تحليل تصميم المقارن عالي الدقة LM193DR

^{18 أكتوبر 2025 — في ظل تزايد التعقيد في الأتمتة الصناعية وأنظمة الإلكترونيات في السيارات، هناك طلبات متزايدة على القدرة على التكيف مع البيئة والاستقرار التشغيلي لمكونات معالجة الإشارات الرئيسية. كأحد الحلول التي تعالج تطبيقات البيئات القاسية، يوفر مُقارن الجهد المزدوج LM193DR، مع نطاق درجة حرارة صناعية ممتد من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية وجهد إزاحة إدخال منخفض يصل إلى ±1 مللي فولت (نموذجي)، اكتشاف جهد موثوق به وقدرات مقارنة الإشارات للتحكم في الفضاء الجوي، ومحركات السيارات، وأنظمة الاستشعار الصناعية عالية الدقة.}

 

 

^{أولاً: مقدمة عن الشريحة}

 

^{LM193DR عبارة عن دائرة متكاملة متجانسة تتضمن مُقارنين جهد دقيقين مستقلين. يشتمل هذا الجهاز، الموجود في حزمة SOIC-8، على استهلاك منخفض للطاقة، ودقة عالية، ونطاق درجة حرارة تشغيل واسع للغاية، مع الحفاظ على التوافق المباشر مع واجهات منطق TTL و CMOS و MOS.}

 

^{الميزات والمزايا الأساسية:}

^{نطاق درجة حرارة واسع للغاية: التشغيل الكامل من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية}

^{جهد إزاحة إدخال منخفض: عادةً ±1 مللي فولت، بحد أقصى ±2 مللي فولت}

^{تيار تحيز إدخال منخفض: عادةً 25 نانو أمبير}

^{نطاق جهد تشغيل واسع: مصدر واحد 2 فولت إلى 36 فولت}

^{تصميم منخفض الطاقة: تيار هادئ يبلغ حوالي 0.8 مللي أمبير لكل مُقارن}

 

^{مجالات التطبيقات النموذجية:}

^{أنظمة التحكم في الفضاء الجوي}

^{وحدات التحكم الإلكترونية في السيارات (ECUs)}

^{أدوات التحكم في العمليات الصناعية}

^{واجهات المستشعرات عالية الدقة}

 

 

ثانياً: تحليل مخطط الكتلة الوظيفية للمُقارن الفردي

 

^{نظرة عامة على البنية الأساسية
يستخدم LM193DR بنية ترانزستور ثنائي القطب كلاسيكية، حيث يتكون كل مُقارن من مرحلة إدخال تفاضلية كاملة، ومرحلة كسب، ومرحلة إخراج، مما يضمن دقة مقارنة مستقرة عبر نطاق درجة حرارة واسع.}

 

 

 

^{تحليل الوحدات الوظيفية الرئيسية}

^{1. مرحلة مضخم الإدخال التفاضلي}

^{البنية الأساسية: تشكل Q1 و Q2 زوج إدخال تفاضلي PNP}

^{تصميم التحيز: يشكل Q15 مصدر تيار ثابت، مما يوفر تيار تشغيل مستقر}

^{آليات الحماية:}

^{تنفذ D3 و D4 حماية مشبك الإدخال}

^{دائرة تحديد جهد الوضع المشترك}

 

^{خصائص الأداء:}

^{تيار تحيز الإدخال: عادةً 25 نانو أمبير}

^{جهد إزاحة الإدخال: عادةً ±1 مللي فولت}

^{يتضمن نطاق الإدخال ذو الوضع المشترك إمكانات التأريض}

 

^{2. شبكة التحيز والمرجع}

^{بنية المرآة الحالية: تشكل Q9-Q12 و Q14 دائرة تحيز دقيقة}

^{تعويض درجة الحرارة: يضمن التعويض المدمج الاستقرار عبر نطاق درجة الحرارة الكامل}

^{تحويل المستوى: توفر D1 و D2 مراجع جهد مستقرة}

 

^{3. مرحلة الكسب المتوسطة}

^{دائرة المضخم: تشكل Q3 و Q4 وما إلى ذلك مرحلة مضخم باعث مشترك}

^{التنفيذ الوظيفي:}

^{يوفر كسب الجهد الأساسي}

^{يحول الإشارات التفاضلية إلى إشارات أحادية الطرف}

^{يقود تشغيل مرحلة الإخراج}

 

^{4. مرحلة تشغيل الإخراج}

^{بنية الإخراج: تصميم إخراج جامع مفتوح}

^{المكون الأساسي: يعمل Q13 كترانزستور تشغيل إخراج}

^{دائرة الحماية: حماية ESD متكاملة}

^{الميزات الرئيسية:}

^{جهد تشبع الإخراج: عادةً 130 مللي فولت}

^{متوافق مع مستويات منطق TTL/CMOS}

^{يتطلب مقاوم سحب خارجي}

 

^{تحليل مسار الإشارة}

^{الإدخال غير العاكس → Q2 → تحويل المستوى → مرحلة الكسب → إدخال تشغيل الإخراج العاكس → Q1 → تحويل المستوى → مرحلة الكسب → تشغيل الإخراج}

 

^{معلمات الأداء الرئيسية}

^{خصائص الدقة}

^{كسب الجهد: عادةً 200 فولت/مللي فولت}

^{وقت الاستجابة: 1.3 ميكرو ثانية (Vcc=5V)}

^{نطاق الوضع المشترك للإدخال: 0 فولت إلى Vcc-1.5V}

 

^{خصائص الموثوقية}

^{درجة حرارة التشغيل: -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية}

^{حماية ESD: >2000 فولت}

^{الاستقرار على المدى الطويل:<0.5 ميكرو فولت/شهر}

 

^{ملخص مزايا التصميم}

^{تجسد هذه البنية فلسفة تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية عالية الموثوقية:}

^{القدرة على التكيف مع البيئة: تحافظ على أداء مستقر عبر نطاقات درجات الحرارة الواسعة}

^{ضمان الدقة: تصميم تحيز وتعويض متطور}

^{توافق النظام: واجهة مرنة وتكوين إخراج}

^{تشغيل موثوق به: آليات حماية مدمجة شاملة}

 

^{يوفر مخطط الكتلة الوظيفية هذا الأساس الفني لفهم المبادئ التشغيلية لـ LM193DR في البيئات القاسية، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتحقق من التصميم في سيناريوهات التطبيقات عالية الموثوقية مثل الفضاء الجوي وإلكترونيات السيارات.}

 

 

ثالثاً: دليل تصميم تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

 

تكوين الدبوس والتحليل الوظيفي

 

 

 

^{تفاصيل وظيفة الدبوس:}

^{الدبوس 1 (1OUT): خرج المُقارن A
خرج جامع مفتوح، يتطلب مقاوم سحب خارجي}

^{الدبوس 2 (1IN-): إدخال المُقارن A العاكس}

^{الدبوس 3 (1IN+): إدخال المُقارن A غير العاكس}

^{الدبوس 4 (GND): الطرف الأرضي}

^{الدبوس 5 (2IN+): إدخال المُقارن B غير العاكس}

^{الدبوس 6 (2IN-): إدخال المُقارن B العاكس}

^{الدبوس 7 (2OUT): خرج المُقارن B}

^{الدبوس 8 (Vcc): الإمداد الموجب (2 فولت إلى 36 فولت)}

 

^{نقاط أساسية لتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور}

^{معالجة إشارة الإدخال}

^{المقاومات المدخلة موضوعة بالقرب من الجهاز: يتم التحكم في المسافة في حدود 2 مم}

^{التخطيط المتماثل: تستخدم الإشارات التفاضلية تصميم مسار متساوي الطول}

^{حماية التدريع: إشارات الإدخال الحساسة محاطة بمسارات أرضية}

 

^{تصميم فصل إمداد الطاقة}

^{مكثفات الفصل موضوعة<3 مم من الدبابيس}

^{عرض مسار الطاقة ≥0.5 مم}

^{إستراتيجية تخطيط المناطق}

 

^{1. منطقة إشارة الإدخال}

^{مكونات مرشح الإدخال المجاورة للدبابيس المقابلة}

^{تجنب التوجيه المتوازي لخطوط الإدخال والإخراج}

^{إشارات عالية التردد معزولة بطائرات أرضية}

 

^{2. منطقة إدارة الطاقة}

^{مكثفات الفصل موضوعة في طبقات متداخلة}

^{خطوط الطاقة موجهة بعيدًا عن الإشارات الحساسة}

^{ضمان مسارات إرجاع أرضية كاملة}

 

^{3. منطقة محرك الإخراج}

^{المقاومات الساحبة موضوعة بالقرب من دبابيس الإخراج}

^{تم تصميم عرض مسار الإخراج وفقًا لتيار الحمل}

^{نقاط الاختبار محفوظة لراحة التصحيح}

 

^{تدابير تصميم مضادة للتداخل}

^{قمع الضوضاء}

^{مكثفات صغيرة متوازية (10-100 بيكو فاراد) على دبابيس الإدخال الحرجة}

^{تم إبعاد خطوط الإشارة عن الساعات ومصادر الطاقة التبديلية}

^{استخدام طائرات أرضية كاملة}

 

^{تصميم الإدارة الحرارية}

^{الاستفادة الكاملة من رقائق النحاس ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتبديد الحرارة}

^{أضف فتحات حرارية في تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة}

^{الحفاظ على مساحة كافية حول المكونات}

 

^{متطلبات عملية التصنيع}

^{تصميم للتصنيع}

^{أبعاد الوسادة تتوافق مع معايير IPC-7351}

^{تباعد المكونات يلبي متطلبات الإنتاج الآلي}

^{تحديد الشاشة الحريرية الواضح لوظائف الدبوس}

 

^{معايير التفتيش}

^{جودة وصلة اللحام: IPC-A-610 الفئة 2}

^{دقة المحاذاة: ±0.1 مم}

^{التسطيح: اختلاف ارتفاع الدبوس ≤0.1 مم}

 

^{يضمن حل التخطيط هذا التشغيل المستقر لـ LM193DR عبر نطاق درجة الحرارة الكامل من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية عن طريق تحسين سلامة الإشارة، وسلامة الطاقة، والإدارة الحرارية، وتلبية المتطلبات الصارمة للفضاء الجوي، وإلكترونيات السيارات، والتطبيقات الأخرى عالية المستوى.}

 

 

^{رابعاً: دليل تصميم تخطيط وسادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتصميم قناع اللحام}

 

^{مواصفات تخطيط الوسادة الأساسية}

^{معلمات الأبعاد الأساسية}

^{عدد الدبابيس: تكوين قياسي بـ 8 دبابيس}

^{عرض الوسادة: 0.45 مم (يتطابق بدقة مع أبعاد الدبوس)}

^{طول الوسادة: 1.5 مم (يوفر مساحة لحام كافية)}

^{درجة الدبوس: 0.65 مم (تصميم درجة قياسي)}

^{امتداد الحزمة: 5.8 مم (تخطيط متماثل إجمالي)}

 

^{متطلبات التصميم المتماثل}

^{تخطيط متماثل بالكامل بناءً على خط الوسط}

^{تحافظ جميع الأبعاد على تفاوتات تصنيع صارمة}

^{ضمان توزيع الحرارة الموحد أثناء اللحام}

 

^{معايير تصميم قناع اللحام
غير محدد بواسطة قناع اللحام (NSMD) - الحل الموصى به}

^{الميزات الهيكلية:}

^{وسادات معدنية مكشوفة بالكامل}

^{فتحات قناع اللحام أكبر من أبعاد الوسادة}

^{فتحات قناع اللحام أكبر بمقدار 0.05 مم من الوسادات لكل جانب}

 

^{الخصائص المميزة:}

^{يقلل من تركيز الإجهاد}

^{يحسن موثوقية اللحام}

^{يسهل التحكم في العملية}

 

^{محدد بواسطة قناع اللحام (SMD) - حل بديل}

^{تطابق فتحات قناع اللحام بدقة أبعاد الوسادة}

^{طبقة معدنية مغطاة جزئيًا بقناع اللحام}

^{مناسب لتصميمات التوجيه عالية الكثافة}

 

^{معلمات التصميم الرئيسية
التحكم في التفاوتات الأبعاد}

^{تفاوت موضع الوسادة: ±0.05 مم}

^{دقة محاذاة قناع اللحام: ±0.05 مم}

^{انحراف التماثل الإجمالي: ≤0.1 مم}

 

^{مواصفات الطبقة المعدنية}

^{سمك رقائق النحاس الأساسي: 1 أوقية (35 ميكرومتر)}

^{اللمسة النهائية السطحية الموصى بها: ENIG/الذهب الغمر}

^{معالجة الزاوية الدائرية لحافة الوسادة}

 

^{متطلبات عملية التصنيع
معلمات تصميم الاستنسل}

^{العرض: 0.4-0.45 مم (90-100% من عرض الدبوس)}

^{الطول: 1.4-1.5 مم}

^{سمك الاستنسل: 0.1-0.15 مم}

 

^{التحكم في عملية اللحام}

^{نوع معجون اللحام: النوع الثالث الخالي من الرصاص}

^{درجة حرارة الذروة لإعادة التدفق: 245-255 درجة مئوية}

^{معدل التسخين: 1-3 درجة مئوية/ثانية}

 

^{معايير التحقق من الجودة
فحص القابلية للتصنيع}

^{تباعد الوسادة ≥0.2 مم}

^{عرض جسر قناع اللحام ≥0.1 مم}

^{تباعد الشاشة الحريرية إلى الوسادة ≥0.1 مم}

 

^{التحقق من الموثوقية}

^{اختبار الدورة الحرارية: -55 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية}

^{قوة وصلة اللحام: تتوافق مع IPC-9701}

^{الفحص البصري: يلبي IPC-A-610 الفئة 2/3}

 

^{يوفر دليل التصميم هذا مواصفات فنية شاملة لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ LM193DR في التطبيقات عالية الموثوقية مثل الفضاء الجوي وإلكترونيات السيارات، مما يضمن التشغيل المستقر على المدى الطويل في البيئات القاسية.}

 

 

خامساً: أبعاد الحزمة وتحليل الهيكل

 

 

^{الأبعاد الرئيسية لمخطط الحزمة}

^{أبعاد الملف الشخصي الرئيسية}

^{طول الحزمة: 1.90 - 2.10 مم}

^{عرض الحزمة: 0.70 - 0.80 مم}

^{ارتفاع الحزمة: 0.18 - 0.32 مم (سمك الدبوس)}

^{مستوى الجلوس: مستوى مرجعي 0.08 مم}

 

 

 

^{معلمات هيكل الدبوس}

^{عرض الدبوس: 0.18 - 0.32 مم}

^{طول الدبوس: 0.20 - 0.40 مم}

^{درجة الدبوس: تباعد قياسي 6 × 0.50 مم}

^{سمك المعدن الجانبي: قيمة نموذجية 0.10 مم}

 

^{الميزات الهيكلية الخاصة}

^{منطقة تحديد الدبوس 1}

^{تصميم شطبة 45 درجة، عرض 0.25 مم}

^{يوفر تحديدًا واضحًا للقطبية}

^{يسهل الفحص البصري الآلي}

 

^{تصميم الوسادة الحرارية}

^{وسادة حرارية مكشوفة: تقع في الجزء السفلي من الحزمة}

^{هيكل محسن حراريًا: يحسن قدرة تبديد الطاقة}

^{متطلبات اللحام: تتطلب اتصالاً جيدًا مع ثنائي الفينيل متعدد الكلور}

 

^{خيارات شكل الدبوس}

^{الخيار 1: أطراف جناح النورس القياسية}

^{الخيار 2: أشكال طرفية بديلة}

 

^{التحكم في التفاوتات الأبعاد}

^{الأبعاد الأولية: ±0.05 مم تفاوت قياسي}

^{الأبعاد الحرجة: ±0.10 مم تفاوت ضيق}

^{التفاوت التراكمي: 0.050 مم أقصى انحراف}

 

^{إرشادات التكيف مع تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور}

^{توصيات تصميم الوسادة}

^{عرض الوسادة: 0.22 - 0.32 مم (مطابقة أبعاد الدبوس)}

^{طول الوسادة: 0.70 - 0.91 مم}

^{صيانة التباعد: 0.18 مم كحد أدنى للخلوص}

 

^{تصميم الإدارة الحرارية}

^{تغطية نحاسية كاملة في منطقة الوسادة الحرارية}

^{يوصى باستخدام صفائف فتحات حرارية}

^{ضمان مسارات توصيل حرارة فعالة}

 

^{معايير التحقق من الجودة}

^{متطلبات الفحص البصري}

^{تسطيح الرصاص: ≤ 0.10 مم}

^{دقة محاذاة الوسادة: ± 0.05 مم}

^{سلامة المعالجة السطحية: لا أكسدة، لا تلوث}

 

^{اختبار الموثوقية}

^{دورة درجة الحرارة: -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية}

^{القوة الميكانيكية: متوافقة مع معايير JEDEC}

^{جودة اللحام: معتمدة وفقًا لـ IPC-A-610}

 

^{يوفر تحليل أبعاد الحزمة هذا مراجع ميكانيكية دقيقة لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ LM193DR في البيئات القاسية، مما يضمن التثبيت الميكانيكي المستقر والإدارة الحرارية الفعالة في التطبيقات عالية الموثوقية.}

 

 

^{سادساً: تكوين الدبوس والتحليل الوظيفي}

 

^{نظرة عامة على نوع الحزمة}

^{حزم قياسية بـ 8 دبابيس: تدعم تنسيقات حزم متعددة بما في ذلك SOIC و VSOP و PDIP و TSSOP}

^{الحزم المحسنة حراريًا: تتميز النماذج المحددة بوسادات حرارية سفلية لتحسين تبديد الحرارة}

 

^{وصف وظيفة الدبوس التفصيلية}

^{دبابيس المُقارن للقناة 1}

^{الدبوس 1 (1OUT): خرج المُقارن A}

^{بنية إخراج جامع مفتوح}

^{يتطلب مقاوم سحب خارجي}

^{جهد تشبع الإخراج: 400 مللي فولت (نموذجي)}

 

^{الدبوس 2 (1IN-): إدخال المُقارن A العاكس}

^{إدخال عالي المعاوقة: 0.3 م أوم (نموذجي)}

^{تيار تحيز الإدخال: 500 نانو أمبير (حد أقصى)}

 

^{الدبوس 3 (1IN+): إدخال المُقارن A غير العاكس}

^{نطاق الوضع المشترك للإدخال: 0 فولت إلى Vcc-1.5V}

 

^{دبابيس المُقارن للقناة 2}

^{الدبوس 7 (2OUT): خرج المُقارن B}

^{نفس بنية الجامع المفتوح مثل 1OUT}

^{قادرة على قيادة أحمال مختلفة بشكل مستقل}

 

^{الدبوس 6 (2IN-): إدخال المُقارن B العاكس}

^{الدبوس 5 (2IN+): إدخال المُقارن B غير العاكس}

 

^{دبابيس إدارة الطاقة}

^{الدبوس 8 (Vcc/V+):إدخال الإمداد الموجب}

^{نطاق جهد التشغيل: 2 فولت إلى 36 فولت}

^{متوافق مع تكوين الإمداد الفردي أو المزدوج}

 

^{الدبوس 4 (GND):طرف الإمداد الأرضي/السالب}

^{متصل بالأرضي النظام في وضع الإمداد الفردي}

^{متصل بمسار الإمداد السالب في وضع الإمداد المزدوج}

 

تكوين وسادة بالوعة الحرارة

 

 

^{متطلبات التصميم الرئيسية}

^{يجب توصيله مباشرة بالدبوس GND (الدبوس 4)}

^{يجب أن يوفر ثنائي الفينيل متعدد الكلور مساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة}

^{يوصى باستخدام فتحات حرارية لتعزيز تأثير تبديد الحرارة}

 

^{معلمات الخصائص الكهربائية}

^{أداء المُقارن}

^{وقت الاستجابة: 1.3 ميكرو ثانية نموذجية (5 مللي فولت زيادة)}

^{جهد إزاحة الإدخال: ±2 مللي فولت كحد أقصى}

^{كسب الجهد: 200 فولت/مللي فولت نموذجي}

 

بيئة التشغيل

نطاق درجة الحرارة: -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية

التيار الهادئ: 0.8 مللي أمبير/مُقارن (نموذجي)

 

^{ملاحظات تطبيق التصميم}

^{توصيات تكوين الإخراج}

^{قيمة المقاوم الساحب: 1 كيلو أوم إلى 10 كيلو أوم}

^{الحد الأقصى لتيار الغرق: 16 مللي أمبير (الحد الأقصى المطلق)}

^{يمكن توصيل المخرجات بالتوازي لتنفيذ منطق AND السلكي}

 

^{متطلبات فصل إمداد الطاقة}

^{يجب وضع مكثف سيراميك 0.1 ميكرو فاراد بالقرب من دبوس Vcc}

^{يوصى بمكثف إلكتروليتي إضافي 10 ميكرو فاراد للتطبيقات عالية التردد}

 

^{يوفر تحليل تكوين الدبوس هذا مرجعًا فنيًا شاملاً لتصميم الدوائر لـ LM193DR في البيئات القاسية مثل التحكم الصناعي وإلكترونيات السيارات، مما يضمن وظائف مقارنة الجهد المستقرة والموثوقة.}