高阶陶瓷电容失效处理方式方法
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高介电常数mlcc失真示例 在有源滤波器电路、数据转换中使用的去频迭滤波器以及放大器的反馈电容中，采用高介电常数MLCC可能引入电路失真的问题。为了说明这一效应，设计人员使用TI的FilterPro软件设计了一个使用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器是一种常见应用，其中电容失真会降低整个电路的性能。许多设计人员选择降低电容失真对输出噪声的影响而采用较低电阻值，但这样做会增加实现所需拐角频率所需的电容值。因此，在满足电容、电路板面积和成本要求方面，高介电常数MLCC可能成为唯一的选择。 图1展示了滤波器电路，包括无源组件值，使得电容C1和C2可以用不同介电类型、封装尺寸的MLCC进行替代，从而直接比较不同电容类型的性能。在测试中，所有电容都使用了额定电压为50V。
在此示例中，设计人员选择了高性能音频运算放大器（op amp）OPA1611作为低噪声和低失真的基础。为了满足电阻值的要求，设计人员采用了1206封装的薄膜高精度电阻，以最小化除了这些电容之外的失真影响。根据"有源交叉设计"，某些电阻类型可能会产生类似于电容的失真[2]。最后，电路使用±18V电源供电，以避免放大器饱和对测量结果产生影响的可能性。 总谐波失真加噪声（THD N）是一个非常有用的指标，可以量化电路中噪声和非线性增加到信号中超出基频的部分。这个值可以表示为谐波和系统RMS噪声电压与基频RMS电压的比值[3]。谐波是输入信号整数倍频率的信号，由于无源组件和集成电路的非线性行为产生。电路的整体噪声可以是集成电路固有噪声、电阻器热噪声，或者是耦合到电路中的外部噪声。方程式1将THD N计算表示为振幅比，其中VF是基频RMS电压，VN是RMS噪声电压，VI是每个谐波的RMS电压。
采用500kHz的测量带宽，对20Hz到20kHz频率范围的1Vrms信号进行滤波器电路的THD N测量。图2展示了不同电容类型的电路在1Vrms下的THD N性能（单位为dB）。1206封装的C0G介电类型MLCC表现出卓越的性能：滤波器通频带中的THD N测量值达到了测量系统的噪声底限。我们也对采用0805封装的C0G电容进行了测试，结果表明其具有相同的性能水平，为了简化图表，我们从图中去除了这部分数据。超过滤波器转角频率的THD N增加表明滤波器的衰减能力降低了信号幅度与噪声底限的比值。 如果我们将电容类型更换为采用1206封装的X7R类型，我们会立即观察到电路性能的衰减。在20Hz时，THD N增加最小值为15dB，并在400Hz至800Hz的区域内达到峰值，此时THD N的测量增加了35dB。如果使用更小的0603封装的X7R电容，THD N性能将进一步提高（远超过频谱的10dB）。需要注意的是，在整个测试过程中，我们没有更改滤波器中的运算放大器和电阻器，因此增加的THD N值仅与电路输出信号端的X7R电容产生的额外谐波有关。 |
