# HighSNR Lab — направления исследований по нелинейным искажениям в MLCC

*Рабочий документ по итогам стратегической сессии 16.07.2026*

## Общая рамка

Исследовательская программа строится вокруг одной физической проблемы: нелинейность Class II керамических конденсаторов (X5R/X7R) — зависимость ёмкости и заряда от приложенного напряжения — порождает гармонические искажения в пассивных RC-фильтрах, входных цепях АЦП и PDN. Программа разбивается на четыре исследовательские ветки и одну обеспечивающую измерительную ветку. Принцип портфеля: не гонять один результат по всем площадкам, а иметь запас наработок, из которого каждая публикация берёт свой аспект.

Стратегическая цель программы — видимость и репутация у application engineers вендоров (Murata, TDK, Samsung Electro-Mechanics, Yageo/KEMET) как основа для спонсируемых исследований и заказных app notes (целевой чек $5–15 тыс. за работу).

---

## Ветка 1. Физика и математика возникновения искажений

**Статус: наиболее проработанная.** Есть строгий аналитический вывод механизма возникновения искажений и две рабочие модели для их количественной оценки.

**Содержание направления:**
- Заряд-базированный Q(V)-формализм как корректное описание нелинейного конденсатора — в противовес упрощённой подстановке C(V_DC), которую используют вендорские модели.
- Аналитический вывод уровней гармоник для квадратичной аппроксимации C(V) с валидацией на реальных данных Murata (DC-bias кривые из SimSurfing API, парты GRM155R60J105KE19, GRM188R60J105KA01).
- Связь величины искажений с рабочей точкой смещения, долей номинального напряжения и типом диэлектрика.

**Публикационная цель:** флагманская статья в Signal Integrity Journal — задаёт репутацию теоретика. Материал в значительной части готов (база — AN-001 и EDN-статья).

---

## Ветка 2. Методология оценки THD в пассивных фильтрах (симуляция)

**Статус: две модели готовы, вторая требует расширения.** Текущий симулятор (Python, scipy/solve_ivp) покрывает три топологии фильтров; потенциал расширения — до ~15 разновидностей.

**Содержание направления:**
- Обобщённый метод оценки THD для произвольных пассивных фильтров с нелинейными Class II конденсаторами.
- Расширение библиотеки топологий симулятора (большая, но откладываемая задача — высокие трудозатраты при умеренной текущей отдаче).
- Открытый код на GitHub как элемент дистрибуции: живой инструмент, который инженеры форкают и цитируют, — конкурентное преимущество, которого нет у аналогов.

**Публикационная цель:** практическая статья для EDN («готовый инструмент» — формат, который любят практики). Расширение симулятора само по себе — отдельная публикация об обобщённом методе.

**Приоритет:** расширение до 15 топологий отложено; в работу берётся после закрытия более быстрых публикационных задач.

---

## Ветка 3. Схемотехническая компенсация искажений

**Статус: наименее раскрытая в литературе — наибольший потенциал новизны.** Вырастает из математики Ветки 1 почти без дополнительных затрат: зная форму нелинейности, методы компенсации выводятся напрямую.

**Содержание направления:**
- Антипараллельное/встречное включение конденсаторов для взаимной компенсации чётных гармоник.
- Выбор рабочей точки смещения как инструмент минимизации искажений.
- Деление номиналов (последовательное/параллельное разбиение) для снижения напряжённости на каждом элементе.
- Оценка остаточных искажений после компенсации.

**Стратегическая ценность:** тема прямо интересна вендорам — компенсационные схемы увеличивают количество применяемых компонентов, то есть «продают» больше конденсаторов.

**Публикационная цель:** EDN или Planet Analog.

---

## Ветка 4. Поведенческие модели для SPICE и системных симуляторов

**Статус: проведён глубокий обзор.** Выполнена ревизия таксономии моделей MLCC (12 уровней — от идеальной ёмкости до вендорских поведенческих SPICE-моделей). Ключевой вывод: вендорские модели реализуют интерполяцию C(V_DC), но не истинную заряд-базированную формулировку Q(V), что ограничивает точность прогноза THD.

**Содержание направления:**
- Систематизация ограничений существующих вендорских моделей применительно к расчёту искажений.
- Предложение дополнения/корректной формулировки моделей на основе Q(V).
- Демонстрация расхождений прогнозов на конкретных партах и топологиях.

**Публикационная цель:** статья, прицельно адресованная application engineers Murata/KEMET — «чего не умеют ваши SPICE-модели и как это исправить». Наиболее прямой инструмент выхода на вендорские контакты.

---

## Ветка 5 (обеспечивающая). Аппаратная измерительная база

Не публикационная ветка сама по себе, но открывает самый ценный класс статей — экспериментальную валидацию теории.

**Состав:**
- Измерительная плата собственной разработки (основной текущий потребитель времени).
- Анализатор/генератор: QuantAsylum QA403 (THD < −120 дБ, полоса до ~90 кГц, BNC, открытый Python API). **Статус: предоставлен по спонсорской программе QuantAsylum** в поддержку исследований лаборатории. Согласована полная независимость измерений. В рамках работ на QA403 запланировано тестирование и сравнение 6.3 V и 50 V X7R конденсаторов на разных уровнях DC-смещения (идея Мэтта из QuantAsylum). Прибор доставляется через форвардера в США на текущий адрес.
- Термокамера для температурных измерений характеристик MLCC (нагрев-only, малошумящая концепция — проработана ранее).

**Целевой срок:** рабочий прототип стенда к осени 2026.

### Метод измерения искажений (согласован сегодня)

Прямое спектральное измерение гармонических искажений тестового фильтра с Class II MLCC на комбинированном приборе **QuantAsylum QA403** (генератор + анализатор спектра в одном корпусе):

- **Принцип:** малоискажённый синус с генератора QA403 подаётся на вход исследуемого RC-фильтра (DUT на измерительной плате собственной разработки); выходной спектр снимается анализатором той же коробки, уровни HD2/HD3 и THD сравниваются с прогнозом аналитической Q(V)-модели и Python-симуляции.
- **Запас по остаточным искажениям:** собственный THD прибора ниже −120 дБ — на порядки ниже измеряемых эффектов (расчётные HD2 в проблемных режимах — единицы процентов, т.е. −30…−40 дБ), что исключает вклад тракта в результат.
- **Частотный диапазон:** до ~90 кГц с честным динамическим диапазоном — покрывает пассивные RC-фильтры и НЧ-часть PDN-тематики; состыковывается с низкочастотными DC-bias данными Murata SimSurfing, на которых валидирована теория.
- **Рабочая точка:** контролируемое DC-смещение на DUT — ключевой варьируемый параметр (искажения исследуются как функция доли номинального напряжения).
- **Автоматизация:** открытый Python API прибора; свипы частоты, амплитуды и смещения интегрируются в единый скриптовый пайплайн с термокамерой (нагрев-only, линейная регуляция без ШИМ-шума) для снятия температурных зависимостей.
- **Интерфейсы:** BNC, лабораторный форм-фактор — совместимость с измерительной платой без переходных компромиссов.

Альтернативы рассмотрены и отклонены: связка E1DA Cosmos ADC + APU (лучше по остаточному THD, ~−140 дБ, и дешевле, но аудиофильские разъёмы, нет родного ПО и API — недели интеграционной возни); профессиональные звуковые карты (нет измерительного софта); б/у Audio Precision (лотерея, дороже).

### Метод NPR — шумоподобный сигнал с вырезанной полосой (согласован сегодня)

Второй, дополняющий метод оценки нелинейности — **Noise Power Ratio (NPR)**, классика из телекома (многоканальная телефония; сегодня применяется для характеризации АЦП, спутниковых транспондеров, усилителей мощности).

- **Принцип:** на тестируемую цепь подаётся широкополосный шум (или мультитон), в спектре которого режекторным фильтром вырезана узкая полоса — глубокий провал (notch). Линейная цепь провал сохраняет; нелинейность за счёт интермодуляции «засыпает» его продуктами. Отношение уровня шума вокруг провала к уровню на его дне и есть NPR в децибелах.
- **Почему это важно для MLCC:** одиночный тон (THD) — идеализация; реальные сигналы широкополосны, и интермодуляционные продукты часто хуже гармонических. NPR даёт метрику нелинейности, приближённую к реальным условиям эксплуатации. **NPR-характеризация конденсаторов, по имеющимся данным, в литературе отсутствует — потенциально приоритетная новизна и отдельная публикация.**
- **Практическая реализация:** вместо аналогового шума с аналоговым режектором — **цифровой мультитон с вырезанными бинами**: провал синтезируется точно, фазы тонов рандомизируются для снижения пик-фактора, глубина провала ограничена только линейностью ЦАП-тракта. Когерентная сетка частот генератора и АЦП — FFT без спектральной утечки.
- **Аппаратная база:** собственный FPGA-генератор (разработка для образовательной линии) идеально ложится в эту схему — точный синтез мультитона с вырезанными бинами и когерентность с АЦП; по сути, готовый NPR-стенд. Ключевое требование: остаточный провал измерительного тракта (генератор + АЦП анализатора) должен быть глубже измеряемого эффекта.
- **Связь с ветками:** метод опирается на Q(V)-модель (Ветка 1) для прогноза интермодуляционного заполнения провала и расширяет методологию Ветки 2 с гармонических метрик на интермодуляционные.

---

## Порядок публикаций (согласованный план)

1. **SIJ, флагман:** физика и Q(V)-формализм с валидацией на данных Murata — репутация теоретика.
2. **EDN:** практическая оценка THD в пассивных фильтрах, обобщение симулятора — инструмент для инженеров.
3. **EDN / Planet Analog:** методы компенсации (антипараллельное включение, рабочая точка, деление номиналов).
4. **Прицельная статья по SPICE-моделям** — прямой выход на application engineers вендоров.
5. **Зима 2026/27:** измерительные статьи — экспериментальное подтверждение теории на собственном стенде; основа для перехода к разговору о финансировании исследований вендорами.

## Распределение времени (рабочая пропорция)

- ~50% — статьи и публикационная активность (включая LinkedIn-посты с конкретными партномерами);
- ~30% — измерительная плата и стенд (непрерывно, фоном, дедлайн — осень);
- ~20% — переписка с вендорами, поддержание контактов, networking.

Расширение симулятора до 15 топологий и все побочные активности (Patreon, русскоязычный канал) — по остаточному принципу.