本系列文章是笔者总结多年工作经验，结合理论与实践进行整理备忘的笔记。希望能直接指导硬件工程师的设计实操，争取每一条设计要点指南都做到有理有据。既能帮助自己温习整理避免遗忘也能帮助其他需要参考的朋友。笔者也会不定期根据遇到的问题和想起的要点进行查漏补缺。如有谬误，欢迎大家进行指正。
一、设计要点
1.MLCC的温度特性与陶瓷材料相关，需要根据实际的工作温度范围选择合适的材料，一般pF级特别是射频链路上的电容用C0G，其他容量的以X5R和X7R为主，X5R工作在-5585℃，X7R工作中-55125℃，其他材质应用较少成本较高；
2.MLCC选型时需要注意加上直流电压后的容量衰减效应，一般容量衰减与封装大小相关，与额定电压关系不大（取决于具体型号的衰减曲线），计算时要按照衰减后的实际容值计算；
3.陶瓷材料具有压电效应，给MLCC施加纹波可能产生电容啸叫，一般打胶或者覆盖其他隔音材料可以处理大部分情况，或者换钽电容/电解电容；
4.电容都有寄生电感，导致阻抗-频率曲线为典型LC谐振阻抗曲线，谐振频率之前表现为容性，之后表现为感性，通常电容容值越大谐振频率越低，对低频噪声滤波效果好，容值越小谐振频率越高，对高频噪声滤波效果好，使用时需要注意大小容值电容搭配滤波；
5.一般封装、容量、耐压和成本都正相关，但是小封装大容值成本通常更高，例如0402/22uF每家供应商的报价都远高于0603/22uF和0402/10uF；
6.三端子陶瓷电容具备更小的寄生电感，同时可以利用端子导通的特性辅助走线；
二、要点说明
1.结构与制造工艺
MLCC（Multi-layers Ceramic Capacitor），即多层陶瓷电容器，也称为片式电容器、积层电容、叠层电容等，是使用最广泛的一种电容器。MLCC是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以交错的方式叠合起来，经过高温烧结形成陶瓷块体，再在陶瓷块的两端封上金属层（外电极）而形成的。
MLCC具备体积小、交流损耗小、价格低、便于大规模量产等优点，是消费电子中应用最广泛的电容类别。调整不同的陶瓷介质材料，介质厚度、电极重叠面积等可以灵活改变参数特性。生产工艺可以参考下面链接的视频。
https://files.ceradir.com/video/media/0430/u/0/mp4/ceradir_5541_20210430114702.mp4
MLCC的结构主要包括三大部分：陶瓷介质，金属内电极，金属外电极。
陶瓷介质：主要是绝缘性能优良的氧化物材料如钛酸钡、钛酸锶等，它们是构成电容器的电气特性的基础。
内部电极：内部电极存在于每层陶瓷介质之间，起传导电流作用。
外层电极又分为外部电极、阻挡层和焊接层。外部电极主要为铜金属电极或银金属电极，与内部电极相连接，以便外接电源的输入。阻挡层主要成分为Ni镀层，起到热阻挡作用。焊接层主要为Sn镀层，提供可焊接性。
2.材料与参数特性
不同的介质材料可以得到不同的参数特性，介质材料类型分为两类，即Ⅰ类陶瓷电容器和Ⅱ类陶瓷电容器。Ⅰ类介质极其稳定，温度系数极低，而且不会出现老化现象，损耗因数不受电压、频率、温度和时间的影响，介电系数可以达到400，介电强度相对高。这种介质非常适用于高频（特别是工业高频感应加热的高频功率振荡、高频无线发射等应用的高频功率电容器）、超高频和对电容量、稳定性有严格要求定时、振荡电路的工作环境，这种介质电容器唯一的缺点是电容量不能做得很大（由于介电系数相对小），常见C0G介质电容器的电容量从0.5PF0.01μF。Ⅱ类介质的介电系数随温度变化较大，不适用于定时、振荡等对温度系数要求高的场合，但由于其介电系数可以做得很大（可以达到1200），因而电容量可以做得比较大，适用于对工作环境温度要求较高（X7R：-55+125℃）的耦合、旁路和滤波。
美国标准EIA-198-D对两种介质材料的温度特性进行了定义。对于I类陶瓷介质电容器，在用字母或数字表示陶瓷电容器的温度性质有三部分：第一部分为（例如字母C）温度系数α的有效数字；第二位部分有效数字的倍乘（如0即为100）；第三部分为随温度变化的容差（以ppm/℃表示）。这三部分的字母与数字所表达的意义如表。
例如，C0G（有时也称为NP0）表示为：第一位字母C为温度系数的有效数字为0，第二位数字0为有效温度系数的倍乘为-1，第三位字母G为随温度变化的容差为±30ppm/℃，即0(-1)±30ppm/℃，则在最高温度下容值精度为0±30ppm/℃，最低温度下容值精度负偏为-36-(1.22G+0.22CSymbol(0))=-36-(1.2230+0.220*(-1))=-72.6ppm/℃，正偏为0+30ppm/℃=30ppm/℃；NPO是美国军用标准（MIL）中的说法，其实应该是NP0（零），但一般大家习惯写成NPO（欧）。这是Negative-Positive-Zero的简写，用来表示的温度特性。C0x系列都可以叫NP0，最常见的材质为C0G，第一个字母为C时第二个数字没有意义乘出来都是0。
II类陶瓷介质电容器，在用字母或数字表示陶瓷电容器的温度性质有三部分：第一部分为（例如字母X）最低工作温度；第二位部分有效数字为最高工作温度；第三部分为随温度变化的容差（以ppm/℃表示）。这三部分的字母与数字所表达的意义如表。
例如，X7R表示为：第一位X为最低工作温度-55℃，第二位的数字7位最高工作温度+125℃，第三位字母R为随温度变化的容值偏差±15%；最常见的材质为X5R和X7R。
MLCC的容值从0.5pF起步，可以做到100uF，常用值和电阻类似，以E12数值为主，辅以部分E24数值。
常见额定电压有：2.5V、4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V等。
3.直流偏压特性
如果在电容两端施加直流电压时，其静电容量会随直流电压的上升而变化(降低)的现象称为电容的直流偏压特性。这种特性是钛酸钡(BaTiO3)系铁电体的高介电常数类MLCC特有的现象，即常用的X5R、X7R等材料的MLCC都会有这个问题；导电性高分子的铝电解电容器(高分子AI)、导电性高分子钽电解电容器(高分子Ta)、薄膜电容器(Film)、氧化钛和使用了锆酸钙系顺电体的温度补偿用MLCC上几乎不会发生这种现象。BaTiO3晶体中，Ti离子位置会出现位置的随机偏移，即自发极化，而施加直流电压后，极化会受到电场方向束缚，对交流信号的极化改变响应变差，表现为电容量的降低。
通过查询村田、三星等网站的电容直流偏压特性曲线数据，可以得出如下规律：
3.1.容量不同、其他参数一致的电容，容量越大，直流偏压特性越明显。
3.2.容量相同、耐压不同的电容，在相同的直流偏压下，容量下降的比例相近。
3.3.容量、耐压都相同的电容，封装越大，电容量下降越慢。
4.阻抗与ESR
电容作为基本元器件之一，实际生产的电容都不是理想的，会有寄生电感，等效串联电阻存在，同时因为电容两极板间的介质不是绝对绝缘的，因此存在数值较大的绝缘电阻。所以，实际的电容模型等下如下图：
其中，绝缘电阻R非常大，计算阻抗时可以略去，则阻抗公式为：
MLCC的ESR与电容器的容量、电压、频率及温度等都有关联；当额定电压、频率、温度一致时，容量越大，ESR越小；另外，低频时ESR高，高频时ESR相对较低；并且高温也会使ESR增大。
上图是村田某型号电容的阻抗和ESR-频率曲线，阻抗最小的地方对对应频率的噪声滤波效果远好于其他地方，这个频率被称为谐振频率。谐振频率与电容容值、封装、材质等密切相关，是电容的关键特性之一。一般而言小于100pF的电容器谐振频率在GHz以上，100pF1nF谐振频率在100MHz1GHz，1nF100nF谐振频率在10100MHz，1uF以上电容谐振频率一般不超过10MHz。
ESR，串联等效电阻，用于描述施加交流电时电容的有功功率大小，也是跟随频率不同而有所差异的，一般而言封装越大、容值越大，ESR越小。
一种有效降低ESL/ESR的MLCC设计是LW逆转设计。LW逆转MLCC，即长宽逆转MLCC，普通MLCC是从窄边引出焊盘管脚，LW逆转MLCC是从长边引出焊盘管脚，由于ESR/ESL更小，全频段阻抗曲线可以更低，滤波效果更好，能减少去耦电容的数量，或者改用更小电容封装达到一样的滤波效果。
还有一种类似的设计是三端子电容，也是可以通过更宽更低阻抗的电极来有效降低ESR/ESL。
5.电容啸叫
压电效应是陶瓷材料的固有特性，压电效应包含正压电效应和逆压电效。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。II类材质比I类材质的压电效应要显著很多。
电容我们应用最多的场景就是给电路滤波，纹波噪声在电容上会通过压电效应导致MLCC发生周期性的膨胀收缩，产生特定频率的机械振动，带动PCB板振动，如果需要滤除的纹波频率在人耳可以听到的声波范围内，即20~20kHz，这种机械振动会产生人耳可以听到的噪声，这种现象被称为电容啸叫。啸叫主要发生在MLCC和感性器件，在一些包含音频功能的产品如手机、运动相机中，啸叫会严重干扰产品的音频性能。一般而言，具备如下特征的电容和电路设计更容易产生啸叫：电容器尺寸大、静电容量大、线电压和电压变动（电流变动）大、同一条线上安装了多个符合上述内容的陶瓷电容。部分人担心啸叫影响电容的可靠性，村田的产品FAQ反馈对于MLCC自身和附近器件而言，啸叫不会引发可靠性问题。
目前常见的应对方法包括：
a.换其他材质的电容，钽电容、聚合物电容、铝电解电容等，也可以尝试I类材质的MLCC或其他改良压电效应的MLCC，各主流厂家都推出了自己的抗啸叫电容MLCC产品；
b.设法改变电压纹波频率，例如背光驱动产生的电容啸叫，可以调整驱动PWM频率，轻载PFM/PSM模式的DCDC改为强制PWM模式等；
c.设法改变电压纹波幅度，例如DCDC中输出电感换更大的值。
d.调整布局，让电容远离音频电路和音频设备；d.打胶或消音泡棉覆盖产生啸叫的电容；
d.采用带金属支架端子的MLCC，或者采用引线管脚的MLCC，部分抗啸叫MLCC的设计就是电极用支架端子引出；
e.采用带基板的MLCC，这种扛啸叫MLCC的设计思路是将普通MLCC封装到一个环氧树脂玻璃基板上做缓冲，并引出电极；
f.采用底部保护层加厚的MLCC，这种扛啸叫MLCC的设计思路是加厚底部没有电极的陶瓷层厚度，并控制焊锡高度，发生压电效应时只在上部有电极的区域，底部无电极的陶瓷保护层可以缓冲带动PCB振动产生的啸叫；
g.更换为封装更小、容量更小的MLCC电容，减小啸叫振动的幅度，减弱啸叫声音；
h.布局上同网络的MLCC双面对称放置，或采用其他不规则排列方式避免整齐排列，以便互相抵消对PCB的振动影响，减少带动PCB振动产生的声音；
6.三端子电容
三端子电容，也叫叫馈通滤波器，是通过将普通2端子电容的电极引出方式进行变更，在短边两端都引出同一极，在中部引出另一极，共3个焊盘管脚，故称为三端子电容，后来也出现了在中间在两侧引出另一极到两个端子的设计，共4个焊盘管脚，仍然被称为三端子电容。由于有更宽的电极引线到焊盘管脚，ESR/ESL都更小
由于三端子电容的相对的端子是在内部是同一个电极，故可以采用普通两端子电容的设计进行连接，也可以利用其内部导通特性，让信号或电源路径强制经过电容，起到更好的滤波效果。用于高速信号滤波时，需要考虑其插损参数。对于布线面积紧张的单板，也可以借用三端子电容的对端焊盘内部的电极来作为走线路径给板上模块电路供电。
三、经典电容电路分析
