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AI边缘计算盒子(机器人端)的MLCC:应对微处理器瞬态电流需求的去耦策略

文章出处:常见问题 网责任编辑: 东莞市平尚电子科技有限公司 阅读量: 发表时间:2025-07-05 15:26:21

AI边缘计算盒子(机器人端)的MLCC:应对微处理器瞬态电流需求的去耦策略


在机器人边缘计算盒子的核心板上,微处理器纳秒级负载切换引发的100A/μs瞬态电流,足以使1.0V电源轨塌陷300mV——这相当于让实时SLAM算法丢失15帧环境数据。平尚科技通过车规认证的超低ESL贴片电容(PS-AM系列),以0.2nH等效电感和100μF/cm³的容值密度,为机器人端AI算力构建毫秒不差的能量后援。


机器人边缘计算盒子的核心板


瞬态电流的电压塌陷危机

当机器人执行突发避障指令时,AI芯片在50ns内从休眠切换至满负荷,电源网络面临三重挑战:


  • 分布式RC延迟:传统去耦网络响应延迟>2ns,导致首波电流完全由PCB寄生电感供给(20nH电感引发>400mV压降)

  • 电容谐振点失配:MLCC自谐振频率(SRF)与噪声频谱错位时,阻抗飙升10倍

  • 空间压缩极限:30×30mm边缘计算盒中,去耦电容安装区<8mm²
    平尚科技MLCC采用镍基端电极(电阻率6.9μΩ·cm)和三维堆叠结构,在0402封装实现22μF容量(常规产品10μF),将ESL压至0.2nH(行业平均0.5nH),SRF提升至45MHz。


车规级MLCC


平尚科技车规级MLCC的瞬态响应方案

基于IATF 16949零缺陷标准,平尚科技通过材料与结构创新突破空间限制:


1. 纳米晶界控制介电层
在X7R介质中掺入1.2nm氧化钇颗粒,晶粒尺寸控制在150nm(传统工艺>300nm)。介电常数提升至3800(+25%),在125℃高温下容漂移<±6%。配合0.8μm超薄电极,体积效率达11μF/mm³。


2. 倒装铜柱结构
在电容底部植出0.15mm铜柱阵列(间距0.1mm),安装高度降至0.05mm。与PCB接触电阻<0.1mΩ,将电流路径电感压缩90%。在10A/100ns阶跃电流测试中,电压塌陷控制在18mV(传统MLCC>80mV)。


3. 热-机械应力解耦设计
端电极采用铜/镍/锡梯度镀层(CTE 5.4→16ppm/℃),匹配FR4基板膨胀系数。通过3000次-55℃↔125℃热循环,容值变化<±0.8%(AEC-Q200要求<±15%)。


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机器人端去耦策略:频域与空间协同优化


规则1:基于电流频谱的容值分配
建立瞬态电流频域模型:

  • 低频段(DC-1MHz):100μF大容量电容应对持续负载

  • 中频段(1-20MHz):10μF MLCC抑制芯片级波动

  • 高频段(>20MHz):1μF超低ESL电容消除ns级噪声
    某机器人AI盒子采用平尚PS-AM方案:2颗220μF+6颗22μF+12颗1μF,总占用面积<50mm²。


规则2:三维堆叠布局

  • 垂直方向:大容量电容置于PCB背面,超低ESL电容贴装处理器底部

  • 水平方向:以处理器BGA为中心,1mm半径内布设≥8颗0402电容

  • 过孔设计:每个电容焊盘配置4×0.15mm通孔(电感<0.03nH)


规则3:阻抗连续性验证
使用矢量网络分析仪测量目标频段(至100MHz)阻抗曲线:

  • 在处理器最大di/dt频点(通常10-30MHz)阻抗需<5mΩ

  • 平尚电容组在Orin NX平台实测:20MHz处阻抗1.8mΩ,电压纹波<±0.8%
    实测某仓储机器人边缘盒,突发运算时电压波动从310mV降至35mV,决策延迟降低22ms。



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当机器人在动态环境中执行毫秒级决策时,平尚科技车规级MLCC正以铜柱结构打通纳秒级供电路径,用纳米晶界介质锁住微伏级电压波动,最终在处理器与电容的毫米间距间,将每一次百安培的电流突变为精准算力护航——这正是边缘智能从“计算”迈向“决策”的能源基石。


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