當(dāng)我與一些知識淵博的鎖相環(huán) (PLL) 設(shè)計師合作時，我了解到了這一點。他們告訴我，除了 C0G 或 X7R 電容器之外的任何東西都會有問題。這個“問題”是，除了用于制造 C0G 電容器的電介質(zhì)之外，任何電介質(zhì)都使用天然壓電材料，并且在變形時會導(dǎo)致電壓在部件上產(chǎn)生。我認為 PLL 設(shè)計人員首先發(fā)現(xiàn)這個問題是在設(shè)計顯示冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)頻率處的射頻邊帶時。風(fēng)扇使 PCB 振動，這種振動導(dǎo)致相關(guān)電容器產(chǎn)生足夠的壓電電壓來調(diào)制 PLL 的振蕩器調(diào)諧線，從而產(chǎn)生邊帶。將電容器更改為 C0G 類型使問題消失。

電容器行業(yè)知道這一點，他們稱之為：“唱歌電容器”，因為大多數(shù)人以與我的經(jīng)驗相反的方式了解這種壓電現(xiàn)象。如果在其中一個電容器上施加交流電壓，它們就會自行彎曲，如果頻率、電壓和安裝恰到好處，它會將 PCB 變成揚聲器，從而產(chǎn)生可聽噪聲。

閱讀許多筆記本電腦的評論有時會描述在某些筆記本電腦的特定負載條件下可以聽到的可聽見的嗚嗚聲。他們通常將此描述為“線圈嘯叫”，但它可能實際上是一個“唱歌電容器”。

一些制造商已經(jīng)修改了他們的電容器的設(shè)計，以減輕問題并降低可能的噪聲 。

過去有一些很好的工作來證明和衡量這些問題，我在這里重復(fù)它們是沒有意義的，請參閱參考資料。

正如我根據(jù)其他設(shè)計師的經(jīng)驗所提到的，在我的模擬設(shè)計中，除了 C0G 和 X7R 電容器之外，我一直遠離任何其他電容器，只在必須使用的地方使用更高密度的電容器，例如在 FPGA 的電源焊盤之間等。 ，或者在嚴(yán)格的數(shù)字設(shè)計中。雖然，如果您在時鐘線路中使用這些壓電電容器中的一個，誰能說某些壓電電位不會導(dǎo)致開關(guān)閾值抖動，從而在線路的下游造成不必要的時鐘抖動?當(dāng)心!

我一直認為 X7R 電容器不會受到壓電問題的影響，但事實并非如此，因為 X7R 電容器使用的電介質(zhì)材料本身也是壓電的。只是到目前為止，壓電電荷水平太低而不會引起任何問題，您的里程可能會像他們所說的那樣有所不同。這種情況隨時可能改變，正如我對 2017 年電容器嚴(yán)重短缺的經(jīng)歷所表明的那樣，因此最好非常謹慎?；蛘咴谶m當(dāng)?shù)那闆r下使用一種專門設(shè)計的低噪聲電容器。

當(dāng)陶瓷電容器壞了——開裂問題

陶瓷電容器非常脆弱。誰沒有破解或端蓋脫落?在薄 PCB 上使用大型陶瓷電容器可能會加劇這種脆弱性，在這種情況下，彎曲會導(dǎo)致許多電容器破裂。我的經(jīng)驗是，我害怕在標(biāo)準(zhǔn) 0.032 或 0.062 英寸厚的 PCB 上使用任何大于 1206 尺寸的部件。我什至以工字梁方式將電容器直立安裝，以減少可能的應(yīng)力。許多大型陶瓷電容器陣列甚至安裝在應(yīng)力消除框架中，以減少可能的開裂應(yīng)力。如果對任何已完成的 PCB 組件施加力，導(dǎo)致任何彎曲(紅線)。然后沿彎曲安裝的任何部件將在其安裝點(黑線)處受到力。陶瓷電容器非常脆，通常首先受到彎曲力的影響，并在安裝點處破裂。

電容器結(jié)構(gòu)在某種程度上確實很重要，但所有陶瓷電容器都容易因彎曲應(yīng)力而破裂。牢記這一點并根據(jù)組件的尺寸使用適當(dāng)厚度的 PCB 以減少可能的彎曲是很好的。0.090 或 0.120 英寸厚的 PCB 比標(biāo)準(zhǔn)的 0.032 或 0.062 英寸厚的材料更硬，可能足以解決任何潛在問題。

請記住，彎曲應(yīng)力不僅會在您對板進行物理變形時發(fā)生。對完成的組件進行溫度循環(huán)也會導(dǎo)致足夠的應(yīng)力使陶瓷電容器破裂。

一些制造商生產(chǎn)的電容器具有特殊的柔性或軟端子，允許焊點實際彎曲一些，這可以極大地幫助緩解問題。

任何小于 0603 的組件的另一個實際問題是，當(dāng)您處理電路板或嘗試將組裝好的電路板放入堅硬/法拉第屏蔽的金屬化防靜電袋中時。這些類型的金屬袋非常堅硬，可以很容易地將小零件從板上剪下來。在將組件放入堅硬的法拉第屏蔽袋之前，將組件放入更柔順或有襯墊的防靜電袋中可以防止很多損壞問題。

你不知道你不知道什么

所有這些電容器問題都已廣為人知并已記錄在案，但仍未得到普通工程界的廣泛認可。我今天仍然看到嘗試在模擬信號路徑中使用盡可能小的電容器的設(shè)計。遺憾的是，這些設(shè)計人員即將直接了解電容下降、失真和壓電問題。這是不幸的，因為像我一樣被引導(dǎo)繞過陷阱的痛苦要小得多，所以如果我不得不親自遇到所有這些問題，我所遭受的痛苦就沒有那么大了。

最近，在電容器嚴(yán)重短缺之后，我重新評估了我可以根據(jù)我假設(shè)的壓電經(jīng)驗法則做出多少外推，即 X7R 電容器在某種程度上不受這個問題的影響。我不再盲目假設(shè)，而是更加謹慎。正如 TDK 應(yīng)用說明 [7] 所述：

“工程師不能僅根據(jù)……{電路外}……測量做出一般假設(shè)。”

仔細測試你想在電路中使用的部分，但不要試圖推斷其他類似的部分。它們可能完全不同，更糟糕的是，下周下一個零件短缺到來時，它們可能會發(fā)生變化。

電容器不是唯一可能的問題

當(dāng)凌力爾特公司開始生產(chǎn) 18 位和 20 位 ADC 時，他們發(fā)現(xiàn)即使是較小的 SMT 電阻器也會導(dǎo)致失真 。事實證明，12 位和 14 位分辨率非常簡單，今天任何大于 16 位的分辨率都需要進行大量仔細設(shè)計，其中每個零件都需要仔細檢查非線性。包括在完成的電路板上“敲擊”以尋找壓電效應(yīng)!