特開 2025-59997 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025059997

(43)【公開日】2025-04-10

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20250403BHJP

   G06F 1/26 20060101ALI20250403BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 N

G06F1/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023170456

(22)【出願日】2023-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 裕史

【テーマコード（参考）】

5B011

5E338

【Ｆターム（参考）】

5B011DA01

5B011DB02

5B011DB21

5B011EA02

5B011GG03

5B011JA21

5E338AA03

5E338BB02

5E338BB12

5E338BB75

5E338CC04

5E338CD02

5E338EE13

(57)【要約】

【課題】電源回路のノイズ抑制効果の悪化を防ぐ。
【解決手段】電源装置１は、電源回路１ａ、負荷回路１ｂおよびコンデンサ群Ｃｇ１０を備える。電源回路１ａは、負荷回路１ｂに電源電圧の供給を行い、負荷回路１ｂの動作により生じる電圧変動を監視し、監視結果に応じて電圧変動の周波数帯のうちの第１の周波数帯の第１のノイズを抑制する電流Ｉ１を負荷回路１ｂに出力する。コンデンサ群Ｃｇ１０は、コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４を含み、電源回路１ａから負荷回路１ｂへ出力される電流Ｉ１の伝搬経路Ｌ１０から離隔した離隔領域ｒ０に搭載されて、第１の周波数帯と、第１の周波数帯よりも周波数域の高い第３の周波数帯との境界範囲にある第２の周波数帯の第２のノイズを抑制する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷回路と、
前記負荷回路に電源電圧の供給を行い、前記負荷回路の動作により生じる電圧変動を監視し、監視結果に応じて前記電圧変動の周波数帯のうちの第１の周波数帯の第１のノイズを抑制する電流を前記負荷回路に出力する電源回路と、
前記電源回路から前記負荷回路への前記電流の伝搬経路から離隔した離隔領域に搭載されて、前記第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯よりも周波数域の高い第３の周波数帯との境界範囲にある第２の周波数帯の第２のノイズを抑制する一または複数の第１のコンデンサと、
を有する電源装置。

【請求項2】

前記第１のノイズの抑制に要する前記電流が前記負荷回路によって消費される際に、前記負荷回路による電流消費の妨げにならない前記離隔領域に前記第１のコンデンサが搭載される、請求項１記載の電源装置。

【請求項3】

前記第１のコンデンサは、前記電源回路と前記負荷回路との間の回路間領域に前記電流の伝搬経路がある場合、前記負荷回路を挟んで前記回路間領域とは反対側に位置する前記離隔領域に搭載される、請求項２記載の電源装置。

【請求項4】

前記第３の周波数帯の第３のノイズを抑制する一または複数の第２のコンデンサをさらに備え、前記第２のコンデンサは、前記電源回路、前記負荷回路および前記第１のコンデンサが搭載される基板に対し、前記負荷回路の搭載位置の下側裏面に搭載される、請求項１記載の電源装置。

【請求項5】

負荷回路と、
前記負荷回路に電源電圧の供給を行い、前記負荷回路の動作により生じる電圧変動を監視し、監視結果に応じて前記電圧変動の周波数帯のうちの第１の周波数帯の第１のノイズを抑制する電流を前記負荷回路に出力する電源回路と、
前記第１の周波数帯と、前記第１の周波数帯よりも周波数域の高い第３の周波数帯との境界範囲にある第２の周波数帯の第２のノイズを抑制する一または複数の第１のコンデンサと、
前記負荷回路、前記電源回路および前記第１のコンデンサが搭載される基板に設けられている電源層と、
前記電源層に対して、前記電源回路から前記負荷回路への前記電流の伝搬経路から前記第１のコンデンサを分離させる位置に形成されたスリットと、
を有する電源装置。

【請求項6】

前記スリットは、前記電源層の領域のうち、前記電源回路と前記負荷回路が配置された第１の領域と、前記第１のコンデンサが配置された第２の領域との間に形成される、請求項５記載の電源装置。

【請求項7】

前記第３の周波数帯の第３のノイズを抑制する一または複数の第２のコンデンサをさらに備え、前記第２のコンデンサは、前記基板に対し、前記負荷回路の搭載位置の下側裏面に搭載される、請求項５記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電源電圧の低電圧化による、ＩＴ機器の消費電力の低減化が行われている。一方、低電圧で安定した回路動作を実現するためには、回路動作により発生する電圧変動（ノイズ）を抑制することが重要であり、低電圧でかつノイズ抑制の要件を満たす電源電圧供給の設計が求められている。

【0003】

関連技術としては、例えば、グランドパターンのプリント配線基板の裏面にメイン電源から分離されたＩＣの電源パターンを形成する技術が提案されている。また、電源用の第１導電層と、第１導電層から隔てられる島状電源用第２導電層とを第１導電片で接続し、グラウンド用の第３導電層と、第３導電層から隔てられる島状のグラウンド用第４導電層とを第２導電片で接続して、第１、第２導電片にコンデンサを接続する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－２２３９９７号公報

【特許文献2】特開２００７－１７３６６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

負荷回路の動作によって生じるノイズは、電源回路およびコンデンサ（バイパスコンデンサ）によって抑制が行われる。電源回路では、電源電圧の供給先である負荷回路が動作しているときの電圧変動を監視して、監視結果にもとづき負荷回路に対してノイズを打ち消す電流を流すことで、ノイズの抑制（電圧変動の一定）を行っている。しかし、電流が伝搬する経路上にコンデンサが接続されていると、その電流は負荷回路まで伝わり難くなり、電源回路が備えているノイズ抑制効果が悪化するという問題がある。

【0006】

１つの側面では、本発明は、電源回路のノイズ抑制効果の悪化を防ぐことを可能にした電源装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、電源装置が提供される。電源装置は、負荷回路と、負荷回路に電源電圧の供給を行い、負荷回路の動作により生じる電圧変動を監視し、監視結果に応じて電圧変動の周波数帯のうちの第１の周波数帯の第１のノイズを抑制する電流を負荷回路に出力する電源回路と、電源回路から負荷回路への電流の伝搬経路から離隔した離隔領域に搭載されて、第１の周波数帯と、第１の周波数帯よりも周波数域の高い第３の周波数帯との境界範囲にある第２の周波数帯の第２のノイズを抑制する一または複数の第１のコンデンサと、を有する。

【0008】

また、上記課題を解決するために、電源装置が提供される。電源装置は、負荷回路と、負荷回路に電源電圧の供給を行い、負荷回路の動作により生じる電圧変動を監視し、監視結果に応じて電圧変動の周波数帯のうちの第１の周波数帯の第１のノイズを抑制する電流を負荷回路に出力する電源回路と、第１の周波数帯と、第１の周波数帯よりも周波数域の高い第３の周波数帯との境界範囲にある第２の周波数帯の第２のノイズを抑制する一または複数の第１のコンデンサと、負荷回路、電源回路および第１のコンデンサが搭載される基板に設けられている電源層と、電源層に対して、電源回路から負荷回路への電流の伝搬経路から第１のコンデンサを分離させる位置に形成されたスリットと、を有する。

【発明の効果】

【0009】

１側面によれば、電源回路のノイズ抑制効果の悪化を防ぐことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電源装置の一例を説明するための図である。

【図2】電源装置の第１の比較例を示す図である。

【図3】電源装置の第１の比較例における構成の一例を示す図である。

【図4】電源回路およびコンデンサがノイズ抑制に寄与している周波数帯の一例を示す図である。

【図5】電源装置の第２の比較例を示す図である。

【図6】コンデンサの配置例を説明するための図である。

【図7】コンデンサ特性の一例を示す図である。

【図8】電源装置の第２の比較例における構成の一例を示す図である。

【図9】コンデンサの搭載数とノイズ抑制効果との関係の一例を示す図である。

【図10】電源装置の構成の一例を示す図である。

【図11】電源装置の構成の一例を示す図である。

【図12】電源装置の断面の第１の構成例を示す図である。

【図13】電源装置の断面の第２の構成例を示す図である。

【図14】電源装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は電源層にスリットが設けられている構成を示す図であり、（ｂ）はＬＳＩを省いて電源層に対するスリットの形成状態を示す図である。

【図15】電源装置の断面の一例を示す図である。

【図16】サーバ装置の構成の一例を示す図である。

【図17】シミュレーション結果の一例を示す図である。

【図18】シミュレーション結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は電源装置の一例を説明するための図である。電源装置１は、電源回路１ａ、負荷回路１ｂおよびコンデンサ群Ｃｇ１０（第１のコンデンサ）を備える。電源回路１ａ、負荷回路１ｂおよびコンデンサ群Ｃｇ１０は、基板ｐｔに搭載されている。

【0012】

負荷回路１ｂは、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。コンデンサ群Ｃｇ１０は、コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４を含む。コンデンサ群Ｃｇ１０は、４つのコンデンサとしたが任意の複数個でよい。また複数個でなく１つのコンデンサであってもよい。

【0013】

電源回路１ａは、負荷回路１ｂに電源電圧の供給を行い、負荷回路１ｂの動作により生じる電圧変動を監視し、監視結果に応じて電圧変動の周波数帯のうちの第１の周波数帯の第１のノイズを抑制する電流Ｉ１を負荷回路１ｂに出力する。

【0014】

コンデンサ群Ｃｇ１０は、バイパスコンデンサであって、第１の周波数帯と、第１の周波数帯よりも周波数域の高い第３の周波数帯との境界範囲にある第２の周波数帯の第２のノイズの抑制を図る。また、コンデンサ群Ｃｇ１０は、電源回路１ａから負荷回路１ｂへの電流Ｉ１の伝搬経路Ｌ１０から離隔した離隔領域ｒ０に搭載される。

【0015】

例えば、第１のノイズの抑制に要する電流Ｉ１が負荷回路１ｂによって消費される際に、負荷回路１ｂによる電流消費の妨げにならない領域を離隔領域とし、この離隔領域にコンデンサ群Ｃｇ１０が搭載される。このような、負荷回路１ｂによる消費電流の低下を及ぼさない領域、すなわち、電流Ｉ１の伝搬経路Ｌ１０から離隔した離隔領域ｒ０にコンデンサ群Ｃｇ１０が搭載されることで、負荷回路１ｂによる電流Ｉ１の消費がコンデンサ群Ｃｇ１０によって妨げられることはない。

【0016】

このように、電源装置１では、電源回路１ａが第１周波数帯のノイズを抑制する電流Ｉ１を負荷回路１ｂに出力する。また、第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯のノイズを抑制するコンデンサ群Ｃｇ１０は、電流Ｉ１の伝搬経路Ｌ１０から離隔した離隔領域に搭載される。これにより、電源回路１ａのノイズ抑制効果の悪化を防ぐことが可能になる。すなわち、電流Ｉ１の電源回路１ａから負荷回路１ｂへの伝搬が、コンデンサ群Ｃｇ１０によって阻害されることがないので、電源回路１ａによる第１周波数帯のノイズの抑制効果の悪化を防ぐことができる。

【0017】

次に負荷回路の動作時に発生するノイズの抑制制御について説明する。電源装置では、負荷回路の電源電圧を供給する電源回路と、コンデンサとによってノイズ要件を満たすように電源電圧供給の設計が行われる。また、電源回路では、負荷回路に電源電圧の供給を行っている場合に、所定のポイント（例えば、負荷回路の電源入力端子やその近傍点）における電圧を監視（センス）し、そのポイントにおいてセンスした電圧を一定に保つような機能を備えている。なお、以降では、負荷回路をＬＳＩと呼ぶ場合がある。また、電源回路がセンスした電圧変動にもとづいてノイズ抑制を行う制御をセンス電圧一定制御と呼ぶ場合がある。

【0018】

センス電圧一定制御では、ＬＳＩの動作によってノイズが発生した場合であっても、センスされた電圧を一定に保つような所定の電流が電源回路からＬＳＩに向けて出力されるため、ＬＳＩの動作中に発生したノイズを抑制することができる。

【0019】

ただし、電源回路が備えるセンス電圧一定制御によるノイズ抑制機能は、低周波数帯のノイズには有効であるが、周波数域が高くなるにつれてノイズ抑制効果が弱まる傾向がある。このため、センス電圧一定制御で抑制しきれない高周波数帯のノイズに対しては、高周波数帯のノイズの抑制を図るためのコンデンサを搭載して、そのコンデンサによって高周波数帯のノイズの除去が行われる。

【0020】

図２は電源装置の第１の比較例を示す図である。電源回路とＬＳＩとの間のコンデンサの配置例を模式図で示している。電源装置１０ａは、電源回路１１、ＬＳＩ１２およびコンデンサ群Ｃｇ２０を備える。コンデンサ群Ｃｇ２０は、コンデンサＣ２１、・・・、Ｃ２５を含む。電源回路１１は、経路Ｌ１を通じて、ＬＳＩ１２へ電源電圧を供給する。

【0021】

コンデンサＣ２１の一端は経路Ｌ１に接続され、コンデンサＣ２１の他端はグランド（以下、ＧＮＤと表記）に接続される。同様に、コンデンサＣ２２の一端は経路Ｌ１に接続され、コンデンサＣ２２の他端はＧＮＤに接続され、コンデンサＣ２３の一端は経路Ｌ１に接続され、コンデンサＣ２３の他端はＧＮＤに接続される。また、コンデンサＣ２４の一端は経路Ｌ１に接続され、コンデンサＣ２４の他端はＧＮＤに接続され、コンデンサＣ２５の一端は経路Ｌ１に接続され、コンデンサＣ２５の他端はＧＮＤに接続される。

【0022】

ここで、電源回路１１は、ＬＳＩ１２に電源電圧の供給を行っている場合に、ポイントｐ１における電圧をリモートセンスして、ポイントｐ１においてリモートセンスした電圧を一定に保つようなセンス電圧一定制御を行う。このようなセンス電圧一定制御が行われることで、低周波数帯のノイズが抑制される。一方、センス電圧一定制御で抑制しきれない高周波数帯のノイズは、コンデンサＣ２１、・・・、Ｃ２５によって抑制されることになる。

【0023】

図３は電源装置の第１の比較例における構成の一例を示す図である。図２に示した模式図の構成を実現した場合の電源装置の平面視の図を示している。電源装置１０ａは、電源回路１１、ＬＳＩ１２およびコンデンサ群Ｃｇ２０を備え、電源回路１１とＬＳＩ１２は、基板ｐｔのおもて面側に搭載されている。

【0024】

コンデンサ群Ｃｇ２０は、複数のコンデンサを含み、ＬＳＩ１２が搭載される基板ｐｔの下側裏面に搭載される。コンデンサ群Ｃｇ２０に含まれる複数のコンデンサは、例えば、チップコンデンサやフィルムコンデンサである。また、経路Ｌ１は、基板ｐｔに敷設されている電源層に該当する。

【0025】

図４は電源回路およびコンデンサがノイズ抑制に寄与している周波数帯の一例を示す図である。縦軸は電源電圧の供給経路のインピーダンスであり、横軸は周波数である。供給経路に発生するノイズ量は、供給経路のインピーダンスと、供給経路に流れる電流変動との積算値となり（ノイズ量＝インピーダンス×電流変動）、ノイズ量を見積もる指標となる。

【0026】

上述したように、低周波数帯ｆＬのノイズ（第１の周波数帯のノイズ）は、電源回路１１によるセンス電圧一定制御でノイズ抑制が図られる。また、高周波数帯ｆＨのノイズ（第３の周波数帯のノイズ）は、センス電圧一定制御ではノイズ抑制が困難であるため、供給経路に接続されたコンデンサ（コンデンサ群Ｃｇ２０）によってノイズ抑制が図られる。

【0027】

一方、低周波数帯ｆＬと高周波数帯ｆＨの間の境界範囲に位置する周波数帯ｆＭは、電源回路１１によるセンス電圧一定制御によるノイズ抑制効果は完全には失ってはいないが十分な効果が得られない周波数帯である。このような周波数帯ｆＭのノイズ（第２の周波数帯のノイズ）についても、それを抑えるためにコンデンサ（コンデンサ群Ｃｇ１０）が搭載される。なお、以降では、低周波数帯と高周波数帯の間の境界範囲に位置する周波数帯を境界周波数帯と呼ぶ場合がある。

【0028】

ここで、低周波数帯、境界周波数帯、高周波数帯の数値の一例としては、低周波数帯はおよそ５０ｋＨｚ未満の周波数帯である。境界周波数帯は、およそ５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の周波数帯である。高周波数帯は、５００ｋＨｚを越える周波数帯である。

【0029】

図５は電源装置の第２の比較例を示す図である。電源回路１１とＬＳＩ１２との間のコンデンサの配置例を模式図で示している。電源装置１０ｂは、電源回路１１、ＬＳＩ１２、コンデンサ群Ｃｇ１０およびコンデンサ群Ｃｇ２０を備える。

【0030】

電源装置１０ｂは、境界周波数帯のノイズ抑制を行うために、図２に示した電源装置１０ａに対して、さらにコンデンサＣ１１、Ｃ１２を含むコンデンサ群Ｃｇ１０を搭載したものである。コンデンサＣ１１の一端は経路Ｌ１に接続され、コンデンサＣ１１の他端はＧＮＤに接続され、コンデンサＣ１２の一端は経路Ｌ１に接続され、コンデンサＣ１２の他端はＧＮＤに接続される。

【0031】

図６はコンデンサの配置例を説明するための図である。コンデンサＣ２１、・・・、Ｃ２５によるノイズ抑制の働きは、高周波数帯で経路Ｌ１上に発生するノイズの周波数のインピーダンスを下げてノイズを抑制するものである。したがって、ターゲットとする高周波数帯において、コンデンサのインピーダンス（以下、コンデンサ・インピーダンス）が低くなるようなコンデンサが選定される。このコンデンサ・インピーダンスが低くなる周波数は、自己共振周波数と呼ばれる。

【0032】

なお、コンデンサは、抵抗成分Ｒ、インダクタンス成分Ｌ、容量成分Ｃを持ち、コンデンサ・インピーダンスＺは以下の式（１）から求められる。
Ｚ＝｜Ｒ＋ｊωＬ＋１／（ｊωＣ）｜・・・（１）
ここで例えば、コンデンサの選定として、高周波数帯として５５０ｋＨｚのノイズ周波数を抑制する場合、５５０ｋＨｚ近傍に自己共振周波数を持つコンデンサを選定することになる。このようにして選定されたコンデンサＣ２１、・・・、Ｃ２５によって経路Ｌ１上に発生する高周波数帯のノイズのインピーダンスを低減させることで、ノイズ振幅が低減して、高周波数帯のノイズの電流がＧＮＤにバイパスしてノイズが除去されることになる。

【0033】

同様に、コンデンサＣ１１、Ｃ１２は、境界周波数帯で発生するノイズの周波数のインピーダンスを下げてノイズを抑制するので、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の選定としては、境界周波数帯に自己共振周波数を持つコンデンサが選定される。

【0034】

例えば、境界周波数帯として１００ｋＨｚのノイズ周波数を抑制する場合、１００ｋＨｚ近傍に自己共振周波数を持つコンデンサを選定することになる。このようにして選定されたコンデンサＣ１１、Ｃ１２によって、境界周波数帯のノイズのインピーダンスを低減させることで、ノイズ振幅が低減して、境界周波数帯のノイズの電流をＧＮＤにバイパスしてノイズが除去されることになる。

【0035】

なお、ターゲットとする周波数帯が広ければ複数種類のコンデンサを用いてその帯域全体のノイズ抑制を図ることを行うが、その場合、自己共振周波数が高いコンデンサから、ノイズ発生源に近い位置に配置される。そして、ノイズ発生源から離れるにしたがって、自己共振周波数が低いコンデンサが配置される。

【0036】

図６の例では、高周波数帯のノイズ抑制目的のコンデンサＣ２１、・・・、Ｃ２５の自己共振周波数をｆｃ２１、・・・、ｆｃ２５として、ｆｃ２１＞ｆｃ２２＞ｆｃ２３＞ｆｃ２４＞ｆｃ２５であるとする。

【0037】

この場合、最も高い自己共振周波数を持つコンデンサＣ２１が、経路Ｌ１上でノイズ発生源（ここではＬＳＩ１２の回路が動作し電圧が変動することがノイズとなる）に最も近い位置に配置される。そして、ＬＳＩ１２の近傍から電源回路１１に向かって自己共振周波数が徐々に低くなるように、コンデンサＣ２２、Ｃ２３、Ｃ２４、Ｃ２５がこの順に配置される。

【0038】

また、境界周波数帯のノイズ抑制目的のコンデンサＣ１１、Ｃ１２の自己共振周波数をそれぞれｆｃ１１、ｆｃ１２とし、ｆｃ１１＞ｆｃ１２であるとする。この場合、自己共振周波数ｆｃ１１を持つコンデンサＣ１１からＬＳＩ１２に近い位置の経路Ｌ１上に配置されるが、境界周波数帯が高周波数帯より低い周波数でありｆｃ２５＞ｆｃ１１であることも考慮すると、この例では、コンデンサＣ２５と電源回路１１との間に配置されることになる。そして、コンデンサＣ１１と電源回路１１との間に、自己共振周波数ｆｃ１２を持つコンデンサＣ１２が配置される。

【0039】

なお、上記の例では、５００ｋＨｚを越える高周波数帯ノイズに対応するコンデンサＣ２１、・・・、Ｃ２５は、例えば、容量成分Ｃが４７μＦ以上、インダクタンス成分Ｌが３００ｐＨ以上の範囲でコンデンサが選定される。また、５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の境界周波数帯のノイズに対応するコンデンサＣ１１、Ｃ１２では、例えば、容量成分Ｃが４７μＦ未満、インダクタンス成分Ｌが３００ｐＨ未満の範囲でコンデンサが選定される。

【0040】

次に図７を用いて、複数のコンデンサを配置する場合に、自己共振周波数が高いコンデンサをノイズ発生源に近い位置に配置する理由について説明する。
図７はコンデンサ特性の一例を示す図である。縦軸は電源電圧の供給経路のインピーダンスであり、横軸は周波数である。４つのコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄがあり、コンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄの順に容量成分Ｃが小さくなるとする。また、コンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄそれぞれの自己共振周波数をｆＣａ、ｆＣｂ、ｆＣｃ、ｆＣｄとする。ノイズ抑制のターゲットとする周波数帯において、自己共振周波数はｆＣａ＜ｆＣｂ＜ｆＣｃ＜ｆＣｄの関係となる。

【0041】

ここで、電源電圧の供給経路に複数のコンデンサとしてコンデンサＣａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄを配置するような場合、負荷回路の近くから、コンデンサＣｄ、Ｃｃ、Ｃｂ、Ｃａの順に配置することが一般的に行われる（自己共振周波数の高い順に配置される）。

【0042】

ノイズ発生源となる負荷回路に複数種類のコンデンサを置くのは、広い周波数帯でインピーダンスを下げることを目的としている。上述のように、ノイズ量＝インピーダンス×電流変動であり、電流変動が持つ周波数成分に対してどの周波数でもノイズが抑えられるように、色々な周波数に適した複数種のコンデンサを配置する。この場合、コンデンサ種類の配置順を決めるのは、コンデンサの持つ特性が経路の影響を受けやすいか否かが重要になる。

【0043】

負荷回路から見た、経路とコンデンサの両方を考慮したインピーダンスの近似式は、以下の式（２）となる。
インピーダンス＝Ｒ１＋ｊωＬ１＋１／（ｊωＣ１）＋Ｒ２＋ｊωＬ２・・・（２）
Ｒ１、Ｌ１およびＣ１はそれぞれ、コンデンサの抵抗成分、インダクタンス成分および容量成分を示すパラメータであり、Ｒ２およびＬ２はそれぞれ、コンデンサから負荷回路までの経路の抵抗成分およびインダクタンス成分を示すパラメータである。式（２）に示されるように、ノイズ発生源（負荷回路）でのコンデンサのノイズ抑制効果は、経路まで含めたインピーダンスを考慮することが重要である。

【0044】

ここでコンデンサのＬ１成分と、経路のＬ２成分との比率を考えると、Ｌ１が小さなコンデンサの方がＬ２の影響（経路の影響）を受けやすく、Ｌ１が大きなコンデンサの方がＬ２の影響を受けにくいことになる。さらに、コンデンサの位置が負荷回路から遠くなる（経路が長くなる）ほどＬ２は大きくなり、経路の影響が大きく見えることになる。一方、コンデンサは物理サイズが小さいほどＬ１とＣ１は小さくなり、自己共振周波数は高くなる。つまりは自己共振周波数が高いコンデンサの方が経路の影響を受けやすい。

【0045】

以上のようなことが、ノイズ対策のバイパスコンデンサ配置のセオリーとして、負荷回路の近くに、容量成分もしくは物理サイズが小さいコンデンサから置くのがよいとされている理由である。

【0046】

図８は電源装置の第２の比較例における構成の一例を示す図である。図５に示した模式図の構成を実現した場合の電源装置の平面視の図を示している。電源装置１０ｂは、電源回路１１、ＬＳＩ１２およびコンデンサ群Ｃｇ１０、Ｃｇ２０を備え、電源回路１１とＬＳＩ１２は、基板ｐｔのおもて面に搭載されている。高周波数帯ノイズ対応のコンデンサ群Ｃｇ２０は、基板ｐｔに対して、ＬＳＩ１２が配置される位置の下側裏面に搭載される。また、境界周波数帯ノイズ対応のコンデンサ群Ｃｇ１０は、電源回路１１とＬＳＩ１２との間の領域に搭載されている。しかし、このようなコンデンサ群Ｃｇ１０の配置では、電源回路１１によるセンス電圧一定制御にもとづくノイズ抑制効果が悪化してしまう。

【0047】

次にノイズ抑制効果が悪化する理由について説明する。電源回路１１では、センス電圧一定制御によって、電源供給先のＬＳＩ１２の電圧変動を検出した場合、電源電圧の供給経路を通じてＬＳＩ１２に電流を流して、電圧変動を一定にしてノイズを抑制する。

【0048】

ただし、電源回路１１によるセンス電圧一定制御は、高周波数帯ノイズの振幅変動の速さに応答することが難しいため、高周波数帯ノイズの抑制効果は低い。したがって、センス電圧一定制御では、ノイズの振幅変動の速さに電源回路１１が応答することが可能な低周波数帯ノイズに対して抑制効果を有している。

【0049】

一方、境界周波数帯ノイズに関しては、電源回路１１のみでは十分にノイズを抑えられないため、境界周波数帯ノイズ対応のコンデンサの搭載を要することになる。ただし、境界周波数帯ノイズ対応のコンデンサが電源回路１１とＬＳＩ１２との間の領域に配置された場合、電源回路１１のセンス電圧一定制御によるノイズ抑制の効果を悪化させてしまう可能性がある。

【0050】

なぜなら、電源回路１１とＬＳＩ１２との間の領域に配置したコンデンサによって、低周波数帯ノイズを打ち消すために電源回路１１から出力された電流がＬＳＩ１２まで伝わり難くなりノイズ抑制が遅れてしまうからである。また、その結果として、電源回路１１が十分にノイズを抑えられる周波数はさらに低周波側にシフトしてしまい、ノイズを抑える効果が悪化してしまうことになる。

【0051】

図９はコンデンサの搭載数とノイズ抑制効果との関係の一例を示す図である。なお、テーブルＴ１における、境界周波数帯ノイズ対応のコンデンサの搭載数とは、電源回路１１とＬＳＩ１２との間の領域に搭載されるコンデンサの数のことである。

【0052】

テーブルＴ１において、境界周波数帯ノイズに対応するコンデンサ（以下、境界コンデンサと呼ぶ場合がある）の搭載数が少ない場合、境界コンデンサによる境界周波数帯ノイズの抑制効果は小さくなるが、センス電圧一定制御で行われる低周波数帯ノイズ抑制の効果は大きくなる。

【0053】

また、境界コンデンサの搭載数が多い場合、境界コンデンサによる境界周波数帯ノイズの抑制効果は大きくなるが、センス電圧一定制御で行われる低周波数帯ノイズ抑制の効果は小さくなる。

【0054】

このように、境界周波数帯ノイズは、電源回路１１のみでは十分にノイズを抑えられないため境界コンデンサの搭載を要するが、境界コンデンサの搭載によって電源回路１１側の低周波数ノイズ抑制の効果を悪化させてしまう。

【0055】

また、低周波数ノイズの抑制が悪化する分、低周波数ノイズ抑制に対応したコンデンサをさらに搭載すると、部品搭載面積が大きくなってしまう。また、電源回路１１が抑えられるノイズは低周波側にシフトするため、そのノイズに対応させるコンデンサの容量は大きくなる。このため、よりサイズが大きなコンデンサを搭載することになり、搭載面積が大きくなってしまう。

【0056】

次にノイズ抑制効果の悪化の防止を図った電源装置について詳しく説明する。図１０は電源装置の構成の一例を示す図である。電源回路１１とＬＳＩ１２との間のコンデンサの配置例の模式図で示している。電源装置１０－１は、電源回路１１、ＬＳＩ１２およびコンデンサ群Ｃｇ１０、Ｃｇ２０を備える。

【0057】

図５に示した電源装置１０ｂの構成と異なる箇所は、コンデンサＣ１１、Ｃ１２を含むコンデンサ群Ｃｇ１０が経路Ｌ１とは異なる経路Ｌ２に接続されているものである。コンデンサＣ１１の一端は経路Ｌ２に接続され、コンデンサＣ１１の他端はＧＮＤに接続され、コンデンサＣ１２の一端は経路Ｌ２に接続され、コンデンサＣ１２の他端はＧＮＤに接続される。

【0058】

境界周波数帯ノイズの対策でコンデンサ群Ｃｇ１０を搭載する場合、電源回路１１のノイズ抑制効果の悪化を抑えるため、電源回路１１と電源電圧供給先のＬＳＩ１２との間に電流Ｉ１が流れる経路Ｌ１から離れた位置（図１０では模式的に経路Ｌ２としている）に搭載するものである。

【0059】

なお、経路Ｌ１は、ＬＳＩ１２の電源端子に接続され、電源回路１１から供給される電源電圧と、電源回路１１でセンス電圧一定制御が行われるときに電源回路１１から出力される電流Ｉ１とが伝搬する経路である。また、経路Ｌ２は、ＬＳＩ１２の電源端子に接続されている。

【0060】

図１１は電源装置の構成の一例を示す図である。図１０に示した模式図の構成を実現した場合の電源装置の平面視の図を示している。電源装置１０－１は、電源回路１１、ＬＳＩ１２およびコンデンサ群Ｃｇ１０、Ｃｇ２０を備え、電源回路１１とＬＳＩ１２は、多層基板１３－１のおもて面に搭載されている（基板ｐｔとして多層基板１３－１を使用した例を示している）。なお、コンデンサ群Ｃｇ１０の図１１中の右端に位置するコンデンサをコンデンサＣａ１とし、コンデンサ群Ｃｇ２０の図１１中の下側右端に位置するコンデンサをコンデンサＣｂ１とする。

【0061】

また、高周波数帯ノイズ対応のコンデンサ群Ｃｇ２０は、多層基板１３－１の裏面に搭載される。また、境界周波数帯ノイズ対応のコンデンサ群Ｃｇ１０は、電源回路１１とＬＳＩ１２との間に流れる電流Ｉ１の経路から離れた位置に搭載される。

【0062】

この場合、バイパスコンデンサはなるべく対象回路の近くに置くのが望ましいため、具体的には、電源回路１１とＬＳＩ１２との間の領域ｒ１（回路間領域）に電流Ｉ１の伝搬経路があるので、ＬＳＩ１２を挟んで領域ｒ１とは反対側に位置する領域ｒ０（離隔領域）に搭載される。すなわち、電源電圧供給先のＬＳＩ１２から見て電源回路１１が搭載されている位置とは反対側の位置にコンデンサ群Ｃｇ１０が搭載される。

【0063】

ここで、電源回路１１によるセンス電圧一定制御による電流Ｉ１が出力された場合、領域ｒ１にはコンデンサ群は配置されていないので、電流Ｉ１は電源層を通じてＬＳＩ１２まで流れてＬＳＩ１２によって消費される。したがって、センス電圧一定制御によって出力された電流Ｉ１は、コンデンサ群によって電流伝搬が阻害されることはなく、ＬＳＩ１２による電流消費が妨げられることはないので、電源回路１１のノイズ抑制効果の悪化を防ぐことができる。

【0064】

図１２は電源装置の断面の第１の構成例を示す図である。図１１のＸ１－Ｘ１による断面図を示している。多層基板１３－１のおもて面側に対して、電源回路１１、ＬＳＩ１２、コンデンサＣａ１が搭載され、多層基板１３－１の裏面側に対して、コンデンサＣｂ１が搭載されている。

【0065】

コンデンサＣａ１は、境界周波数帯ノイズに対応して搭載されたコンデンサ群Ｃｇ１０に含まれる１つのコンデンサであり、コンデンサＣｂ１は、高周波数帯ノイズに対応して搭載されたコンデンサ群Ｃｇ２０に含まれる１つのコンデンサである。

【0066】

多層基板１３－１は、絶縁層１３ａ、電源層１３ｂおよびＧＮＤ層１３ｃを含む。電源層１３ｂは、電源パターン１３ｂ１、１３ｂ２を含み、絶縁層１３ａの下面に接合されている。また、ＧＮＤ層１３ｃは、ＧＮＤパターン１３ｃ１、１３ｃ２、１３ｃ３、１３ｃ４を含み、絶縁層１３ａの上面に接合されている。

【0067】

なお、電源パターン１３ｂ１、１３ｂ２は、絶縁層１３ａにおける図示しない接続箇所によって互いに接続されており、ＧＮＤパターン１３ｃ１、１３ｃ２、１３ｃ３、１３ｃ４は、絶縁層１３ａにおける図示しない接続箇所によって互いに接続されている。

【0068】

コンデンサＣａ１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｃ１に接続され、コンデンサＣａ１の電源端子は、電源パターン１３ｂ１に接続される。コンデンサＣｂ１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｃ２に接続され、コンデンサＣｂ１の電源端子は、電源パターン１３ｂ２に接続される。

【0069】

ＬＳＩ１２のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｃ２に接続され、ＬＳＩ１２の電源端子は、電源パターン１３ｂ２に接続される。電源回路１１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｃ３に接続され、電源回路１１の電源端子は、電源パターン１３ｂ２に接続される。

【0070】

図１３は電源装置の断面の第２の構成例を示す図である。コンデンサＣａ１、Ｃｂ１が共に多層基板の裏面側に搭載されている場合の断面図を示している。多層基板１３－２のおもて面側に対して、電源回路１１、ＬＳＩ１２が搭載され、多層基板１３－２の裏面側に対して、コンデンサＣａ１、Ｃｂ１が搭載されている。多層基板１３－２は、絶縁層１３ａ、電源層１３ｂ１０およびＧＮＤ層１３ｄを含む。

【0071】

電源層１３ｂ１０は、電源パターン１３ｂ１１、１３ｂ１２、１３ｂ１３を含み、絶縁層１３ａの下面に接合されている。ＧＮＤ層１３ｄは、ＧＮＤパターン１３ｄ１、１３ｄ２、１３ｄ３を含み、絶縁層１３ａの上面に接合されている。なお、電源パターン１３ｂ１１、１３ｂ１２、１３ｂ１３は、絶縁層１３ａにおける図示しない接続箇所によって互いに接続されている。また、ＧＮＤパターン１３ｄ１、１３ｄ２、１３ｄ３は、絶縁層１３ａにおける図示しない接続箇所によって互いに接続されている。

【0072】

コンデンサＣａ１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｄ１に接続され、コンデンサＣａ１の電源端子は、電源パターン１３ｂ１１に接続される。コンデンサＣｂ１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｄ１に接続され、コンデンサＣｂ１の電源端子は、電源パターン１３ｂ１３に接続される。

【0073】

ＬＳＩ１２のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｄ１に接続され、ＬＳＩ１２の電源端子は、電源パターン１３ｂ１３に接続される。電源回路１１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｄ２に接続され、電源回路１１の電源端子は、電源パターン１３ｂ３に接続される。このように、境界周波数帯ノイズ対応のコンデンサ群Ｃｇ１０を、ＬＳＩ１２から見て電源回路１１が搭載されている位置とは反対側の位置に搭載する場合、多層基板の裏面側に搭載してもよい。

【0074】

図１４は電源装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は電源層にスリットが設けられている構成を示す図であり、（ｂ）はＬＳＩを省いて電源層に対するスリットの形成状態を示す図である。

【0075】

電源装置１０－２では、電源層１３ｅにスリットｓｔ１、ｓｔ２が形成されている。スリットｓｔ１、ｓｔ２は、電源回路１１から出力される電流Ｉ１が流れる伝搬経路から、コンデンサ群Ｃｇ１０を分離させる場所に形成される。すなわち、電源層１３ｅの領域のうち、電源回路１１とＬＳＩ１２が搭載された第１の領域ｒ１１と、コンデンサ群Ｃｇ１０が搭載された第２の領域ｒ１２との間に形成される。

【0076】

例えば、ＬＳＩ１２から見て電源回路１１が搭載されている位置とは反対側の位置（図１１に示した領域ｒ０）にコンデンサ群Ｃｇ１０が搭載可能な場所が確保できないような場合、電源層１３ｅに対して、図１４に示すような位置にスリットｓｔ１、ｓｔ２を形成する。これにより、電流伝搬経路と、コンデンサ群Ｃｇ１０とを分離した状態とすることができる。

【0077】

このように、電源回路１１とＬＳＩ１２との間の電流伝搬経路に近い位置に、境界周波数帯ノイズの抑制を図るためのコンデンサ群を搭載する場合は、電源層にスリットを形成して電流伝搬経路と、当該コンデンサ群とを分離させる。これにより、コンデンサ群によって電流伝搬が阻害されることがなくノイズ抑制効果の悪化を防ぐことができる。

【0078】

図１５は電源装置の断面の一例を示す図である。図１４（ａ）のＸ２－Ｘ２による断面図を示している。多層基板１３－３のおもて面側に対して、電源回路１１、ＬＳＩ１２、コンデンサＣａ１が搭載され、多層基板１３－３の裏面側に対して、コンデンサＣｂ１が搭載されている。多層基板１３－３は、絶縁層１３ａ、電源層１３ｅおよびＧＮＤ層１３ｆを含む。電源層１３ｅは、電源パターン１３ｅ１、１３ｅ２を含み、絶縁層１３ａの下面に接合されている。

【0079】

また、電源パターン１３ｅ１にはスリットｓｔ２が設けられて、スリットｓｔ２を挟んで電源パターン１３ｅ１－１と電源パターン１３ｅ１－２が形成されている。電源パターン１３ｅ１－１は、電源回路１１から出力される電流が流れる電流伝搬経路から分離しており、電源パターン１３ｅ１－１に接続されているコンデンサＣａ１を電流伝搬経路から分離させている。

【0080】

ＧＮＤ層１３ｆは、ＧＮＤパターン１３ｆ１、１３ｆ２、１３ｆ３、１３ｆ４を含み、絶縁層１３ａの上面に接合されている。なお、電源パターン１３ｅ１、１３ｅ２は、絶縁層１３ａにおける図示しない接続箇所によって互いに接続されており、ＧＮＤパターン１３ｆ１、１３ｆ２、１３ｆ３、１３ｆ４は、絶縁層１３ａにおける図示しない接続箇所によって互いに接続されている。

【0081】

コンデンサＣａ１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｆ１に接続され、コンデンサＣａ１の電源端子は、電源パターン１３ｅ１－１に接続される。コンデンサＣｂ１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｆ２に接続され、コンデンサＣｂ１の電源端子は、電源パターン１３ｅ１－２に接続される。

【0082】

ＬＳＩ１２のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｆ１に接続され、ＬＳＩ１２の電源端子は、電源パターン１３ｅ２に接続される。電源回路１１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤパターン１３ｆ３に接続され、電源回路１１の電源端子は、電源パターン１３ｅ２に接続される。

【0083】

次に上記の電源装置１、１０－１、１０－２の機能を備えたサーバ装置について説明する。図１６はサーバ装置の構成の一例を示す図である。サーバ装置２０は、電源装置１００を備える。電源装置１００は、電源回路１１、プロセッサ１２ａ、コンデンサ群Ｃｇ１０、Ｃｇ２０を含む。サーバ装置２０に備えらえた電源装置１００は、電源回路１１からプロセッサ１２ａへの給電を行う給電部に該当する。

【0084】

サーバ装置２０は、プロセッサ１２ａによって装置全体が制御されている。プロセッサ１２ａは、ＣＰＵ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。プロセッサ１２ａには、バスを介してメモリ群２１、記憶装置２２およびＩＯインタフェース群２３が接続されている。

【0085】

メモリ群２１は、サーバ装置２０の主記憶装置として使用される。メモリ群２１に含まれるメモリは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）である。メモリ群２１には、プロセッサ１２ａに実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、メモリ群２１には、プロセッサ１２ａによる処理に利用する各種データが格納される。

【0086】

記憶装置２２は、サーバ装置２０の補助記憶装置として使用され、ＯＳのプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。記憶装置２２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）である。

【0087】

ＩＯインタフェース群２３は、装置外部との入出力インタフェースを行う。例えば、ユーザ端末に接続されて、ユーザ端末とプロセッサ１２ａとの間で信号の送受信を行う。また、ＩＯインタフェース群２３は、ネットワークに接続してネットワークを介して、他のコンピュータまたは通信機器との間で信号の送受信を行う。

【0088】

電源ユニット（ＰＳＵ：Power Supply Unit）２４は、交流電源電圧を直流の電源電圧に変換してサーバ装置２０内の各構成要素に電力供給を行う。電源回路１１は、ＰＯＬ（Point of Load）レギュレータであって、電源ユニット２４で生成された電圧にもとづいて、プロセッサ１２ａが要するレベルの電源電圧を生成し、生成した電源電圧をプロセッサ１２ａに供給する。

【0089】

図１７はシミュレーション結果の一例を示す図である。電源供給先のＬＳＩ１２から見て電源回路１１の搭載位置とは反対側にコンデンサ群Ｃｇ１０を搭載した場合のノイズ抑制効果のシミュレーション結果を示している。横軸は周波数、縦軸は電源電圧および電流が供給される経路のインピーダンスである。

【0090】

波形ｋ１（実線）は、電源回路１１とＬＳＩ１２との間にコンデンサを搭載する配置の場合、波形ｋ２（破線）は、波形ｋ１で配置した同数のコンデンサをＬＳＩ１２から見て電源回路１１とは反対側に搭載した場合である。また、波形ｋ３（一点鎖線）は、電源回路１１とＬＳＩ１２との間にコンデンサを搭載する際に、波形ｋ１で配置した個数の倍の数のコンデンサを搭載した場合である。

【0091】

図１７に示すシミュレーション結果では、波形ｋ１と波形ｋ２を比較した場合、同数のコンデンサの搭載では、コンデンサをＬＳＩ１２から見て電源回路１１とは反対側に搭載した場合の方が、インピーダンスが低く抑えられている。また、波形ｋ１と波形ｋ３を比較した場合、電源回路１１とＬＳＩ１２との間におけるコンデンサの搭載では、コンデンサを倍の数にして配置してもインピーダンスの改善はわずかになっている。したがって、ＬＳＩ１２から見て電源回路１１とは反対側にコンデンサを配置することの優位性がみられる。

【0092】

図１８はシミュレーション結果の一例を示す図である。電源回路１１とＬＳＩ１２との間の電源層にスリットを入れて、電流経路と対象となるコンデンサが離れるようにした場合のノイズ抑制効果のシミュレーション結果を示している。横軸は周波数、縦軸は電源電圧および電流が供給される経路のインピーダンスである。

【0093】

波形ｋ１１は、電源層にスリットがない場合、波形ｋ１２は電源層にスリットがある場合を示す。スリットを入れることによって、インピーダンスカーブのピークが低く抑えられている。このように、電源層にスリットを設けた場合、コンデンサをＬＳＩ１２から見て電源回路１１とは反対側に搭載した場合と同様にして、ノイズ抑制効果を高めることができる。

【0094】

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

【符号の説明】

【0095】

１ 電源装置
１ａ 電源回路
１ｂ 負荷回路
ｐｔ 基板
Ｃｇ１０ コンデンサ群
Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４ コンデンサ
Ｉ１ 電流
Ｌ１０ 伝搬経路
ｒ０ 離隔領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】