MLCC v konštrukcii chytrých hodiniek: Zabezpečenie integrity napájania a výkonu signálu

I. Pozadie projektu: Výzvy v oblasti napájania hodiniek so smart funkciami

Hodinky so smart funkciami, ako vysoko integrované nositeľné zariadenia, musia poskytovať zložité funkcie – ako napríklad Bluetooth pripojenie, dotykové displeje, monitorovanie srdcovej frekvencie a GPS sledovanie – v rámci mimoriadne kompaktného dizajnu. Medzi najdôležitejšie inžinierske výzvy patrí udržiavanie stability napájania a zachovávanie integrity RF signálov v rámci subsystémov.

II. Viacúčelová úloha keramických kondenzátorov s viacvrstvovou štruktúrou (MLCC) v hodinkách so smart funkciami

Keramické kondenzátory s viacvrstvovou štruktúrou (MLCC) pôsobia ako všestranné komponenty na doskách plošných spojov hodiniek so smart funkciami:

• Ako filtre napájacieho vedenia potláčajú rušenie a prechodné napätiové fluktuácie;
• Vo vnútri RF modulov zabezpečujú prispôsobenie impedancie pre čistú prenosovú techniku signálov;
• Na výstupných stupňoch regulátorov napájania poskytujú oddelenie, ktoré znižuje prekmit a vzájomné prenosy.

Vďaka svojej kompaktnej veľkosti a vysokéj spoľahlivosti sú keramické kondenzátory (MLCC) najpoužívanejšími pasívnymi súčiastkami v inteligentných hodinkách. Jedny inteligentné hodinky môžu obsahovať viac ako 250 MLCC kondenzátorov, najmä vo veľkostiach 0402, 0201 alebo dokonca ultra-miniatúrnych 01005.

III. Prípadová analýza: Použitie MLCC na vytvorenie stabilnej architektúry napájania

V rámci projektu optimalizácie napájacej architektúry populárnej značky inteligentných hodiniek v Európe trpela pôvodná konštrukcia výstupom špičiek napätia z konvertora DC-DC, čo spôsobovalo občasnú nestabilitu komunikácie BLE. Inžiniersky tím použil nasledujúcu stratégiu optimalizácie MLCC kondenzátorov:

• Pridal troj-kondenzátorovú sieť odpojenia (1 μF, 100 nF, 10 nF) pomocou MLCC kondenzátorov X5R na pokrytie širokého frekvenčného pásma;
• Zaviedol MLCC kondenzátor 1 μF s keramickým dielektrikom C0G do napájacieho obvodu BLE na zlepšenie odozvy na vysokých frekvenciách;
• Pretvoril usporiadanie plošného spoja (PCB) tak, aby boli MLCC kondenzátory umiestnené bližšie k napájaciemu čipu PMIC a k napájacie piny BLE, čím sa znížila parazitná indukčnosť.

Táto optimalizácia znížila mieru chýb BLE komunikácie z 8 % na menej ako 0,5 % a výrazne stabilizovala spotrebu energie v režime pohotovosti.

IV. Zabezpečenie integrity signálu: MLCC v RF moduloch

V 2,4GHz RF cestách je výber MLCC kritický. Nevhodné typy dielektrika alebo hodnoty kapacity môžu spôsobiť skreslenie signálu, vysokú VSWR alebo nesúlad impedancie.

Úspešné návrhy dodržiavajú tieto pravidlá:

• Pre frekvencie >1GHz použite MLCC s dielektrikom C0G, aby ste zabezpečili tepelnú stabilitu;
• Použite simuláciu S-parametrov na doladenie hodnôt prispôsobenia (napr. 0,8pF, 1,2pF);
• Vyberte puzdrá nie väčšie ako 0402, aby ste minimalizovali parazitné efekty.

V. Budúce trendy: Ultra-miniatúrne a zabudované MLCC

Keďže hrúbka smartwatchov klesá pod 10mm, výrobcovia MLCC sa rozvíjajú v niekoľkých smeroch:

• Vysokokapacitné MLCC v puzdrách 01005 a dokonca 008004
• Vrstvené keramické kondenzátory poskytujúce veľkú kapacitu v obmedzenom priestore
• Vestená technológia keramických kondenzátorov, integrujúca kondenzátory do modulov alebo čipových balení

Tieto inovácie výrazne zvýšia flexibilitu návrhu a integráciu systémov v nositeľných zariadeniach novej generácie.

MLCC | Riadenie napájania nositeľných zariadení | Vysokofrekvenčné keramické kondenzátory