Kondensatory MLCC w projektowaniu zegarków inteligentnych: ochrona integralności zasilania i jakości sygnałów

I. Tło projektu: Wyzwania w systemach zasilania smartwatchy

Smartwatche, jako wysoce zintegrowane urządzenia noszone, muszą oferować złożone funkcje – takie jak łączność Bluetooth, ekrany dotykowe, monitorowanie tętna i śledzenie GPS – w niezwykle kompaktowej obudowie. Do najpilniejszych wyzwań inżynieryjnych należy utrzymanie stabilności zasilania i integralności sygnału RF w podsystemach.

II. Wielofunkcyjna rola MLCC w smartwatchach

Kondensatory MLCC stanowią wszechstronne komponenty płytek PCB w smartwatchach:

• Jako filtry linii energetycznych tłumią szumy i przejściowe wahania napięcia;
• W modułach RF zapewniają dopasowanie impedancji, co przekłada się na czystą transmisję sygnału;
• W stopniach wyjściowych PMIC zastosowano odsprzęganie w celu złagodzenia przesterowań i przesłuchów.

Dzięki kompaktowym rozmiarom i wysokiej niezawodności, ogniwa MLCC są najczęściej stosowanymi komponentami pasywnymi w smartwatchach. Pojedynczy smartwatch może zawierać ponad 250 ogniw MLCC, głównie w rozmiarach 0402, 0201, a nawet ultraminiaturowych 01005.

III. Analiza przypadku: Wykorzystanie kondensatorów MLCC do budowy stabilnej architektury zasilania

W projekcie optymalizacji architektury zasilania popularnej marki smartwatchy w Europie, pierwotny projekt charakteryzował się skokami szumów na wyjściu przetwornicy DC-DC, co powodowało okresową niestabilność komunikacji BLE. Zespół inżynierów przyjął następującą strategię optymalizacji MLCC:

• Dodano sieć odsprzęgającą z trzema kondensatorami (1μF, 100nF, 10nF) wykorzystującą kondensatory MLCC X5R w celu pokrycia szerokiego pasma częstotliwości;
• Wprowadzono kondensator MLCC o pojemności 1μF z dielektrykiem C0G do ścieżki zasilania BLE w celu poprawy odpowiedzi wysokoczęstotliwościowej;
• Zmieniono układ PCB, umieszczając kondensatory MLCC bliżej pinów zasilania PMIC i BLE, co zmniejsza indukcyjność pasożytniczą.

Dzięki tej optymalizacji udało się zmniejszyć liczbę błędów komunikacji BLE z 8% do poniżej 0,5% i znacząco ustabilizować zużycie energii w trybie czuwania.

IV. Poprawa integralności sygnału: Kondensatory MLCC w modułach RF

W torach RF 2,4 GHz dobór kondensatorów MLCC jest kluczowy. Niewłaściwe typy dielektryków lub wartości pojemności mogą skutkować zniekształceniami sygnału, wysokim współczynnikiem SWR lub niedopasowaniem impedancji.

Udane projektowanie opiera się na następujących zasadach:

• W celu zapewnienia stabilności termicznej dla częstotliwości >1 GHz należy stosować kondensatory MLCC C0G;
• Zastosuj symulację parametrów S, aby precyzyjnie dostroić wartości dopasowania (np. 0,8 pF, 1,2 pF);
• Aby zminimalizować skutki pasożytnictwa, wybieraj pakiety nie większe niż 0402.

V. Przyszłe trendy: ultraminiaturowe i wbudowane kondensatory MLCC

W miarę jak grubość smartwatchy maleje poniżej 10 mm, producenci MLCC podążają w kilku kierunkach:

• Kondensatory MLCC o dużej pojemności w obudowach 01005, a nawet 008004
• Stosy MLCC zapewniające dużą pojemność w ciasnych przestrzeniach
• Wbudowana technologia MLCC, integrująca kondensatory w modułach lub obudowach układów scalonych

Te innowacje znacząco zwiększą elastyczność projektowania i integrację systemów w urządzeniach noszonych nowej generacji.

MLCC | Noszone zarządzanie energią | Ceramiczne kondensatory wysokiej częstotliwości