工程師們利用行業(yè)中最小的器件縮小你的PCB板空間
發(fā)布時(shí)間:2020-11-16 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】工程師們經(jīng)常面臨這樣的挑戰(zhàn):縮小系統(tǒng)設(shè)計(jì),或在相同數(shù)量的印刷電路板(PCB)空間內(nèi)包裝額外的功能。由于在較小的系統(tǒng)中PCB密度較高,設(shè)計(jì)人員可能會(huì)期望增加板布線和板布局的難度。
本文將探討模擬信號(hào)鏈產(chǎn)品,這些產(chǎn)品是專門為幫助工程師優(yōu)化電路板空間而開發(fā)的,并且不會(huì)犧牲其系統(tǒng)的特性、成本、簡(jiǎn)單性或可靠性。它的目的是幫助您了解如何利用這些設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)來(lái)為小空間開發(fā)緊湊、高性能的解決方案。
運(yùn)算放大器和比較器:封裝靈活
在模擬電路中,運(yùn)放放大器之所以受歡迎是由于它的通用性。運(yùn)放放大器使高性能和高穩(wěn)定的放大電路與很少的無(wú)源元件。這是我們開始討論的一個(gè)好地方,因?yàn)檫\(yùn)放組合有許多性能級(jí)別和獨(dú)特的包選項(xiàng)。
在德州儀器的案例中,op放大器提供了16種不同的封裝,包括行業(yè)最小的單通道和四通道封裝,為您提供多種選擇,以幫助減少PCB面積時(shí),您需要它。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的小型設(shè)備相比,TI公司的0.8- 0.8 mm無(wú)引線(X2SON)單通道包要小13%,而其2.0- 2.0 mm特小QFN (X2QFN)包要小7%。
考慮TLV9061(單臺(tái))、TLV9062(雙臺(tái))和TLV9064(四臺(tái))設(shè)備,它們是低壓(1.8到5.5 V) op放大器,具有軌到軌的輸入和輸出擺動(dòng)功能。TLV9061在其X2SON封裝中,是一款小巧的單通道運(yùn)放,比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)備小8%(圖1)。這種5.5 v運(yùn)放具有10 mhz增益帶寬和1.5 mv最大偏移電壓,為需要小占用空間和高電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)的低壓應(yīng)用提供了解決方案。
圖1. TLV9061是業(yè)內(nèi)最小的10mhz, 1.8- 5.5 v運(yùn)算放大器,僅占0.64 mm2。(來(lái)源:TI)
業(yè)內(nèi)最小的比較器
與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似,比較器有兩個(gè)輸入端,一個(gè)輸出端和兩個(gè)電源引腳。比較器之所以得名,是因?yàn)樗容^應(yīng)用于其輸入的電壓,并根據(jù)輸入電平設(shè)置輸出電壓。一個(gè)輸入是主要輸入信號(hào)VIN,另一個(gè)輸入是參考信號(hào)VREF。這些輸入可以有直流和交流分量。
業(yè)內(nèi)最小的比較儀,TI公司的TLV7081,采用WCSP封裝,尺寸為0.7×0.7 mm(圖2),比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品小4%。這款comparator的運(yùn)行電壓可降至1.7 V,因此它適用于對(duì)空間至關(guān)重要的設(shè)計(jì),如智能手機(jī)和其他便攜式或電池供電的應(yīng)用程序。TLV7081的特點(diǎn)是輸入電壓范圍獨(dú)立于電源電壓。因此,比較器可以直接連接到電源是活躍的,即使它沒(méi)有動(dòng)力。
圖2. 圖示為TI TLV7081低壓比較器的功能框圖。(來(lái)源:TI)
最小的引線電流感應(yīng)放大器
隨著對(duì)系統(tǒng)智能和電力效率的需求持續(xù)增長(zhǎng),對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)電流的更好監(jiān)測(cè)變得越來(lái)越重要。測(cè)量電流最常用的方法是檢測(cè)一個(gè)分流器或電流檢測(cè)電阻器上的電壓降。
TI的INA185電流檢測(cè)放大器采用尺寸為1.6×1.6 mm(2.5 mm 2)的小外形晶體管(SOT)-563封裝,比最接近的同類引線封裝小40%(圖3)。該器件專為空間受限的應(yīng)用而設(shè)計(jì),可在-0.2至+26 V的共模電壓下感測(cè)電流檢測(cè)電阻兩端的壓降,而與電源電壓無(wú)關(guān)。
圖3.這是采用INA185的典型應(yīng)用電路。(來(lái)源:TI)
將電流檢測(cè)放大器與集成的電流檢測(cè)電阻器配合使用可簡(jiǎn)化電阻器選擇和PCB布局方面的困難。INA185在四個(gè)固定增益設(shè)備選項(xiàng)中集成了匹配的電阻增益網(wǎng)絡(luò)。放大器中匹配的電阻增益網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)低至0.2%的最大增益誤差,這有助于其在溫度和工藝變化范圍內(nèi)的性能。
INA185具有0.2%的增益誤差和2 µs的典型響應(yīng)時(shí)間,可進(jìn)行快速故障檢測(cè)以防止系統(tǒng)損壞。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器:每平方毫米的價(jià)值更高
您可以使用小型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器顯著減少PCB占用面積,增加通道密度并利用其他組件和功能的更高集成度。例如,TI ADS7066是一種16位,8通道逐次逼近寄存器(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),封裝在一個(gè)封裝中,可實(shí)現(xiàn)最大的通道密度并節(jié)省電路板空間54%小于競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備。
ADS7066具有一個(gè)集成的無(wú)電容基準(zhǔn)電壓源和一個(gè)基準(zhǔn)電壓緩沖器,通過(guò)減少外部元件的數(shù)量來(lái)幫助減小整體解決方案的尺寸。ADS7066具有內(nèi)置失調(diào)校準(zhǔn)功能,可在較寬的工作條件下提高精度。ADS7066的八個(gè)通道可以分別配置為模擬輸入,數(shù)字輸入或數(shù)字輸出,從而實(shí)現(xiàn)了較小的系統(tǒng)尺寸并簡(jiǎn)化了混合信號(hào)反饋和數(shù)字控制的電路設(shè)計(jì)。
結(jié)論
得益于其封裝和工藝技術(shù),TI能夠跨多個(gè)產(chǎn)品組合提供業(yè)界最小的設(shè)備。該公司的封裝包括傳統(tǒng)的 陶瓷 和含鉛選項(xiàng)以及先進(jìn)的芯片級(jí)封裝-四方扁平無(wú)鉛(QFN ),晶片芯片級(jí)封裝(WCSP )或管芯尺寸球柵陣列(DSBGA )-使用細(xì)間距導(dǎo)線鍵合和倒裝芯片互連,并提供SiP, 模塊,堆疊和嵌入式管芯格式。
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