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用简单的语言,讲复杂的技术!
电流噪声的源头,竟然是它!万万没想到!
前面我们讲了很多电容的常见知识,链接都在本文末尾。
先讲个故事:
熟悉2G/GSM模块的朋友都知道,GSM发射功率很大,GSM手机打电话的时候,经常会听到“吱吱吱”的电流声。
“燚智能”早些年做过的一个2G手机项目,就遇到的电流声。打电话的时候,听筒位置咯吱咯吱的响个不停。
工程师们做了很多实验,包铜箔屏蔽、音频线串磁珠、并电容,各种方案折腾好几天都没有改善。
后来不知道哪个哥们抽筋了,拿了一块电路板去测试,只有电路板没有外围器件的电路板,连听筒喇叭都没有。
结果,电路板竟然也听到有电流声了!
听筒喇叭都没有,单独一个电路板的声音从哪里来的呢?
工程师想了个办法,用一截筷子,一端顶在耳朵里,一端顶在电路板上,硬是找出来了发声源:主电源上的陶瓷电容!
锈迹斑斑的老古董
电容为什么会响?
电容发出声音,也叫“电容啸叫”
电容啸叫,是因为电容被加电后,产生电场力;电容在电场力作用下发生细微的膨胀;如果电容上的纹波过大,电场力的变化也就比较大;变化的电场力施加在PCB板上,就引起了振动;如果纹波频率在人耳收听的范围内,就听到了电容发出的声音。
GSM手机的电容,为什么会响?
GSM是脉冲发射的,每秒发射217次,每次发射时间只有几毫秒,但是脉冲电流可达2A以上。
所以GSM手机的电源系统,在打电话的时候抖动的非常厉害,所以人耳就能听到电容发出的217Hz的声音了。
GSM发射时的电池纹波
其他电容发声的场景:
电容啸叫,一般出现在DC-DC电路、周期性变化的大电流线路的叠层陶瓷电容上。
例如LCD屏幕的背光驱动,一般采用2K-20KHz的PWM调光,会发出PWM频率的声音。
再有就是DC-DC进入睡眠模式时,一般会掉入轻载模式,此时DCDC处于断续导通状态,在此状态下电源噪声频率很可能调入声音频率范围,在选择DCDC芯片时需要关注整机睡眠功耗和DCDC是否支持强制导通模式,避免DCDC开关调入20HZ-20KHZ声音频率范围。
还有就是像GSM这样的瞬间大功率的电源系统。
如何解决?
空间大的,用液态电解电容。体积大,膨胀小,介质软,几乎没声音。
不差钱的,用钽电容或聚合物电容。没有陶瓷电容那么硬,所以声音也小。
选择开关型的元器件,尽量避开20-20KHz的频率范围,就听不到电容的声音了。
选择带支架的陶瓷电容,把电容和电路板隔开,避免声音传导和放大。
实在不行,只有把陶瓷电容和听筒喇叭离远点了。
总结和提问:
电容啸叫有两种处理结果:啸叫完全消除和啸叫减弱。
除了变换开关频率、使其在20HZ-20KHZ范围以外,换电解电容或者钽电容,其它处理方式都只是减弱啸叫而非消除。不管采用哪一种做法,能达到结果就行:最终电容啸叫的噪声分贝达到设备的要求。
留个问题:
曾经有位老工程师建议,陶瓷电容,在PCB正反面背对背摆放,一边一颗,可以减轻电容啸叫。请问,这是真的吗??
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