村田首款1608M尺寸/100V、静电容量1µF的MLCC实现商品化

发布时间：2023-11-22 13:12
作者：AMEYA360
来源：村田
阅读量：2349

　　株式会社村田制作所成功开发了用于基站、服务器和数据中心48V线路的多层陶瓷电容器“GRM188D72A105KE01”并已量产。该产品在1608M(1.6×0.8mm)尺寸、100V的额定电压下可实现1μF的超大静电容量(村田调查数据，截至2023年11月20日)。目前可向村田申请免费样品。

村田首款1608M尺寸/100V、静电容量1µF的MLCC实现商品化

　　随着5G技术的发展，预计对移动流量的需求将急剧增加，基站的基础设施需满足小型化、轻量化、低功耗化的需求，以扩大5G网络覆盖范围。此外，虽然Multiple-Output化导致安装部件数量增加，但对机械的尺寸却要求维持乃至缩小，因此电路板的高密度化变得更加重要。

　　本产品应用村田自主研发的薄层化技术，相较2012M尺寸(GRM21BC72A105KE01)的多层陶瓷电容器，实现了体积缩小约67%、面积缩小约49%。由此帮助减小电路板空间。

　　主要规格

村田首款1608M尺寸/100V、静电容量1µF的MLCC实现商品化

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　　株式会社村田制作所在EcoVadis公司(法国)进行的可持续发展调查中获得了“金奖”评级。这是村田从2022年度起连续3年获得了该“金奖”评价。　　EcoVadis公司作为一家与企业可持续性相关的国际评估机构于2007年成立，旨在推进全球供应链的可持续性。作为企业的可持续发展和 CSR 的国际性评价机构，从“环境”、“劳工与人权”、“商业道德”、“可持续采购”四个方面进行评估，评估成绩进入前5%的企业可获得“金奖”认证。随着可持续发展活动的重要性日益增加，EcoVadis作为可靠的第三方评估机构，现在已有许多公司在选择客户和供应商时会参考其评估结果。　　村田制作所今后将继续推进有助于提供新价值的创新，通过提供指引行业方向的创新产品和技术为社会做出贡献。同时，我们将与利益相关者建立更良好的关系，携手并进，不断提高企业价值，共同实现可持续发展社会的目标。
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　　株式会社村田制作所开发了实现1公里以上的远距离高速数据传输并支持Wi-Fi®标准“Wi-Fi HaLow™”的通信模块“Type 2HK”和“Type 2HL”。本产品配备了使用Arm® Cortex®-M3处理器的NEWRACOM公司产NRC7394芯片组。预定于2025年下半年开始量产。　　1、关于Wi-Fi HaLow™　　随着各行各业的数字化转型，IoT终端的部署速度不断加快，高速、远距离传输大量数据的需求不断增加。然而，满足这些需求的无线通信技术并不多。其中备受关注的通信标准就是Wi-Fi HaLow。　　Wi-Fi HaLow™，是一种基于Wi-Fi/IP通信的远距离无线通信标准，使用可用于工业、科学和医疗用途的频带(900MHz频带)，不需要获得许可即可使用。它已被作为“IEEE 802.11ah”标准化，适用于IoT通信系统。在几公里的范围内利用1MHz至4MHz的带宽，理论上可以进行达到80Mbps的无线数据传输。　　2、村田开发2款表面贴装型无线模块　　此次，村田开发了2款支持Wi-Fi HaLow的表面贴装型无线模块：配备了用于增强输出的功率放大器的“Type 2HK”和不配备功率放大器的“Type 2HL”。利用村田多年积累的设计、贴装、生产和质量管理技术，确保该产品具有出众的耐环境性和低故障率。此外，在量产时，会对每一台产品的输出进行调整，因此通信输出不会参差不齐，可以为各场景中使用的IoT设备提供稳定的通信。此外，该芯片组还配备了面向Wi-Fi HaLow的半导体芯片行业领军企业之一NEWRACOM公司的新芯片“NRC7394。”　　NEWRACOM公司 CEO兼董事长　　Dr. Sok Kyu Lee先生点评道：“　　NRC7394芯片组代表了面向IoT应用的Wi-Fi的未来，具有低功耗和宽通信范围的特点。通过将我们的技术集成到村田制作所的新模块中，可以为大量的行业提供强健的平台，以实现高可靠性且效率高的无线通信。我们期待它能帮助该模块更多地用于下一代IoT解决方案。　　主要特点　　1. 同时实现远距离通信和低功耗　　Wi-Fi HaLow使用sub-1GHz频带(900MHz频带)，与一般的Wi-Fi使用的2.4GHz频带和5GHz频带不同，因此可以实现1km或更远的高速通信。这一特性可以大幅减少传输数据时的功耗，能够提供了效率较高的数据通信环境。　　2. Wi-Fi/IP通信协议可以直接使用　　Wi-Fi HaLow是一种利用IP(Internet Protocol)的通信标准，因此，可以取代现有的Wi-Fi解决方案并构建支持远距离数据传输的IoT网络。　　3. 能以低成本构建自用网络　　在使用Wi-Fi HaLow构建的网络中，不需要使用通信运营商管理的基站。因此，可以降低通信成本并允许用户自己管理。　　4. 配备NEWRACOM公司的新芯片“NRC7394”　　该芯片组配备了面向Wi-Fi HaLow的半导体芯片行业领军企业之一的NEWRACOM公司的新芯片“NRC7394”。　　5. 实现出众的耐环境性　　它是一款高可靠性模块，支持工业设备所需的-40～+85℃的工作温度，并已通过严格的耐环境测试。　　6. 实现稳定的通信　　通过在发货前对每一台产品的输出进行调整，可以为多种情景和场所中使用的IoT设备提供稳定的通信。　　7. 已获得无线电波法认证　　该产品预定获得在北美和日本利用无线电波的批准。因此，客户不需要另行获得批准，有助于简化IoT设备设计流程并缩短到投入市场为止所需的时间。　　需要注意的是，由于有关ISM频带使用的法律管制，配备了功率放大器以提高输出的Type 2HK仅能在北美和澳大利亚使用。　　主要规格　　备注：双击表格放大查看主要产品规格。表格中SISO是Single Input Single Output的缩写，是一种在无线通信系统中从一个发送天线向一个接收天线发送数据的天线构成方法。　　该产品主要应用在与智能家居等相关的民生设备、智能城市、智能楼宇、智能零售、智能工厂、智能农业、安保摄像头、社会基础设施管理、业务用设备、工业设备、医疗设备中。今后，村田将继续致力于扩大满足市场需求的高质量、高可靠性产品的阵容，助力技术革新。
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　　传感器是“IoT (Internet of things)”和“自动驾驶”的重要元件，今后也将广泛地搭载于各种机器设备上。各种传感器的性能提升显著，能够将信息更多更精细地传送。另一方面，我们也看到一些由于传感器感知到的信息没有被正确地传送出去而造成了严重的事故。　　为了避免噪声导致的误操作，各种传感器的静噪对策非常重要不可或缺。　　随着MEMS技术的发展，现在One chip传感器已经成为主流。为此，本文将以One chip传感器(数字输出型)为例，探讨误操作发生的原理和静噪对策方法。　　02、噪音如何导致传感器误操作?　　One chip传感器主要由信号、电源、GND三种线构成。而信号线是用了时钟和数据等多根线进行通信的。考虑各根线在施加了噪声后的影响。　　向数字信号线施加噪声时，噪声引起的超过高/低阈值而被误判断时，无法正常通信从而发生误操作(下图)。实际为加速度传感器的数字信号线加入噪声做评估，确认通信会发生停止。　　模拟前端包含增幅电路和A/D转换电路，当这些电路的电源变动没有正常工作时，会输出异常值从而发生误操作(下图)。实际为加速度传感器的电源线加入噪声做评估，确认输出会出现紊乱。　　从上面两种情况可以看出，One chip传感器的信号线或电源线施加噪声时，会发生通信停止或输出值紊乱的误操作。　　本文即为您介绍一种使用EMI滤波器抑制噪声传播的有效方法。　　03、静噪对策：要点及推荐电路　　用于传感器静噪对策的滤波器要求满足以下条件：　　通过设备工作所需的电源或信号线;　　屏蔽造成误操作的噪声。　　One Chip传感器有许多种类和型号，针对造成误操作的噪声所需的滤波器也各有不同。这是因为对滤波器所要求的2个条件，与传感器是相通的：　　通过设备工作所需的电源或信号线：　　→One Chip传感器的接口(IC引线)统一化;　　屏蔽造成误操作的噪声：　　→施加的噪声是抗扰性测试规格内的。　　此外，滤波器的贴装位置在传感器附近效果较好。　　电源线的静噪对策，适合从低频到高频的宽幅带宽下插入损耗较大的滤波器。　　仅使用电容器的情况下，需要低频端的大容量电容器和为获得高频端插入损耗的低ESL电容器。　　使用电容器和电感器组合的情况下，可使插入损耗显著增加。传感器比电感器配置足够的容量，构成多段结构，可形成有效的静噪滤波器。　　信号线的静噪对策：作为信号线(数据/时钟)的静噪对策，通过的信号频率需要插入损耗小的滤波器。　　噪声级别小或信号和噪声的频率相差大的情况下，可以只用电容器进行降噪，但如果信号频率和噪声频率相近时，需要电感器和电容器组合来构成插入损耗陡峭的滤波器。　　信号线的静噪对策　　需要注意的是，将电感器插入特定线时，线路变得不平衡而转换成普通模式(电位差)，误操作可能进一步恶化。插入电感器时很重要的一点是，全线使用同一型号。铁氧体磁珠是电感型滤波器，不仅具有高阻抗可以阻止噪声，铁氧体还能够吸收噪声能量，可以得到更好的静噪效果。　　推荐电路　　用于数字One chip传感器的接口一般有I2C和SPI两种。这里，我们针对One chip传感器，推荐静噪对策滤波器和相应电路。　　I2C对象接口：　　其信号频率为100kbps(50kHz)、400kbps(200kHz)、3.4Mbps(1.7MHz)等等，最大約为2MHz;　　其截止频率(信号频率×5)为10MHz。　　I2C接口推荐电路　　I2C接口信号线插入损耗　　I2C接口电源线插入损耗　　SPI对象接口：　　其信号频率信号频率1～2Mbps(1MHz)、20Mbps(10MHz)等等，最大 10MHz;　　其截止频率(信号频率×5)50MHz。　　SPI接口推荐电路　　SPI接口信号线插入损耗　　SPI接口电源线插入损耗　　用于数字One chip传感器的接口，无论是I2C还是SPI，信号频率并不是一定的，如果滤波器需要对应的截止频率I2C为10MHz，SPI为50MHz，适合使用上述滤波器。　　04、应用事例　　下面，我们以“车载设备用的传导抗扰度规定BCI测试”为设想来介绍防止传感器误操作的对策。　　以车载设备为例研究传感器误操作发生的情况对电源线和信号线的噪声影响。　　电源线的静噪对策　　传感器的电源线受噪声影响，会发生传感器输出值的异常(输出误差)。将注入电源线的噪声级固定，对对策前后的输出误差的大小进行调查。传感器输出值发生误操作的起因是“电源线的常态噪声”，在传感器附近插入0.1uF的低ESL电容器。这样一来，传感器的输出误差降到了1%以下。　　电源线的静噪对策事例　　需要进一步静噪对策时，像前文介绍的，可运用电感器和电容器组合成π型滤波器进行对策。　　信号线的静噪对策事例　　传感器的信号线收到噪声影响，传感器的通信会发生停止。提高注入的噪声水平，调查能够正常工作(不发生误操作)的水平极限。　　初期：误操作耐性根据频率不同而明显不同。(此事例为100MHz和250MHz，耐性较低。)　　对策①，追加电容器改善100/250MHz的耐性　　对策②，用铁氧体磁珠和电容器构成滤波器改善200/250MHz的耐性　　对策③，为了取得平衡，将π型滤波器加在电源线，GND线上追加铁氧体磁珠，从而改善全频率范围的耐性　　可看到使用对策③(推荐电路)，全频带的噪声耐性良好(下图)：　　信号线的静噪对策事例对比　　05、总 结　　本文介绍了传感器噪声对策的必要性和推荐电路，以及可能的难点。村田制作所能够为您提供上述“噪声造成传感器误操作的原理”和“对策事例”中介绍的产品。
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　　株式会社村田制作所已开发出高性能的汽车用6轴惯性力传感器“SCH1633-D01”——1颗传感器，可同时用于车辆自身位置推算、车辆姿态测量和前照灯调平。目前，村田已经开始提供样品，并计划于2025年上半年开始量产。今后，村田还将计划扩充包括本产品在内的下一代6轴产品SCH1000系列的产品阵容。　　近年来，汽车行业不断引入AD(自动驾驶)/ADAS(高级驾驶辅助系统)等，力争让驾驶更安全、更舒适，这也需要联合GNSS进行更高精度的自身位置推算。GNSS(Global Navigation Satellite System)是通过与沿地球上空轨道运行的人造卫星通信来准确地确定对象在地球上的位置的全球定位卫星系统。　　而为了实现更先进的AD/ADAS，GNSS、惯性传感器、摄像头/激光雷达(LiDAR)/毫米波雷达的信息之间的时间错位问题需要得到解决，因此惯性传感器也需要具有时间同步功能。激光雷达(LiDAR，Light Detection and Ranging)是通过发射激光来检测车辆周围障碍物的系统。　　此外，UNECE(United Nations Economic Commission for Europe，即联合国欧洲经济委员会)制定的前照灯调平法规(即欧洲的自动调平装置强制化)预定于2027年实施( 截至2024年11月10日的信息)，汽车制造商需要在车辆中添加高精度传感器来达到法规要求，这同样将会增加制造成本。　　因此，汽车行业迫切需要一颗可同时用于AD/ADAS、车辆姿态测量和前照灯调平等多种用途的高精度传感器来对车辆总体成本进行优化。　　村田通过多年来积累的3D MEMS和系统设计技术开发出“SCH1633-D01”，这是一款带时间同步功能的汽车用高精度6轴惯性传感器。村田的静电容量型3D MEMS(即3维微型电子机械系统)，通过将硅材料制成3维结构模型，实现了出色的传感器精度、小型单元尺寸和低功耗。这次推出的该新产品可以提供联合GNSS后的自身位置推算、车辆姿态测量、摄像头/激光雷达/雷达的倾斜检测等所需要的惯性信号。既可为这些功能提供高质量的信号，又有助于车辆整体的成本优化。　　此外，通过将本产品与算法相组合，将有助于遵守UNECE的前照灯调平法规。在美国加利福尼亚州进行的路测实验中，有90%以上的自动驾驶行驶里程是使用的村田现有产品6DoF MEMS传感器SCHA600系列。新产品就是根据在这些路测实验中客户反馈而开发的。村田6DoF系列用于同时测量物体在3维空间的运动六个自由度DoF( Degrees of Freedom)。　　　村田的合作伙伴Hexagon公司已经将本产品应用到他们的导航定位产品中，并通过先进的传感器、软件和自主技术提高多个领域的效率、生产率、质量和安全性。Hexagon公司汽车与关键安全系统事业部自动驾驶与定位部门的部门经理 Gordon Heidinger先生表示：“SCH1633-D01展现出作为MEMS传感器的卓越性能，我们很荣幸能够把它集成到我们的产品当中推向市场。”　　主要规格　　Murata Electronics Oy的产品管理部总经理Ville Nurmiainen先生表示：“汽车6DoF应用正在迅速发展，制造商争夺市场份额的竞争非常激烈。本产品提供了新系统所需的高性能，并且在很大程度上帮助降低成本。对于汽车制造商，本产品可提供技术优势及节约成本优势。有助于进一步推进汽车应用，实现对我们所有人来说都更安全的自动驾驶。”　　该新产品主要用于用于AD/ADAS的惯性导航、控制姿态/摄像头/前照灯。今后，村田将继续致力于开发满足市场需求的惯性传感器，助力汽车传感器实现小型化、高精度化。
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