD / ΔVOUT) |
⚙️ 対策例（回路側）
- カスコード構成：出力インピーダンスを高め、電源からの変動を遮断
- 負帰還回路：出力を安定化しノイズ耐性を向上
- 差動構成：共通モードノイズに対して自己キャンセル効果
🧱 対策例（レイアウト側）
| 対策 |
内容 |
| アナログ・デジタル電源分離 |
別バス、別レギュレータ、LDO介在 |
| ガードリング／ウェル隔離 |
寄生電流経路の遮断、基板ノイズ抑制 |
| サブストレートコンタクト密度確保 |
グランド経路の等電位化、防振効果 |
🧰 SPICEシミュレーション指標
- AC解析：PSRR周波数特性
- 過渡解析：電源リップル注入時の出力応答
- ノイズ解析（.noise）：熱雑音、1/fノイズのスペクトル評価
🎯 教材的意義
- 「ノイズに弱い＝設計が悪い」とならないよう、ノイズ対策は構造理解が重要
- デジタル設計者も、混載環境でのノイズ源と伝播経路を意識すべき
- PSRRという回路性能の“環境耐性”指標を設計段階で考慮する習慣を身につける
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