可穿戴设备PCB集成化中的低功耗设计工艺，如何延长续航？

    很多人以为续航只和电池有关，其实不然 ——PCB 集成化工艺的设计，对续航的影响同样很大。今天咱们就用问答的形式，聊聊可穿戴设备 PCB 集成化中的低功耗设计工艺，看看怎么通过工艺优化，让设备续航更久。

 

 

问：可穿戴设备 PCB 集成化工艺，为什么会影响设备的续航？
答：可穿戴设备的电池容量通常很小，比如智能手环的电池容量只有几十毫安时，要是 PCB 的功耗太高，电池很快就会没电。PCB 的功耗主要来自两个方面： 第一，线路的电阻损耗。PCB 上的线路存在电阻，电流通过时会产生热量，消耗能量。线路越长、越细，电阻越大，功耗越高。
第二，元器件的漏电损耗。PCB 上的元器件如果贴装不当，或者焊接质量差，会出现漏电现象，比如电容漏电、芯片引脚之间的漏电，这些漏电会持续消耗电池电量。
第三，信号干扰导致的额外功耗。如果 PCB 的线路布局不合理，不同模块之间会产生电磁干扰，为了抵抗干扰，元器件需要消耗更多的能量来维持正常工作。

 

而 PCB 集成化工艺，能通过缩短线路长度、优化元器件布局、减少信号干扰等方式，降低 PCB 的功耗，从而延长设备的续航时间。

 

 

问：可穿戴设备 PCB 集成化中的低功耗设计工艺，核心原则是什么？
答：低功耗设计工艺的核心原则只有一个 ——“减少能量损耗，提升能量利用效率”，具体可以拆解为三个子原则：

这三个原则不是孤立的，而是相互关联的，比如高集成原则能同时实现短路径原则和低干扰原则。

 

 

问：具体来说，有哪些低功耗设计工艺可以延长可穿戴设备续航？
答：要实现低功耗，需要从线路设计、元器件选型与贴装、接地与屏蔽工艺三个方面入手，具体工艺如下：

 

第一个工艺：低电阻线路设计与加工工艺。
首先，在线路设计阶段，采用宽线路 + 厚铜箔的设计方案。比如把信号线路的宽度从 0.1mm 增加到 0.15mm，铜箔厚度从 12μm 增加到 18μm，这样能显著降低线路的电阻。但要注意，线路不能太宽，否则会占用过多空间，影响集成度。 其次，采用少层化设计，尽量用 2-4 层板，代替 6-8 层板。层数越少，线路的过孔越少，过孔的电阻损耗就越小。比如 4 层板的过孔数量比 6 层板少 30%，电阻损耗能减少 20% 左右。
最后，加工时采用电镀厚铜工艺，在线路表面电镀一层厚度为 5-10μm 的铜，进一步降低线路电阻。电镀后还要进行抗氧化处理，避免线路氧化导致电阻升高。

 

第二个工艺：低功耗元器件选型与贴装工艺。
首先，在元器件选型阶段，优先选择低功耗封装的元器件。比如处理器选择Cortex-M 系列的低功耗芯片，传感器选择MEMS（微机电系统） 传感器，这些元器件的待机功耗只有几微安，比传统元器件低一个数量级。 其次，采用无引脚封装的元器件，比如 WLCSP 封装、QFN 封装，这些封装的元器件引脚电阻小，漏电损耗低，而且占用空间小，有利于集成化设计。
最后，贴装时采用高精度贴装工艺，确保元器件的引脚和 PCB 的焊盘精准对齐，避免引脚之间的短路和漏电。焊接时采用低温回流焊工艺，减少高温对元器件的损伤，避免元器件性能下降导致的功耗升高。

 

第三个工艺：接地与屏蔽工艺，减少信号干扰功耗。
首先，采用单点接地工艺，把 PCB 上的所有元器件的接地引脚都连接到同一个接地点，避免多点接地导致的接地环路，减少电磁干扰。比如把处理器、传感器、无线通信模块的接地引脚都连接到 PCB 的中心接地点，这样能显著降低模块之间的干扰。 其次，在无线通信模块的周围设置屏蔽罩，屏蔽罩采用铜制或钢制材料，能有效阻挡无线通信模块产生的电磁波，避免干扰其他模块。屏蔽罩的厚度控制在 0.1-0.2mm，既保证屏蔽效果，又不会增加 PCB 的重量。
最后，在 PCB 的表面印刷吸波材料，吸波材料能吸收多余的电磁波，进一步减少信号干扰，降低元器件的抗干扰功耗。

 

 

问：除了工艺优化，还有哪些辅助手段可以提升续航？
答：除了 PCB 工艺优化，还有两个辅助手段能提升续航：

 

 

问：怎么验证低功耗工艺的效果？
答：验证低功耗工艺的效果，主要靠功耗测试，步骤如下：

 

    可穿戴设备 PCB 集成化的低功耗设计工艺，是 **“硬件工艺 + 软件优化”** 的结合，只有把两者都做好，才能真正解决用户的续航痛点。