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调试过音频干扰问题的机圈工程师,想必一定经历过被TDD和板振问题支配时的那种痛苦。之前的文章中,给大家详细介绍了TDD的原理和调试方法,点击可回顾原文。
今天,就给大家详细讲解一下板振产生的原理、定位问题和优化方法。
一、板振原因
机圈中常说的板振,又被叫做电容啸叫。顾名思义,就是电容因为某些原因形变伸缩,进而带着PCB板振动,产生所谓的板振音。
但并不是所有的电容都会有这种问题,板振问题通常都出现在叠层陶瓷电容(MLCC)上。原因在于,在外加电场的情况下,陶瓷介质本身会有较大的伸缩变形。
如果此时电容两端有一个交变电压的话,那么陶瓷电容自身的形变就会成周期性。由于电容紧贴PCB基板,电容这种周期性形变就会带动PCB一起形成周期性振动。
如果电容两端的交变电压频率处于人耳可听范围的话,比如2G PA工作时,VBAT上会产生一个217Hz的周期性电压纹波,那么电容和PCB板一起形成的板振音就会被人耳所听到。
二、板振音定位
1)追本溯源:出现板振音,基本上就是出现在具有周期性变化的电源网络中的陶瓷电容上了,比如2G PA工作时的VBAT网络,动态调压的显示背光输出、开关电源的轻负载模式等场景中。看一下你的板子上有没有这些东西...
2)听诊器:确定了具体的网络,甚至某一块区域,可是那一片有很多颗电容怎么办?一般电容尺寸越大,啸叫也就越大。可以借助听诊器,确认具体是哪些电容在啸叫,再做针对性改善。
三、板振优化方法
1)尽可能加粗电源走线,降低电源纹波,电容的形变伸缩也会降低,板振音自然就减小了。
2)可以将大封装的陶瓷电容更换为多颗小尺寸的电容并联,电容之间彼此交错排布,可以抑制pcb板的形变,降低板振影响。
3)空间充足的情况下,还可以在电容两端的PCB上开槽,将电容形变伸缩所带动的PCB限制在较小的范围内,来减小振动区域,从而降低板振音。
4)如果成本允许的话,还可以采用专门应对啸叫的MLCC,这类MLCC底部增加了不会发生形变的垫高板,或者两端增加了金属支架。其作用都是将MLCC和PCB基板隔开,降低MLCC的形变对PCB板的影响,从而降低板振音。
5)如果成本和空间都OK的情况下,你还可以用聚合物电容,这类电介质元件不会受施加的电场发生应变,从源头解决了电容的振动问题,还能获得较好的有效电容容量。
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