MLCC-k okosóra tervezésben: a teljesítményintegritás és jelminőség védelme

I. Projekt háttér: Kihívások az okosórák energiaellátási rendszereiben

Az okosórák, mint magas szinten integrált hordozható eszközök, rendkívül kompakt formában képesek összetett funkciókat nyújtani – például Bluetooth-kapcsolat, érintőképernyő, pulzusmérés és GPS-követés –, amelyek működése során az egyik legnagyobb mérnöki kihívást az energiaellátás stabilitásának fenntartása és az RF-jelminőség megőrzése jelenti az egyes alrendszerekben.

II. Az MLCC-k sokoldalú szerepe az okosórákban

Az MLCC-k sokféle funkciót látnak el az okosórák nyomtatott áramkörlemezein:

• Az áramforrás-vezetékek szűrőiként zajt és átmeneti feszültségingadozásokat szűrnek ki;
• Az RF-modulokon belül impedanciamatchinget biztosítanak a tiszta jelátvitelhez;
• A PMIC kimeneti szakaszában decoupling funkcióval rendelkeznek, csökkentve a túllendülést és a keresztbeszédet.

Köszönhetően kompakt méretüknek és magas megbízhatóságuknak, az MLCC-k a leggyakrabban használt passzív alkatrészek az okosórákban. Egyetlen okosóra akár 250-nél is több MLCC-t tartalmazhat, elsősorban 0402, 0201 vagy akár ultrakompakt 01005 méretben.

III. Esettanulmány: MLCC-k használata egy stabil tápellátási architektúra kialakításához

Egy népszerű európai okosóra márka tápellátási architektúrájának optimalizálására végzett projekt során a kezdeti tervezés zajcsúcsokat mutatott a DC-DC konverter kimenetén, ami időszakos instabilitást okozott a BLE kommunikációban. A mérnöki csapat a következő MLCC optimalizálási stratégiát alkalmazta:

• Három kondenzátoros decoupling hálózat (1 μF, 100 nF, 10 nF) bevezetése X5R MLCC-kkel a széles frekvenciatartomány lefedéséhez;
• A BLE tápellátási útba beépítettek egy 1 μF-os MLCC-t C0G dielektrikummal a magas frekvenciás válasz javításához;
• A PCB elrendezést újratervezték, így az MLCC-ket közelebb helyezték el a PMIC-hez és a BLE tápfeszültség-kivezetésekhez, csökkentve a parazita induktivitást.

Ez az optimalizálás csökkentette a BLE kommunikációs hibák arányát 8%-ról 0,5% alá, és jelentősen stabilizálta a fogyasztást várakozó állapotban.

IV. Jelminőség javítása: MLCC-k RF modulokban

A 2,4 GHz-es RF utaknál az MLCC kiválasztása kritikus fontosságú. A nem megfelelő dielektrikum típusok vagy kapacitásértékek jelvisszahatást, magas VSWR-t vagy impedancia illesztetlenséget okozhatnak.

Sikeres követőtervek ezeket a szabályokat alkalmazzák:

• C0G MLCC-k használata 1 GHz feletti frekvenciákhoz a termikus stabilitás biztosításához;
• S-paraméter szimuláció alkalmazása az illesztési értékek finomhangolásához (pl. 0,8 pF, 1,2 pF);
• Csomagolásként legfeljebb 0402 méretű alkatrészek választása a parazita hatások csökkentése érdekében.

V. Jövőbeli trendek: Ultra mini és beágyazott MLCC-k

Ahogy az okosórák mérete 10 mm alá csökken, az MLCC gyártók több irányba is fejlődnek:

• Nagy kapacitású MLCC-k 01005 és akár 008004 méretben
• Rétegzett MLCC-k nagy kapacitás biztosításához szűk helyeken
• Beépített MLCC-technológia, kondenzátorok integrálásával modulokba vagy chipcsomagokba

Ezek az újítások jelentősen növelik a következő generációs hordozható eszközök esetén a tervezési rugalmasságot és a rendszerintegrációt.

MLCC | Hordozható eszközök energiaellátás-kezelése | Magas frekvenciájú kerámia kondenzátorok