MLCC у дизайні розумних годинників: забезпечення цілісності живлення та якості сигналу

I. Загальний огляд проекту: проблеми живлення у розумних годинниках

Розумні годинники, як високінтегровані носимі пристрої, мають забезпечувати складну функціональність — таку як підтримка Bluetooth, сенсорний дисплей, контроль пульсу, навігація GPS — в надзвичайно компактному корпусі. Серед найважливіших інженерних завдань — зберігання стабільності живлення та збереження чистоти радіочастотних сигналів у підсистемах.

II. Багатофункціональна роль конденсаторів MLCC у розумних годинниках

Конденсатори MLCC виступають як багатофункціональні компоненти на друкованих платах розумних годинників:

• Як фільтри живильних ліній, вони придушують шуми та перехідні перешкоди;
• У радіочастотних модулях вони забезпечують узгодження імпедансу для чистої передачі сигналів;
• На вихідних ступенях регуляторів живлення вони забезпечують розв’язування для зменшення перешкод від перенапруг та наводок.

Завдяки компактному розміру та високій надійності, MLCC є найбільш поширеними пасивними компонентами в розумних годинниках. Один розумний годинник може містити понад 250 MLCC, в основному у розмірах 0402, 0201 або навіть ультрамініатюрних 01005.

III. Аналіз випадку: Використання MLCC для побудови стабільної архітектури живлення

У проекті з оптимізації архітектури живлення популярної марки розумних годинників у Європі, початковий дизайн страждав від перешкод на виході перетворювача DC-DC, що викликало періодичну нестабільність у BLE-зв'язку. Інженерна команда застосувала таку стратегію оптимізації MLCC:

• Додано мережу з трьох конденсаторів для роз'єднання (1 мкФ, 100 нФ, 10 нФ), використовуючи MLCC типу X5R, щоб охопити широку частотну смугу;
• Введено MLCC ємністю 1 мкФ з діелектриком C0G у ланцюг живлення BLE для поліпшення відгуку на високих частотах;
• Перероблено розташування друкованої плати, щоб розмістити MLCC ближче до PMIC і контактів живлення BLE, зменшуючи паразитну індуктивність.

Ця оптимізація знизила рівень помилок BLE-зв'язку з 8% до менше ніж 0,5% і значно стабілізувала споживання енергії в режимі очікування.

IV. Підвищення цілісності сигналу: MLCC в радіочастотних модулях

У радіочастотних шляхах 2,4 ГГц вибір MLCC має критичне значення. Неправильний вибір діелектрика або значення ємності може призводити до спотворення сигналу, високого КСХН або невідповідності імпедансу.

Успішні проекти дотримуються цих правил:

• Використовуйте MLCC типу C0G для частот понад 1 ГГц для забезпечення термічної стабільності;
• Застосовуйте моделювання S-параметрів для точної настройки значень узгодження (наприклад, 0,8 пФ, 1,2 пФ);
• Обирайте корпуси не більше 0402 для мінімізації паразитних ефектів.

V. Майбутні тенденції: надмініатюрні та вбудовані MLCC

Оскільки товщина смарт-годинників зменшується до менше ніж 10 мм, виробники MLCC розвиваються в кількох напрямках:

• Високоякісні MLCC в корпусах 01005 і навіть 008004
• Багатошарові керамічні конденсатори для забезпечення великої ємності в обмеженому просторі
• Технологія вбудованих керамічних конденсаторів, що інтегрують конденсатори в модулі або корпуси мікросхем

Ці інновації суттєво підвищать гнучкість проектування та інтеграцію систем у носимих пристроях нового покоління

MLCC | Питання живлення носимих пристроїв | Керамічні конденсатори високої частоти