MLCC trong Thiết kế Đồng hồ Thông minh: Bảo vệ Tính toàn vẹn Nguồn và Hiệu suất Tín hiệu

Thông qua các nghiên cứu thực tế, bài viết này phân tích các ứng dụng của MLCC trong thiết kế đồng hồ thông minh, bao gồm việc lựa chọn kích thước, lựa chọn vật liệu và định hướng phát triển trong tương lai.

I. Bối cảnh Dự án: Thách thức trong Hệ thống Nguồn Đồng hồ Thông minh

Đồng hồ thông minh, với tư cách là thiết bị đeo có độ tích hợp cao, phải cung cấp các chức năng phức tạp—như kết nối Bluetooth, màn hình cảm ứng, theo dõi nhịp tim và định vị GPS—trong một yếu tố hình thức đặc biệt nhỏ gọn. Trong số những thách thức kỹ thuật cấp bách nhất là duy trì sự ổn định nguồn và bảo toàn tính toàn vẹn tín hiệu RF qua các hệ thống con.

II. Vai trò Đa chức năng của MLCC trong Đồng hồ Thông minh

MLCC đóng vai trò là các linh kiện đa dụng trên PCB của đồng hồ thông minh:

Với tư cách bộ lọc đường nguồn, chúng triệt tiêu nhiễu và dao động điện áp đột ngột;
Trong các mô-đun RF, chúng đảm bảo phối hợp trở kháng để truyền tín hiệu sạch;
Tại các tầng đầu ra của PMIC, chúng cung cấp chức năng tách ly để giảm hiện tượng vượt quá mức và nhiễu chéo.

Nhờ kích thước nhỏ gọn và độ tin cậy cao, các tụ điện gốm đa lớp (MLCC) là linh kiện thụ động được sử dụng rộng rãi nhất trong đồng hồ thông minh. Một chiếc đồng hồ thông minh đơn lẻ có thể chứa hơn 250 tụ MLCC, chủ yếu ở các cỡ 0402, 0201 hoặc thậm chí cả cỡ siêu nhỏ 01005.

III. Phân tích trường hợp: Sử dụng tụ MLCC để xây dựng kiến trúc nguồn ổn định

Trong một dự án tối ưu hóa kiến trúc nguồn điện cho một thương hiệu đồng hồ thông minh phổ biến tại châu Âu, thiết kế ban đầu gặp phải hiện tượng nhiễu xung ở đầu ra bộ chuyển đổi DC-DC, gây ra sự bất ổn gián đoạn trong giao tiếp BLE. Nhóm kỹ sư đã áp dụng chiến lược tối ưu hóa tụ MLCC như sau:

Bổ sung mạng tách ghép ba tụ điện (1μF, 100nF, 10nF) sử dụng tụ MLCC loại X5R để bao phủ dải tần số rộng;
Đưa thêm một tụ MLCC 1μF với điện môi C0G vào đường cấp nguồn BLE để cải thiện đáp ứng tần số cao;
Thiết kế lại bố trí bo mạch in (PCB) để đặt các tụ MLCC gần hơn với các chân cấp nguồn của IC quản lý điện (PMIC) và BLE, giảm điện cảm ký sinh.

Việc tối ưu hóa này đã giảm tỷ lệ lỗi giao tiếp BLE từ 8% xuống dưới 0,5% và làm ổn định đáng kể mức tiêu thụ điện năng trong chế độ chờ.

IV. Cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu: MLCC trong các Mô-đun RF

Trên các đường dẫn RF 2,4GHz, việc lựa chọn MLCC rất quan trọng. Các loại điện môi hoặc giá trị điện dung không phù hợp có thể dẫn đến méo tín hiệu, VSWR cao hoặc sai lệch trở kháng.

Thiết kế thành công tuân theo các quy tắc sau:

Sử dụng MLCC loại C0G cho các tần số >1GHz để đảm bảo độ ổn định nhiệt;
Áp dụng mô phỏng tham số S để tinh chỉnh các giá trị phối hợp (ví dụ: 0,8pF, 1,2pF);
Chọn các vỏ linh kiện không lớn hơn 0402 để giảm thiểu các hiệu ứng ký sinh.

V. Xu hướng tương lai: MLCC siêu nhỏ gọn và tích hợp sẵn

Khi các mẫu đồng hồ thông minh ngày càng mỏng hơn dưới 10mm, các nhà cung cấp MLCC đang phát triển theo nhiều hướng: