圖1：輕敲PCB產(chǎn)生的電路輸出

圖1中顯示的7個(gè)輸出電壓中的尖峰是我輕敲PCB的結果。很多與PCB的物理相互作用會(huì )導致電路輸出的變化。例如，按壓運算放大器的封裝會(huì )改變其偏移電壓。然而，這個(gè)電路對振動(dòng)非常敏感，而運算放大器通常并未顯示出這樣的靈敏度水平。將這一點(diǎn)考慮在內后，我將注意力轉移到PCB上的陶瓷電容器。

多層陶瓷電容器非常有用。它們提供低等效串聯(lián)電阻 (ESR) 與等效串聯(lián)電感 (ESL)，以及大容積效率的獨特組合。如圖2所示，它們的結構是陶瓷電介質(zhì)材料內的多層金屬電極。

圖2：多層陶瓷電容器的物理結構

鈦酸鋇 (BaTiO3) 常常被用在陶瓷電容器的電介質(zhì)中，其原因是這種物質(zhì)具有大于3000的相對電容率_[1]。通常情況下，當你縮小陶瓷電容器的物理尺寸時(shí)，電容值的增加就要求在電介質(zhì)中使用更大量的BaTiO3。撇開(kāi)高電容率不說(shuō)，BaTiO3具有另外一個(gè)有意思的特性：就是它的高壓電屬性。這使其成為壓電麥克風(fēng)和吉他拾音器的理想選擇！

壓電效應是施加機械壓力時(shí)電壓產(chǎn)生的過(guò)程_[2]。圖3顯示，一個(gè)陶瓷電容器被焊接在PCB上。當向下按壓時(shí)（紅色箭頭），PCB變形，使得電介質(zhì)伸長(cháng)或被端帽壓縮（藍色箭頭）。當我輕敲PCB時(shí)，我在陶瓷電容器上施加了一個(gè)機械壓力，導致電介質(zhì)中的壓電響應，并產(chǎn)生輸出電壓。

圖3：PCB上的機械壓力通過(guò)電容器端帽連接至電介質(zhì)

壓電是安裝在高振動(dòng)環(huán)境中的電子元器件的主要問(wèn)題。在此類(lèi)應用中，對于高電容值，低ESR和ESL，以及小外形尺寸的需要有可能使工程師選擇一款高K陶瓷電容器（X7R，Y5V，Z5U等）。此類(lèi)電容器包含高含量的BaTiO3 _[3]。一個(gè)常見(jiàn)示例就是放置在A(yíng)DC基準輸入上的電容器。此電路在沒(méi)有劇烈抖動(dòng)的實(shí)驗室環(huán)境中運轉良好。一旦被安裝在振動(dòng)環(huán)境中，ADC讀數有可能出現重大誤差。電源設計人員也意識到逆壓電效應，其中電容器上的紋波電壓使其“小聲哼唱”或抖動(dòng)。

為了實(shí)現低噪聲放大器電路，我選擇研究幾款不同的方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：

1. 軟端接陶瓷電容器：這些電容器是端帽內有柔軟且富有彈性物質(zhì)來(lái)減緩壓力的陶瓷電容器。他們曾被用在汽車(chē)應用中，在此類(lèi)應用中，PCB彎曲會(huì )導致電容器故障。

2. 鉭電容器：據報道，鉭電容器未表現出顫噪效應_[4]。然而，他們也有某些缺陷。他們會(huì )被極化，并且通常比外形尺寸和電容值相似的陶瓷電容器具有更高的ESR和ESL。

3. 薄膜電容器：某些客戶(hù)已經(jīng)表示，在高抖動(dòng)環(huán)境中使用薄膜電容器可以獲得令人滿(mǎn)意的結果。不好的一面是薄膜電容器通常比陶瓷或鉭電容器大，價(jià)格也高很多。

這些解決方案是組件級的，其中并不包括對PCB的可能更改，諸如應力消除斷流器。在下一篇博文中，我將在同一電路中測試每一款電容器，并且比較他們對抖動(dòng)的敏感性。

注:

[1] Kahn, M.，多層陶瓷電容器–材料和制造， http://www.avx.com/docs/techinfo/mlcmat.pdf

[2] 壓電，http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity

[3] Caldwell, J.，深入了解高K MLCC的失真機制，http://www.edn.com/design/analog/4426318/More-about-understanding-the-distortion-mechanism-of-high-K-MLCCs

[4] Cain, J.，多層陶瓷和鉭電容器的比較， http://www.avx.com/docs/techinfo/mlc-tant.pdf