年十四,随邑人行贩洛阳,倚啸上东门。王衍见而异之,顾谓左右曰:向者胡雏(胡人小孩),吾观其声,视有奇志,恐将为天下之患。驰遣收(捕捉)之,会勒已去。 - 《晋书·石勒传》
西晋宰相王衍听到到少年石勒倚门长啸,断定此人会成国家大患,后来竟然成真 。适逢中原大地贾南风专政,司马衷“何不食肉糜”。遂起八王之乱,以至异族入侵,五胡乱华,民族陷入长达两百余年的浩劫。
石勒作为五胡中后赵的开国之君,出身简直低到不能再低,如果说朱元璋是乞丐、和尚出身(孤而无依,入皇觉寺为僧)已经是低贱的代表,而少年石勒则被当做奴隶反复贩卖,可谓是有过之而无不及。
如同陈胜辍耕于垄上,是对命运的不屈,石勒长啸东门,不仅仅是宣泄情绪,也是对未来的期许。
在手机开发过程中,也遇到过各种啸叫,最常见的是MLCC电容啸叫(也称电容声、板振),这些啸叫如同石勒一样在抒发情志。
MLCC电容板振背景
MLCC,中文名称为多层陶瓷电容,是在介质层上印刷金属电极(Ni/Ag/Pd/Cu),通过多层介质叠加后,再进行烧结以及电镀端电极层而成。如果你见过它的剖面图,你会发现它像个千层饼。
手机上多用X7R/X5R类型的电容,其介质被称为II类介质,主要由BaTiO3(钛酸钡)构成。
而MLCC电容的介质,即钛酸钡,存在逆压电效应,即在电介质的极化方向上施加电场,电介质会发生变形;电场消失后,电介质的变形也随之消失。故在在外电场的作用下,MLCC本身会发生伸缩形变振动。
随后,MLCC电容振动带动PCB板发生机械振动,当振动的频率在人耳可听频率范围( 20~20KHz )时,便能在手机的特定位置听到“嗡嗡声”。
陶瓷电容振动时,其振幅仅为1pm~1nm左右,一般认为对陶瓷电容器本身及相邻部件不会引发可靠性问题。但人耳可听声音是必须要解决的,否则在特定场景下(安静的深夜、酒店),用户能感知到,像蚊子开会一样,影响用户体验,弱化产品口碑。

手机项目实践过程中,常见的发生板振的电容有:
- VPH_PWR/VSYS(系统电源电容)、VBAT(电池电容)、VREG_BOB(BOB电源电容)
- VPA/VPA_GSM(GSM PA电源电容,217Hz为世人所知)
- VDDBOOST/VDDPA(NFC电容 )
- VBST(Smart PA电容)
- VRECT(无线充电整流滤波处电容)
- PMID/MID(Buck充电网络middle处电容)
解决方案
解决方案通常为:
1、大电容拆分成小电容
大电容更容易发生板振,振的更猛,因此较多的手机项目采用拆分大电容为小电容的方案,把大喇叭换成一群小喇叭,举例如下图所示。

2、优化MLCC电容的PCB布局
电容由原先的并排摆放改为横竖交错摆放,也可降低发声幅度,举例如下图所示。

3、在MLCC电容周边挖槽
槽孔在一定程度上能破坏PCB板振动发声条件,但手机项目上寸土寸金,用的不多。

4、优化MLCC电容上电压纹波和频率
因为人耳可听噪声范围为20~20KHz,可将频率移出人耳可听频段,或者将加在MLCC上的交变电压纹波降低。比如项目实践过程中,可把PFM/PSM更换为强制PWM模式等等。

5、更换为降噪电容
村田等公司有专用的防啸叫MLCC(如ZRA/ZRB, KRM系列),结构也非常有趣,如下图所示。但这种玩意成本贵,占板面积或高度更大,当前手机项目上使用的不多。

6、选用更厚的PCB板
通常来说,PCB板越厚,其上产生的形变越小,越不容易发出噪声。
总结
或许石勒称帝后,也会回想到少年时的自己,流离失所,孤苦无依,那声长啸也只是感叹上天的残忍无情,或许他只想要口饭吃。
祝愿你走了很远、很艰难的路,仍能找回来原来的自己,少年心气,仍熠熠生辉。