Tag: 電容

相信有不少玩家在使用PC的過程中都聽到過一種「滋滋滋」的聲音，這種聲音有些來自PC電源，有些則來自顯卡或主板，當然也有來自其它硬體甚至是多個硬體共同發出，聽起來就像是指甲刮黑板那樣，讓人很不舒服。這種聲音就是我們常說的嘯叫聲，然而不用玩家碰到的嘯叫聲各有不同，不僅音量或高或低，出現的時機也各有不同，有玩家表示輕載待機的時候聲音非常明顯，也有玩家表示只有滿載是才聽到嘯叫聲，很顯然雖然都是嘯叫，但引發嘯叫的原因是各不相同的，因某個硬體的故障而導致其它硬體發生嘯叫的事情也不罕見。 然而嘯叫本身並不是一種故障，事實上它是因為電子元件的震動引起的，而這種震動在PC內部可以說是無處不在，屬於正常現象。而你之所以會聽到嘯叫，只是因為元件振動必然會產生聲音，而當聲音的頻率落在20Hz到20000Hz也就是人耳聽覺頻率范圍內的時候才會讓我們聽到。因此當我們聽到硬體發出嘯叫的時候，那隻是因為其元件的震動所發出的聲音正好處於我們能聽到的頻率罷了。 那為什麼我們的PC硬體在工作的時候會產生元件振動呢？我們有沒有辦法避免嘯叫的發生，或者是消除硬體嘯叫的現象呢？這就是我們今天要跟大家探討的問題。 嘯叫是怎麼產生的？ 電感的嘯叫 PC硬體的嘯叫源自於電子元件的震動，但並不是所用電子元件在運行過程中都會震動，事實上嘯叫多數情況下都來來源於電容或者電感等無源元件，其中電感的嘯叫是最常見的。目前比較常見的會產生嘯叫的硬體是顯卡、主板和電源，而這三者都有一個共同點，就是都使用了穩壓開關電路進行供電，PC電源就不說了，因為其本身就是一個穩壓開關電源，內部無論是一次側還是二次側，本質上都是穩壓開關電路；主板和顯卡上的供電電路雖然看著跟PC電源長得不同，但是從原理上來說也都是穩壓開關電路。至於穩壓開關電路的具體的工作原理大家可以參考我們此前的課堂文章《超能課堂(75)：我們的主板和顯卡是如何給CPU和GPU供電的？》，這里就不再展開說明。 穩壓開關供電電路原理圖 而在穩壓開關電路中，電感是一個很重要的組成部分，其中輸出端的電感和電容是必備元件，因為MosFET輸出的是脈沖電流，無法用來直接供電，必須經過LC儲能電路後才能變成穩壓電流。MosFET輸出的脈沖電流在頻率上與主控PWM的頻率是相同的，而電感的基本組成是磁芯和線圈，當其接受到脈沖電流的時候，其會產生振動，原理就跟喇叭類似，只是後者可以發出復雜的聲音，而電感則只是單純跟隨者脈沖電流的而發生震動。 電感的震動來自於多個方面，首先其磁芯可能會產生名為磁伸縮的現象，就是隨著通過電流的大小發生極其微小的形變。由於在開關電路中其接受的是脈沖電流，因此磁芯的形變是一種反復現象，因而從簡單的形變發展為持續的震動；此外脈沖電流通過的電感線圈的時候，線圈上本身也會產生磁場並引起繞組自身的震動；即便電感採用閉合此路結構，那也會也會因為繞組磁芯與屏蔽磁芯存在間隙，通電產生磁場相互吸引而引起震動。這些震動雖然不明顯，但是疊加起來卻不容忽視，倘若震動頻率正好處於人耳聽覺范圍，我們就能聽到其震動的聲音，也就是嘯叫聲。 因此電感的震動實際上是不可避免的，這是其結構與工作原理帶來的。但震動的聲音卻是可以聽不到的，只要其電流的頻率不落在我們人耳的聽覺范圍內即可。然而雖然PC硬體在設計時都會盡量迴避這樣的問題，但是要100%迴避卻不是一件容易的事情。而且除了電流頻率可能會引起電感嘯叫外，電流中的紋波也可能會導致這樣的問題，紋波實際上就是直流電中的交流成分，這在穩壓開關電路也是難以避免的。 而為了應對電感因為震動所產生的嘯叫，除了在電路設計方面進行優化外，元件結構方面也是很重要的。既然電感是因為線圈和磁受體震動而產生的聲音，那麼我們減少這個震動就可以了，為此半封閉式電感和全封閉式電感誕生了。顧名思義，半封閉式電感和全封閉式電感就是在把常規的電感封閉在一個框框中，甚至是直接將其包起來，然後內部填充可以固定磁芯和線圈的材料，徹底固化電感，同時外殼也有屏蔽漏磁的作用，以此減少漏磁對周邊元件的影響，以降低產生嘯叫的可能。 全封閉式電感和鐵素體電感已經是現在顯卡和主板上的常客 然而半封閉式和全封閉式電感終究只是通過物理加固的方式來減少嘯叫，而這種物理加固是會隨著硬體使用時間的增加而減弱的，因此有些硬體在使用的早期確實感覺不到嘯叫，但使用時間長了之後嘯叫就更變明顯了。而為了解決這個問題，一體成型式的電感也就是我們常說的鐵素體電感誕生了。這種一體成型的鐵素體電感是通過在軟磁性金屬磁粉中嵌入空心線圈後進行一體成型而來，由於線圈和磁性體一體化，因此繞線間隙和磁芯間隙的問題不復存在，因此這類電感還會使用磁伸縮現象較小的金屬磁性材料，因此磁伸縮引起的嘯叫也會大大減小，當這幾個因素都被限制的時候，電感的嘯叫自然大大緩解。 但是這並不意味著鐵素體電感不會嘯叫，畢竟磁伸縮現象是無法徹底消除的，但是鐵素體電感的嘯叫確實比其它電感要更小，如果電路本身在設計上無法徹底避免嘯叫問題，採用鐵素體電感來削弱嘯叫現象也未嘗不可。 電容的嘯叫 相比電感的嘯叫，電容嘯叫的原因其實簡單得多，因為基本上只有MLCC陶瓷電容會產生嘯叫的現象，其它電容基本上是不會產生的。而MLCC陶瓷電容之所以產生嘯叫，那是因為其結構所引起的，MLCC陶瓷電容存在壓電效應，那就是當其加載的電流屬於脈沖電流或者交流電的時候，其是會在疊層方向發生伸縮，從而帶動PCB產生振動，而這種振動稱之為板振。雖然MLCC陶瓷電容的壓電效應只會帶來納米甚至是皮米級別的震動，但是這種震動往往是很多MLCC陶瓷電容共同產生的，疊加起來後足以讓PCB發出振動的聲音，而當這種震動又剛好落在我們人耳的聽覺范圍內的時候，那就是我們聽到的嘯叫聲了。 MLCC陶瓷電容安裝不整齊並不一定是工藝不行，很有可能是故意改變安裝角度來可以減少嘯叫 與電感一樣，要解決這種板振帶來的嘯叫，最直接的方法就是電路設計上的優化，使不要讓板振頻率落在人耳聽覺范圍內。如果確實無法避免，則可以通過元件結構上的優化去緩解這個問題。MLCC陶瓷電容本身的結構是無法改變的，但我們可以通過給陶瓷電容加裝支架的方式來削弱壓電效應所帶來的震動。另外還可以通過優化陶瓷電容安裝布局的方式，例如改變電容的安裝角度，使得他們的震動不在一個方向上傳播，以此實現相互抵消來消除嘯叫。 那麼我們有什麼方法可以消除嘯叫？ 如今的PC硬體其實已經很少會出現嘯叫的現象，至少絕大部分的硬體在剛出廠的時候是不存在嘯叫的，但我們很難確保使用時間長了也不會發生小腳的嘯叫問題，畢竟MLCC陶瓷電容和電感是硬體上的必備元件，而他們的結構和工作方式註定震動是不可避免的，最多就是讓你聽不到震動產生的嘯叫。而當嘯叫真的在使用過程中產生時，作為消費者的我們有沒有方法去解決這個問題呢？不能說沒有，但效果可能並不理想，因為要徹底解決嘯叫的問題是要從電路結構或者元件選料方面下功夫的，這也就意味著只有硬體廠商可以徹底解決硬體嘯叫的問題，消費者能做的只是在一定程度上緩解問題而無法徹底消除問題。 滴膠法 目前比較常用的緩解嘯叫的方法叫「滴膠法」，就是把406膠水或者502膠水填充到出現嘯叫的元件中，用來填充元件與PCB之間的縫隙或者是元件內部的縫隙，通過物理緊固的方式來消除振動引起的嘯叫。 全封閉式電感或者是貼片電感一樣會嘯叫，只是聲音一般會小一些 然而滴膠法往往是需要拆解硬體的，例如PC電源要拆開外殼，顯卡和主板則需要拆卸散熱器等等。我們姑且不論滴膠法能否真的緩解嘯叫問題，但拆解會喪失保修這點基本上是肯定的，因此如果玩家真的相信自己的手藝並認為只需要滴膠就可以緩解嘯叫的問題，那也應該在硬體失去保修服務之後再行操作，不然在拆解或者滴膠的過程中引起別的問題導致更大故障或者安全隱患的話，那顯然有些得不償失。 加裝電容 此外還有一種方法叫「插電容」，就是在顯卡或者主板的供電接口上自行接入濾波電容，以此降低輸出紋波對板卡的影響。這種方法對於紋波引起的嘯叫問題是比較有效的，但也僅僅是對這個問題有效，而且這樣的操作等於直接改變電路的結構，對消費者的手藝要求更高，接反電容或者使用錯誤容量的電容導致嘯叫更明顯甚至是更多故障的情況也並不罕見。因此這個操作相比之前的滴膠法其實有更多的不穩定因素，沒有100%的把握不建議玩家輕易嘗試。 有些電源標配線材就已經追加了濾波電容，但並不意味著這樣就不會引起嘯叫 這個「插電容」的操作有兩種方式，一種是「用哪個接口插哪個接口」，例如要用在顯卡供電上，那就在連接顯卡的PCI-E供電接口上使用，+12V輸出接電容的正極，GND接電容的負極，CPU供電和主板供電也是如此類推；另一種則是「哪個接口空閒接那個」，這個就相當於是給整個電源追加濾波電容，連接的方法與前一種相同，但因為接口是空閒的，因此在接入的時候會更簡單一些。當然如果你的電源是模組線材的話，那麼直接選擇定製模組線也是可以的，就看你自己認為有沒有這個必要了。 至於電容的容量選擇，除非你明確知道電源和對應設備所配置的具體電容，不然大部分情況下只能通過實際操作去進行試驗，可以簡單地從小容量電容例如16V/100μF的開始試驗，一般來說需要用到1000μF或者2000μF都是正常的，但如果已經達到或接近3000μF都解決不了問題，那就說明插電容這個方法是對於當前的嘯叫問題是無效的，還請在引起更大問題之前盡快停止試驗。 物理消除 當然如果你覺得滴膠法或者加濾波電容的方法過於硬核的話，那麼我們還可以嘗試通過別的方法來改善我們的體驗，例如把機箱放遠一點，讓傳過來的嘯叫聲衰減到不引起自己注意的程度，使用靜音型機箱把嘯叫聲「困」在機箱內不讓它傳播到外面，通過音量更高的外放音響和耳機「覆蓋」嘯叫聲，又或者是使用可以隔絕噪音的降噪耳機等等。雖然這些「聽不見就不嘯叫」的做法是有些自欺欺人，但是在「降低嘯叫聲」的效果上還是很不錯的。 但如果你執行了上述的這些方法卻依然無法緩解嘯叫時，而且你已經無法接受硬體嘯叫所帶來的影響，這個時候你就只能更換相應的硬體，或者將硬體送修，看看廠商是否有能力幫你解決相應的問題。然而判斷哪一個硬體在嘯叫不是一件難事，但是要判斷引起嘯叫的原因卻並不容易，要徹底解決問題的需要時間，能一勞永逸固然是好事，但短時間解決不了也是常見的事情，還得心平氣和地慢慢折騰，畢竟這也算是DIY的一種「樂趣」。 ...

日前RTX 3080/3090齣現了一件爭議性很大的事情，那就是RTX 3080/3090顯卡在運行過程中有可能會出現類似與軟體閃退即Crash To Desktop，也就是業內常說的CTD問題。不過會出現這個問題的原因其實很多，如果因此而認為RTX 3080/3090有問題那顯然有些牽強，然而讓這件事情升溫的是有媒體以及AIC廠商先後站出來說會引起這個問題是因為GPU背面的電容設計有問題，這下整個業界算是炸開了，尤其是那些手中的RTX 3080/3090顯卡是在GPU背面配置有6顆POSCAP聚合物電容的玩家更是聲稱被坑，因為最早的說法是這6顆POSCAP聚合物電容就是RTX 3080/3090顯卡出問題的根源。 手機通道：嗶哩嗶哩 然而事情的真相是這樣嗎？實際上根據我們與AIC廠商的溝通，NVIDIA給出的設計方案中，6顆POSCAP聚合物電容的設計是被認可的，而且量產款的RTX 3080/3090都是需要經過NVIDIA認證的，也就是說在設計上並不存在所謂的「6顆POSCAP聚合物電容有問題」的說法，而且所謂的為了縮減成本而使用POSCAP聚合物電容而不是MLCC多層陶瓷貼片電容的說法也站不住腳。 事實上，現在比較靠譜的說法是，POSCAP聚合物電容與MLCC電容的頻率特性以及濾波效果引起了這個問題，畢竟前者高頻濾波的效果更高但後者對頻率的適應性更強。因此有AIC廠商直言，無論是純POSCAP或者是純MLCC的設計其實都不見得是最佳方案，很有可能混合使用才是適應性最好的。只是NVIDIA從來沒有在設計要求上進行強調，僅表示目前現有的純POSCAP、純MLCC又或者混用方案都是允許的，只要你的卡能通過NVIDIA的認證就可以進入量產。 所幸的是，目前這個問題已經有了較好的解決方法，據聞AIC廠商基本上都得到了NVIDIA的支持與幫助，很快就能徹底解決這個問題，而且現有的產品也基本上不需要召回，因為要修正這個問題的方法會比大家預想的簡單，相信這個結果也是皆大歡喜了。 ...