シリーズ記事ディレクトリ
1.コンポーネントの基礎2.回路設計3.PCB設計4.コンポーネントの溶接5.ボードのデバッグ6.プログラミング7.アルゴリズムの学習8.exeの作成9.標準のテスト10.プロジェクトの例11.キャリアプランニング
記事ディレクトリ
序文
普通の大学生、あなたはあなたの未来を救うために何ができますか？
大学卒業後の苦労の方向性がわからない方へ（毎週随時更新）
中国コンピュータ技術職業資格
ネットワークエンジニアリングシリーズコンピュータ主要中級専門職および技術職資格評価
ハウリングの起源
ほとんどのハードウェアエンジニアは、PCBAの電源を入れた後に「Zizzi」サウンドに遭遇するはずです。この現象は「ハウリング」と呼ばれ、一般に誘導ハウリングと容量ハウリングに分けられます。
1.音源
物理学では、音は物体の振動によって生成され、音を発している物体は音源と呼ばれます。物体が1秒間に振動する回数を周波数と呼び、単位はヘルツ、文字Hzです。人間の耳は20Hz-----20000Hzの音を聞くことができます。最も敏感なのは1000Hzの間の音です--- --3000Hz。（DCDCのスイッチング周波数は通常50k〜3MHzです）
さまざまな媒体での音の伝播速度は、一般に固体>液体>気体（例外：コルク500m / s、灯油（25°C）未満、蒸留水（25°C）など）であり、音の伝播速度は次のとおりです。媒体の種類と関連する媒体の温度に関連します。
耳の中の音の伝達経路：外部からの音が鼓膜を振動させますこの振動は耳小骨などを介して聴覚神経に伝達されます聴覚神経は信号を脳に伝達し、人は音。
2.先生が笛を聞くことができないのはなぜですか？
20歳になる前は、人間の耳の聴覚感受性は
年齢とともに徐々に増加します。60歳を過ぎると、感受性は年齢とともに徐々に低下します。いわゆる
聴覚感受性は、耳が音の刺激を知覚する能力です。高周波音の聴力は、年齢とともに、聴力損失の範囲が徐々に低周波方向に発達し、中周波域に発達すると、言語コミュニケーションに影響を及ぼします。
3.ハウリングの原理
周期的な電流が誘導コイルを通過して交流磁場を発生させ、誘導コイルが交流磁場の作用で振動して音を発します。この周期的な周波数が人間の聴力の範囲内にあると、ハウリングが発生します。
2.誘導ハウリング
不安定な負荷、軽負荷の過負荷、不適切なインダクタンスと容量などの要因により、スイッチング電源は自己調整し、チップごとに処理方法が異なります。周波数を下げるものと、周期的にパルスを失うものがあります。これは、断続的な動作を意味します。位相が不安定であるか、出力スイッチング電流の周波数が可聴周波数範囲にあるか、周期的な方形波グループの周期周波数が可聴周波数範囲にあるため、ハウリングが発生します。
1.ハウリングの理由
①、軽負荷によりDCDCの周波数が低下する
PWMモードは、通常の作業では80％を超える高効率が特徴ですが、スタンバイなどの軽負荷モードでは、スイッチング損失が周波数に比例するため、効率が大幅に低下します。この問題を改善するために、軽負荷状態では、PWM方式をPFM（パルス幅変調）方式に自動的に置き換えるDC-DCコンバータが使用されます。
PFM方式は、負荷低減に応じてON時間を固定してスイッチング周波数を制御する方式です。周波数を下げると高いエネルギー変換効率が得られますが、周波数を下げると人間の耳に聞こえる約20〜20kHzの範囲に入り、パワーインダクタが鳴ります。
②、過負荷によりDCDCが断続的に動作します
DCDC内部電流制限保護回路は、負荷電流が大きすぎることを検出すると、すぐにDAC内部スイッチのデューティサイクルを調整するか、負荷電流が標準範囲内にあることを検出するまでスイッチの動作を停止します。その後、スイッチ作業を再開します。開始する期間は正確にKレベルの周波数であり、ハウリングを生成して人間の耳に聞こえるのは簡単です。
③、省エネによりDCDCが断続的に動作する
省エネなどを目的として、モバイル機器の液晶ディスプレイのバックライトの自動調光機能により、断続的に動作するDC-DCコンバーターを導入しました。多くの調光方法がありますが、PWM法の利点は、色度の変化が小さいことです。
PWM調光により、DC-DCコンバーターは約200Hzの低い周波数で断続的に動作します。これは人間の耳の可聴周波数にあるため、断続的な電流が基板に取り付けられたパワーインダクターを流れると、インダクター本体は周波数により振動し、ハウリングを引き起こします。
④、断続的な変更をロード
省エネの目的で、モバイルデバイスではさまざまな省電力技術が使用されており、インダクタが鳴る可能性があります。
たとえば、低消費電力と処理能力を考慮に入れるために、ノートブックコンピュータのCPUは、周期的に変化する消費電流モードを備えています。サイクルが人間の耳の可聴周波数範囲にある場合、パワーインダクタはこの趣旨で。
⑤、アース配線エラー
通常、正常に動作する製品もありますが、ロードできず、振動できない製品もあります。特に、低電力ICを使用している場合は、正常に動作しない可能性が高くなります。
2.ハウリングデバッグのアイデア
①、ハウリングインダクタンスを求めます
観察、除去、およびその他の方法によって、特定のハウリングインダクタンスと対応する回路モジュールを見つけます。
②、DCDCマニュアルを確認してください
DCDC電力が負荷と一致するかどうかの確認に焦点を合わせます。
DCDCに省電力モードがあるかどうかに関係なく、省電力モードは通常、DCM（不連続導通モード）不連続導通モードとCCM（連続導通モード）連続導通モードに分けられます。
ICのモードをPWMのみに設定する必要がある場合は、インダクタの相端の波形を確認してください。
③、回路とパラメータを確認してください
インダクタンスと静電容量のパラメータが適切かどうか、および回路がモードに一致するかどうかを計算します。
入力スイッチング電流の周波数を上げます。周波数が上がると、インダクタンスと容量のパラメータを適切に減らすことができます。
入力と出力の差が大きい場合、パルスを定期的に廃棄するチップの周波数を下げることができます。
フィードバック抵抗はコンデンサと並列に接続され、零点と極を調整します。
インダクタの飽和電流と熱電流が負荷電力に対応するのに十分であることを確認してください。インダクタンス値がそれを超えると低下します。
負荷電流を減らすか、高電力電源装置を交換してください。
デューティサイクルを安定させて、制御ループの小信号が乱されないようにし、デューティサイクルが通常の範囲内にあることを確認します。
④、インダクタンスプロセスを改善する
シールドされ、ニスを塗ったパワーインダクタを選択してください。
ワニスの非含浸を含む、不十分な含浸。ホイッスルによって波形にスパイクが発生しますが、負荷容量は通常正常です。特別な指示：出力電力が高いほどハウリングが悪くなり、電力が低いことが明らかでない場合があります。
3.インダクターホイッスルの例
①、回路解析
ここで、この回路の主要コンポーネントが性能パラメータに与える影響を分析します。電流制限抵抗R = R110 // R111 // R112 // R113//R114です。
この抵抗の機能は出力電流を検出することであり、出力電流がしきい値を超えると、出力電流がオフになります。大出力電流が過渡大電流以上になるように、負荷過渡大電流の要件に応じて電流制限抵抗の値を調整してください。
R115、R116は出力電圧Vo = 1.25 *（1 + R116 / R115）を調整します。
C112は内部発振回路の周波数調整コンデンサです。コンデンサが小さいほど周波数が高くなります。一般に、出力二乗波周波数は発振周波数と同じです。周波数が高いほど、出力リップルは小さくなります。
L110のインダクタンスが大きいほど、出力リップルは小さくなります。リップルの大きさは、出力電圧調整の感度にも影響します。リップルが小さいほど、感度が高くなり、出力電圧が安定します。ただし、チップのSEピンには、乱雑な狭いパルススイッチング電流波形があり、L110インダクタはホイッスルしやすいです。リップルが大きいほど、出力感度が低くなり、出力電圧の安定性が低くなり、SEピンのスイッチング電流周波数が安定し、L110インダクタがホイッスルしなくなります。
C115のESRが小さいほど、コンデンサを流れるリップル電流が大きくなり、コンデンサの耐用年数を確保しながらリップル電圧が小さくなります。同様に、コンデンサの静電容量が大きいほど、リップル電圧は小さくなります。
R117はフィードバック抵抗であり、出力方形波をのこぎり波に重ね合わせると、電圧調整感度が低下し、出力方形波電流が安定し、インダクタンスホイッスルを回避できます。
安定化電源回路から出力されるスイッチング電流の周波数が可聴周波数範囲に近いか、可聴周波数範囲内にあるか、周期方形波グループの周期周波数が可聴周波数範囲に近いか、その範囲内にあります。周期的な電流が誘導コイルを通過して交流磁場を発生させ、誘導コイルが交流磁場の作用で振動して音を発します。
34063の出力電圧レギュレーションはPWM方式で実現されています。チップの大きなデューティサイクルと出力電圧の制限が低い入力電圧を決定し、チップの耐電圧が高い入力電圧を決定します。電圧調整感度の場合適切な場合、入力電圧が高くなると、出力方形波パルス幅が狭くなり、デューティサイクルが小さくなります。入力電圧がある値に達すると、デューティサイクルを小さくすることはできません。電圧を継続するためにレギュレーションでは、チップごとに処理が異なります。周波数を下げるものもあれば、パルスを定期的に落とすものもあります。
周期的に廃棄されるパルスグループの周期周波数が可聴周波数範囲に近いか、その範囲内にある場合、インダクタンスホイッスルが発生し、ダウンコンバートされたスイッチング電流の周波数が可聴周波数範囲に近いか、またはその範囲内にある場合、また、インダクタンスホイッスルが発生します。
②、解決策
出力スイッチング電流の周波数を上げます。
「入出力比」が大きい場合、周期的にパルスを廃棄するチップの場合、上図のようにC112を調整し、周波数を下げてデューティサイクル調整範囲を広くし、周期的な方形波を回避することができます。クラスターはオーディオ周波数範囲に入り、それによってインダクタンスのホイッスルを回避します。
R117フィードバック抵抗を調整します。つまり、電圧調整感度を変更して、スイッチング電流周波数のオーディオサイクル周波数に近いまたはその範囲内にある周期的な方形波グループを回避します。インダクタのハウリングを避けるため。
C111コンデンサを追加すると、電圧調整の感度が低下し、スイッチング電流周波数のオーディオサイクル周波数に近い、またはその範囲内にある周期的な方形波グループが回避されます。インダクタのハウリングを避けるため。
リップルの許容範囲内で、リップル振幅を適切に大きくし、必要に応じてフィルターをもう1つ追加します。
L110インダクタンスは、プロセスを改善し、サプライヤーに浸漬プロセスの増加を要求するなど、振動や口笛を低減します。
2.コンデンサーホイッスル
1.ハウリングの理由
MLCC-SMDコンデンサと呼ばれる多層チップセラミックコンデンサは、ノイズの口笛の問題を引き起こす可能性があります...
MLCCは口笛の音を発します。つまり、MLCCは電圧の作用下で大きな振幅で振動します（微視的に大きく、1未満）。 nm）。
2.なぜ振動するのですか
まず、自然現象である電歪を理解する必要があります。
外部電界の作用により、すべての物質が伸縮変形（電歪）を起こします。
誘電率の高い一部の強誘電体材料では、圧電効果と呼ばれる電歪効果が大きくなります。
圧電効果には、正の圧電効果と逆の圧電効果が含まれます
①、正の圧電効果
圧電特性を持つ誘電体に機械的圧力を加えると、誘電体の結晶が構造的に再編成され、材料の表面に電荷が誘導されて電位差が生じます。
②、逆圧電効果
圧電性のある誘電体に電圧を印加すると、機械的応力が発生して変形します。
③、圧電効果の学術的定義
対称中心のない結晶に圧力、張力、接線力を加えると、応力に比例した誘電分極が発生し、結晶の両端に正電荷と負電荷が発生します。この現象を正圧電効果と呼びます。 。
逆に、結晶に電界をかけて分極させると、電界の強さに比例した変形や機械的応力が発生し、逆圧電効果と呼ばれます。
これらの2つの正および逆の圧電効果は、まとめて圧電効果と呼ばれます。
セラミック誘電体はMLCCの主成分であり、電圧の作用により電歪は避けられません。電歪を圧電効果として強く表現すると、振動が発生します。
3.すべてのMLCCは口笛を吹きますか？
MLCCによって設計および製造されたセラミック誘電体材料には、主に2つのタイプがあります。シス電解質と鉄電解質です。
①、シス電解質
クラスI媒体とも呼ばれ、主にSrZrO3、MgTiO3などがあります。
常誘電体の電歪変形は非常に小さく、動作電圧下ではノイズを発生させるのに十分ではありません。
したがって、NPO（COG）などの温度安定性製品などのパラ誘電体（クラスI誘電体）材料で作られたMLCCは、ノイズの笛を発生しません。
②、鉄電解質
タイプII媒体とも呼ばれ、主にBaTiO3、BaSrTiO3など。強誘電体は、圧電効果
という強い電歪特性を持っています。したがって、X7R / X5R特性製品などの強誘電体（タイプII誘電体）で作られたMLCCは、大きなAC電界強度の作用下で明らかなノイズホイッスルを生成します。上に示したように、X7R-MLCCに大きな電圧変化が加えられた後、BaTiO3セラミックは逆圧電効果を生成し、MLCCは変形して振動し、PCBボードに伝達して共振します。電圧信号の周波数が20Hzから20kHzの人間の可聴範囲内にある場合、コンデンサのハウリングが聞こえます。
4. MLCCの口笛はどのような場合に明白ですか？
交流電圧が大きく、周波数は20Hz〜20kHzで、X7R / X5Rタイプの中大容量MLCCを使用すると、スイッチング電源や高周波電源などの口笛が鳴ります。
5.口笛の危険性
ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンなど、多くのモバイル電子デバイスは人間の耳の近くにあります。電子回路に可聴ノイズがあると、使用体験に影響します。
煩わしいことに加えて、激しい口笛は、信頼性の設計が不十分であるという隠れた危険性も持つ可能性があります。
激しい口笛は激しい振動から発生し、振動の振幅は圧電効果の程度によって決まります。
圧電効果は電界の強さに比例し、印加電圧は変化しません。媒体が薄いほど圧電効果が強くなり、ハウリング音が大きくなります。
定格電圧は、MLCCの材質と誘電体の厚さによって決まります。激しい口笛は、現在の動作電圧に対して選択されたMLCC誘電体の厚さが薄すぎることを示しており、誘電体が厚く、定格電圧が高いMLCCは考慮されます。
強誘電性セラミックの場合、交流電場の作用下で、強誘電性ドメインが内部摩擦に交互に回転するという問題が依然としてあり、交流電界が強く、内部摩擦が深刻であり、故障の可能性が高くなります。これはハウリング音の大きさに反映されます。
6.ソリューション
MLCCコンデンサからの可聴ノイズを低減する方法はたくさんあり、すべてのソリューションでコストがかかります。
1.コンデンサの種類を直接変更し、常誘電セラミックコンデンサ、タンタルコンデンサ、フィルムコンデンサなどの圧電効果のないコンデンサに交換する方法です。ただし、ボリュームスペース、信頼性、コストなどの問題を考慮する必要があります。
2.回路を調整して、MLCCに印加される大きな交流電圧を排除するか、その周波数を人間の耳の感知周波数帯域外に移動します（人間の耳に敏感な可聴周波数は1KHz〜3KHzです）。
3.ハウリングのレベルを下げるために、PCBレイアウトとPCBボードの仕様に注意してください。
4.ノイズのないまたは低ノイズのMLCCを選択します
7.ノイズのない/低ノイズのMLCCの設計
現在、MLCCの口笛現象には3つの設計ソリューションがあります。
①、下部保護層を厚くする
保護層の厚さには内部電極がないため、この部分のBaTiO3セラミックは変形しません。両端のはんだの高さが下部保護層の厚さを超えない場合、結果として生じる変形による影響は少なくなります。 PCBを使用して、ノイズを効果的に低減します。
②、追加の金属ブラケット構造
構造図は次のとおりです。これは、金属製のブラケットを使用してMLCCチップを頭上に持ち上げます。
MLCCはPCBボードから分離されており、逆圧電効果によって生成された変形は金属ブラケットによって弾性的に緩衝され、PCBボードへの影響を減らし、ノイズを効果的に減らします。
③、圧電効果の弱い誘電体を用いた設計・製造
チタン酸バリウム（BaTiO3）をさらにドープし、特定の誘電率と温度特性を犠牲にすることで、圧電効果が大幅に弱まった誘電体が得られ、それを使用して製造されたMLCCは効果的にノイズを低減できます。
すべての主要なMLCCメーカーは、対応する低ノイズ材料を備えたMLCC製品シリーズを持っています。