怎么降低MLCC压电效应和可听噪声

MLCC（或者陶瓷电容器）因其低成本和小体积而在电子电路中得到日益广泛的使用，但是由于需要处理的电子器件越来越多，它们固有的压力效应（表现为可听噪声）便成为一个问题。

　　相对于常用的钽电解电容器，MLCC具有多个优势，具体如下：极低的等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL），小尺寸，更低的老化度以及高电介质可靠性。

　然而，与所有铁电体电介质一样，MLCC受到压电效应的影响，即某些材料在机械变形时会在表面产生电势或电场。如果电介质承受不同电场强度，并且工作频率在人耳可听范围内（20 Hz - 20 kHz），则电容器会产生可听噪声。

大多数情况下，MLCC本身并不足以产生有问题或破坏性的声压级（SPL）。但是，一旦焊接到PCB板上，MLCC会形成一个弹簧质量系统，其可能增加或抑制振荡，具体取决于频率（参见图1）。本文旨在研究和讨论降低陶瓷电容器可听噪声的影响、原因和解决方案。

实验环境与设置
　　我们使用高灵敏度的Se Electronics 1000A麦克风获取测量结果，并使用Spectro频率分析器2.0软件进行分析。下面的数值结果旨在相互比较，以理解MLCC可听噪声的各种影响因素，并不提供绝对数据。本文主要介绍一些事实，并不解释某个参数产生某种结果的原因，因为大多数情况下，常识就能解释“噪声”产生的原因，只有少数情况下需要读者运用其技巧。

频率影响
　　人耳对声音的响应与频率相关。人耳对声音的最大灵敏度约为2.5kHz到3kHz（参见图2），而对低频的响应相对较低。换句话说，相同声压级下，3 kHz频率的声音听起来比低频（例如50 Hz）的声音更响亮。

　　图2：人耳可听范围。

本文剩下部分将不考虑频率影响。

　　信号特性影响
　　当在MLCC端施加一个替代电压时，电容器将根据信号频率而收缩和膨胀，变形程度受几个因素的影响。
　　基本上，绝对电压越高，电容器的膨胀越显著。因此，随着信号振幅（lVmax – Vminl）的增加，电容器的容积变化也变得更加重要，从而导致更高的SPL（图3）。此外，占空因数接近10%或90%的信号产生的“噪声”要比占空因数为50%的信号少（低12 dB）。

　元件特性影响

　正如其名称所示，MLCC由多个层组成，电容器的特性必然会影响噪声的产生。例如，在物理尺寸相同的情况下，电容器越小，所需的层数也越少，因此产生的变形也更小，具体表达式如下：

Δt = n × V × d33

其中：

Δt = 厚度变化（变形）[m]

n = 层数