大家好，我是小小的電子之路，這是我的第62篇原創(chuàng)文章，很高興與大家一起分享~
原文出自微信公眾號【小小的電子之路】
最近，我們在設(shè)計鋰電池充電電路板時遇到了一個棘手的問題--電路板在某些工作狀態(tài)下會產(chǎn)生清晰可聞的異響。這不僅影響用戶體驗，還暗示電路可能存在潛在問題。經(jīng)過一系列排查和優(yōu)化，我們最終成功解決了這個問題。本文將詳細介紹問題的發(fā)現(xiàn)、定位和解決過程，希望能為遇到類似問題的同行提供參考。
一、問題的發(fā)現(xiàn)：神秘的異響
在設(shè)計第一版鋰電池充電電路板時，我們發(fā)現(xiàn)當電路工作在特定負載條件下時，會發(fā)出明顯的"嘯叫"聲，這種聲音類似于高頻蜂鳴。起初，我們僅憑人耳難以準確定位異響源，因為這樣一來，聲音似乎來自整個PCB，而非某個特定元件。
二、問題的定位：聽診器+示波器雙管齊下
機械故障聽診器
圖片出自《硬件設(shè)計指南 從器件認知到手機基帶設(shè)計》
為了精準定位異響源，我們使用了機械故障聽診器，這是一種常用于檢測機械振動和異響的工具。通過逐一探測PCB上的關(guān)鍵元件，我們發(fā)現(xiàn)異響最大的地方集中在輸出電容附近。
第一版PCB輸出紋波
隨后，我們使用示波器測量輸出紋波，發(fā)現(xiàn)紋波幅度高達1Vpp@126Hz。這種低頻紋波會導致電容內(nèi)部的介質(zhì)振動，產(chǎn)生可聞噪聲（即"電容嘯叫"），同時帶動整塊PCB共振，放大異響。
第一版PCB異響測試
三、問題的解決：對稱布局抵消振動
在定位問題后，我們首先嘗試通過優(yōu)化電路來降低輸出紋波。但經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，即便是官方評估板，其輸出紋波也維持在1Vpp左右，這說明紋波大小是由芯片工作特性決定的，難以通過常規(guī)手段進一步降低。
布局優(yōu)化-C19置于底層且與C20對稱
既然無法減小紋波幅度，我們決定從機械結(jié)構(gòu)入手解決問題。由于第一版PCB的所有輸出電容都布局在同一層，導致振動相互增強。因此，在第二版設(shè)計中，我們采用了正反對稱布局，即相同容值的電容分布在PCB的頂層和底層，且位置對稱。這樣，當電容振動時，兩面的振動方向相反，可相互抵消，從而避免帶動整塊PCB共振。
第二版PCB輸出紋波
實測結(jié)果顯示，雖然輸出紋波仍維持在1Vpp左右，但由于電容振動被抵消，整板異響消失。聽診器測試顯示單個電容仍有明顯嘯叫，但PCB整體已無振動噪聲。
第二版PCB異響測試
四、經(jīng)驗總結(jié)
- 異響定位：人耳難以精確定位噪聲源時，可借助機械故障聽診器等工具輔助排查。
- 紋波特性：某些芯片的紋波特性是固有屬性，參考設(shè)計也無法進一步優(yōu)化。
- 振動抵消：當無法消除振動源時，對稱布局可有效抑制PCB共振，適用于對噪聲敏感的應(yīng)用場景。