Analyse de la conception du comparateur de haute précision LM193DR

^{18 octobre 2025 — Dans le contexte de la complexité croissante de l'automatisation industrielle et des systèmes électroniques automobiles, les exigences en matière d'adaptabilité environnementale et de stabilité opérationnelle des principaux composants de traitement du signal sont accrues. En tant que l'une des solutions pour les applications en environnements difficiles, le comparateur de tension double LM193DR, avec sa plage de température industrielle étendue de -55°C à +125°C et une tension de décalage d'entrée aussi faible que ±1 mV (typique), offre des capacités fiables de détection de tension et de comparaison de signaux pour le contrôle aérospatial, les entraînements de moteurs automobiles et les systèmes de détection industriels de haute précision.}

 

 

^{I. Introduction de la puce}

 

^{Le LM193DR est un circuit intégré monolithique qui intègre deux comparateurs de tension de précision indépendants. Logé dans un boîtier SOIC-8, ce dispositif se caractérise par une faible consommation d'énergie, une grande précision et une plage de température de fonctionnement ultra-large, tout en maintenant une compatibilité directe avec les interfaces logiques TTL, CMOS et MOS.}

 

^{Principales caractéristiques et avantages :}

^{Plage de température ultra-large : fonctionnement complet de -55°C à +125°C}

^{Faible tension de décalage d'entrée : généralement ±1 mV, maximum ±2 mV}

^{Faible courant de polarisation d'entrée : généralement 25 nA}

^{Large plage de tension de fonctionnement : alimentation simple de 2 V à 36 V}

^{Conception à faible consommation : courant de repos d'environ 0,8 mA par comparateur}

 

^{Champs d'application typiques :}

^{Systèmes de contrôle aérospatial}

^{Unités de contrôle électronique (ECU) automobiles}

^{Instruments de contrôle de processus industriels}

^{Interfaces de capteurs de haute précision}

 

 

II. Analyse du schéma fonctionnel d'un seul comparateur

 

^{Aperçu de l'architecture de base
Le LM193DR utilise une architecture de transistor bipolaire classique, chaque comparateur comprenant un étage d'entrée différentiel complet, un étage de gain et un étage de sortie, garantissant une précision de comparaison stable sur une large plage de températures.}

 

 

 

^{Analyse des principaux modules fonctionnels}

^{1. Étage amplificateur différentiel d'entrée}

^{Structure de base : Q1 et Q2 forment une paire d'entrée différentielle PNP}

^{Conception de polarisation : Q15 constitue une source de courant constant, fournissant un courant de fonctionnement stable}

^{Mécanismes de protection :}

^{D3 et D4 mettent en œuvre une protection de serrage d'entrée}

^{Circuit de limitation de la tension de mode commun}

 

^{Caractéristiques de performance :}

^{Courant de polarisation d'entrée : généralement 25 nA}

^{Tension de décalage d'entrée : généralement ±1 mV}

^{La plage d'entrée en mode commun comprend le potentiel de masse}

 

^{2. Réseau de polarisation et de référence}

^{Structure de miroir de courant : Q9-Q12 et Q14 forment un circuit de polarisation de précision}

^{Compensation de température : la compensation intégrée assure la stabilité sur toute la plage de températures}

^{Décalage de niveau : D1 et D2 fournissent des références de tension stables}

 

^{3. Étage de gain intermédiaire}

^{Circuit amplificateur : Q3, Q4, etc. forment un étage amplificateur à émetteur commun}

^{Mise en œuvre fonctionnelle :}

^{Fournit un gain de tension primaire}

^{Convertit les signaux différentiels en signaux asymétriques}

^{Pilote le fonctionnement de l'étage de sortie}

 

^{4. Étage de pilote de sortie}

^{Structure de sortie : conception de sortie à collecteur ouvert}

^{Composant principal : Q13 sert de transistor de pilote de sortie}

^{Circuit de protection : protection ESD intégrée}

^{Principales caractéristiques :}

^{Tension de saturation de sortie : généralement 130 mV}

^{Compatible avec les niveaux logiques TTL/CMOS}

^{Tension de saturation de sortie : 400 mV (typique)}

 

^{Analyse du trajet du signal}

^{Entrée non inverseuse → Q2 → Décalage de niveau → Étage de gain → Entrée inverseuse du pilote de sortie → Q1 → Décalage de niveau → Étage de gain → Pilote de sortie}

 

^{Principaux paramètres de performance}

^{Caractéristiques de précision}

^{Gain en tension : généralement 200 V/mV}

^{Temps de réponse : 1,3 µs (Vcc=5V)}

^{Broches du comparateur du canal 2}

 

^{Caractéristiques de fiabilité}

^{Température de fonctionnement : -55 °C à +125 °C}

^{Protection ESD : >2000 V}

^{Stabilité à long terme :<0,5 µV/mois}

 

^{Résumé des avantages de la conception}

^{Cette architecture incarne la philosophie de conception des circuits intégrés analogiques à haute fiabilité :}

^{Adaptabilité environnementale : maintient des performances stables sur de larges plages de températures}

^{Assurance de la précision : conception sophistiquée de la polarisation et de la compensation}

^{Compatibilité système : interface et configuration de sortie flexibles}

^{Fonctionnement fiable : mécanismes de protection intégrés complets}

 

^{Ce schéma fonctionnel fournit la base technique pour comprendre les principes de fonctionnement du LM193DR dans des environnements extrêmes, ce qui le rend particulièrement adapté à la vérification de la conception dans des scénarios d'application à haute fiabilité tels que l'aérospatiale et l'électronique automobile.}

 

 

III. Guide de conception de la disposition du circuit imprimé

 

Configuration des broches et analyse fonctionnelle

 

 

 

^{Détails de la fonction des broches :}

^{Structure de sortie à collecteur ouvert
Sortie à collecteur ouvert, nécessite une résistance de pull-up externe}

^{Entrée à haute impédance : 0,3 MΩ (typique)}

^{Plage de mode commun d'entrée : 0 V à Vcc-1,5 V}

^{Broche 4 (GND) : Borne de masse}

^{Broches de gestion de l'alimentation}

^{Broche 5 (2IN+) : Entrée non inverseuse du comparateur B}

^{Même structure à collecteur ouvert que 1OUT}

^{Broche 8 (Vcc) : Alimentation positive (2 V à 36 V)}

 

^{Points clés de la disposition du circuit imprimé}

^{Traitement du signal d'entrée}

^{Résistances d'entrée placées près du dispositif : distance contrôlée à moins de 2 mm}

^{Disposition symétrique : les signaux différentiels utilisent une conception de trace de longueur égale}

^{Protection de blindage : signaux d'entrée sensibles entourés de traces de masse}

 

^{Conception de découplage de l'alimentation}

^{Condensateurs de découplage placés à <3 mm des brochesLargeur de la trace d'alimentation ≥0,5 mm}

^{Stratégie de disposition par zones}

^{1. Zone de signal d'entrée}

 

^{Composants de filtrage d'entrée adjacents aux broches correspondantes}

^{Éviter le routage parallèle des lignes d'entrée et de sortie}

^{Signaux haute fréquence isolés avec des plans de masse}

^{2. Zone de gestion de l'alimentation}

 

^{Condensateurs de découplage placés dans des couches décalées}

^{Lignes d'alimentation acheminées loin des signaux sensibles}

^{Assurer des chemins de retour à la masse complets}

^{3. Zone d'entraînement de sortie}

 

^{Résistances de pull-up placées près des broches de sortie}

^{Largeur de la trace de sortie conçue en fonction du courant de charge}

^{Points de test réservés pour la commodité du débogage}

^{Mesures de conception anti-interférence}

 

^{Suppression du bruit}

^{Petits condensateurs parallèles (10-100 pF) sur les broches d'entrée critiques}

^{Lignes de signal maintenues à l'écart des horloges et des alimentations à découpage}

^{Utilisation de plans de masse complets}

^{Conception de la gestion thermique}

 

^{Couverture complète du cuivre dans la zone de la pastille thermique}

^{Ajouter des vias thermiques dans les applications à haute température}

^{Maintenir un espace adéquat autour des composants}

^{Exigences du processus de fabrication}

 

^{Paramètres de conception du pochoir}

^{Les dimensions des pastilles sont conformes aux normes IPC-7351}

^{L'espacement des composants répond aux exigences de la production automatisée}

^{Identification claire des fonctions des broches par sérigraphie}

^{Normes d'inspection}

 

^{Qualité des joints de soudure : IPC-A-610 Classe 2}

^{Précision de l'alignement : ±0,1 mm}

^{Coplanarité : variation de la hauteur des broches ≤0,1 mm}

^{Cette solution de disposition assure un fonctionnement stable du LM193DR sur toute la plage de températures de -55 °C à +125 °C en optimisant l'intégrité du signal, l'intégrité de l'alimentation et la gestion thermique, répondant aux exigences exigeantes de l'aérospatiale, de l'électronique automobile et d'autres applications de haut niveau.}

 

^{IV. Guide de conception de la disposition des pastilles du circuit imprimé et du masque de soudure}

 

 

^{Spécifications de base de la disposition des pastilles}

 

^{Paramètres de dimension de base}

^{Nombre de broches : configuration standard à 8 broches}

^{Largeur de la pastille : 0,45 mm (correspond exactement aux dimensions des broches)}

^{Longueur de la pastille : 1,5 mm (fournit une zone de soudure suffisante)}

^{Pas des broches : 0,65 mm (conception de pas standard)}

^{Envergure du boîtier : 5,8 mm (disposition symétrique globale)}

^{Exigences de conception de la symétrie}

 

^{Disposition entièrement symétrique basée sur l'axe central}

^{Toutes les dimensions maintiennent des tolérances de fabrication strictes}

^{Assurer une répartition uniforme de la chaleur pendant la soudure}

^{Normes de conception du masque de soudure}

 

^{Non-Solder Mask Defined (NSMD) - Solution recommandée
Caractéristiques structurelles :}

^{Pastilles métalliques entièrement exposées}

^{Ouvertures du masque de soudure plus grandes que les dimensions des pastilles}

^{Ouvertures du masque de soudure 0,05 mm plus grandes que les pastilles de chaque côté}

^{Caractéristiques d'avantage :}

 

^{Réduit la concentration de contraintes}

^{Améliore la fiabilité de la soudure}

^{Facilite le contrôle du processus}

^{Solder Mask Defined (SMD) - Solution alternative}

 

^{Les ouvertures du masque de soudure correspondent exactement aux dimensions des pastilles}

^{Couche métallique partiellement recouverte par le masque de soudure}

^{Convient aux conceptions de routage à haute densité}

^{Principaux paramètres de conception}

 

^{Contrôle de la tolérance dimensionnelle
Tolérance de position des pastilles : ±0,05 mm}

^{Précision de l'alignement du masque de soudure : ±0,05 mm}

^{Écart de symétrie global : ≤0,1 mm}

^{Spécifications de la couche métallique}

 

^{Épaisseur de la feuille de cuivre de base : 1 oz (35 µm)}

^{Finition de surface recommandée : ENIG/Or par immersion}

^{Traitement des coins arrondis des bords des pastilles}

^{Exigences du processus de fabrication}

 

^{Paramètres de conception du pochoir
Largeur : 0,4-0,45 mm (90-100 % de la largeur des broches)}

^{Longueur : 1,4-1,5 mm}

^{Épaisseur du pochoir : 0,1-0,15 mm}

^{Contrôle du processus de soudure}

 

^{Type de pâte à souder : Type III sans plomb}

^{Température de pointe de refusion : 245-255 °C}

^{Taux de chauffage : 1-3 °C/seconde}

^{Normes de vérification de la qualité}

 

^{Exigences d'inspection visuelle
Espacement des pastilles ≥0,2 mm}

^{Largeur du pont du masque de soudure ≥0,1 mm}

^{Espacement de la sérigraphie par rapport à la pastille ≥0,1 mm}

^{Vérification de la fiabilité}

 

^{Essais de cycles thermiques : -55 °C à 125 °C}

^{Résistance des joints de soudure : conforme à la norme IPC-9701}

^{Inspection visuelle : conforme à la norme IPC-A-610 Classe 2/3}

^{Ce guide de conception fournit des spécifications techniques complètes pour la conception de circuits imprimés du LM193DR dans des applications à haute fiabilité telles que l'aérospatiale et l'électronique automobile, garantissant un fonctionnement stable à long terme dans des environnements difficiles.}

 

^{V. Dimensions du boîtier et analyse de la structure}

 

 

Dimensions clés du contour du boîtier

 

 

^{Dimensions du profil principal}

^{Longueur du boîtier : 1,90 - 2,10 mm}

^{Largeur du boîtier : 0,70 - 0,80 mm}

^{Hauteur du boîtier : 0,18 - 0,32 mm (épaisseur des broches)}

^{Plan d'assise : plan de référence de 0,08 mm}

^{Paramètres de la structure des broches}

 

 

 

^{Largeur des broches : 0,18 - 0,32 mm}

^{Longueur des broches : 0,20 - 0,40 mm}

^{Pas des broches : espacement standard de 6 × 0,50 mm}

^{Épaisseur du métal de la paroi latérale : valeur typique de 0,10 mm}

^{Caractéristiques structurelles spéciales}

 

^{Zone d'identification de la broche 1}

^{Conception de chanfrein à 45°, largeur 0,25 mm}

^{Fournit une identification claire de la polarité}

^{Facilite l'inspection optique automatisée}

^{Conception de la pastille thermique}

 

^{Pastille thermique exposée : située au bas du boîtier}

^{Structure thermique améliorée : améliore la capacité de dissipation de puissance}

^{Exigences de soudure : nécessite un bon contact avec le circuit imprimé}

^{Options de forme des broches}

 

^{Option 1 : Fils d'aile de mouette standard}

^{Option 2 : Formes de bornes alternatives}

^{Contrôle de la tolérance dimensionnelle}

 

^{Dimensions principales : tolérance standard de ±0,05 mm}

^{Dimensions critiques : tolérance serrée de ±0,10 mm}

^{Tolérance cumulative : déviation maximale de 0,050 mm}

^{Lignes directrices pour l'adaptation de la conception des circuits imprimés}

 

^{Recommandations de conception des pastilles}

^{Largeur de la pastille : 0,22 - 0,32 mm (correspondant aux dimensions des broches)}

^{Longueur de la pastille : 0,70 - 0,91 mm}

^{Maintien de l'espacement : dégagement minimum de 0,18 mm}

^{Conception de la gestion thermique}

 

^{Couverture complète du cuivre dans la zone de la pastille thermique}

^{Utilisation recommandée de réseaux de vias thermiques}

^{Assurer des chemins de conduction thermique efficaces}

^{Normes de vérification de la qualité}

 

^{Exigences d'inspection visuelle}

^{Coplanarité des fils : ≤ 0,10 mm}

^{Précision de l'alignement des pastilles : ± 0,05 mm}

^{Intégrité du traitement de surface : pas d'oxydation, pas de contamination}

^{Tests de fiabilité}

 

^{Cyclage thermique : -55 °C à +125 °C}

^{Résistance mécanique : conforme aux normes JEDEC}

^{Qualité de la soudure : certifiée selon la norme IPC-A-610}

^{Cette analyse des dimensions du boîtier fournit des références mécaniques précises pour la conception de circuits imprimés du LM193DR dans des environnements difficiles, garantissant une fixation mécanique stable et une gestion thermique efficace dans les applications à haute fiabilité.}

 

^{VI. Configuration des broches et analyse fonctionnelle}

 

 

^{Aperçu du type de boîtier}

 

^{Boîtiers standard à 8 broches : prend en charge plusieurs formats de boîtiers, notamment SOIC, VSOP, PDIP et TSSOP}

^{Boîtiers à dissipation thermique améliorée : les modèles sélectionnés sont dotés de pastilles thermiques sur la face inférieure pour une meilleure dissipation de la chaleur}

^{Description détaillée de la fonction des broches}

 

^{Broches du comparateur du canal 1}

^{Broche 1 (1OUT) : Sortie du comparateur A}

^{Structure de sortie à collecteur ouvert}

^{Nécessite une résistance de pull-up externe}

^{Tension de saturation de sortie : 400 mV (typique)}

^{Broche 2 (1IN-) : Entrée inverseuse du comparateur A}

 

^{Entrée à haute impédance : 0,3 MΩ (typique)}

^{Courant de polarisation d'entrée : 500 nA (maximum)}

^{Broche 3 (1IN+) : Entrée non inverseuse du comparateur A}

 

^{Plage de mode commun d'entrée : 0 V à Vcc-1,5 V}

^{Broches du comparateur du canal 2}

 

^{Broche 7 (2OUT) : Sortie du comparateur B}

^{Même structure à collecteur ouvert que 1OUT}

^{Capable de piloter indépendamment différentes charges}

^{Broche 6 (2IN-) : Entrée inverseuse du comparateur B}

 

^{Broche 5 (2IN+) : Entrée non inverseuse du comparateur B}

^{Broches de gestion de l'alimentation}

 

^{Broche 8 (Vcc/V+) :}

^{Entrée d'alimentation positivePlage de tension de fonctionnement : 2 V à 36 V}

^{Compatible avec une configuration d'alimentation simple ou double}

^{Broche 4 (GND) :}

 

^{Borne de masse/alimentation négativeConnectée à la masse du système en mode alimentation simple}

^{Connectée au rail d'alimentation négatif en mode alimentation double}

^{Configuration de la pastille du dissipateur thermique}

 

Principales exigences de conception

 

 

^{Doit être directement connecté à la broche GND (broche 4)}

^{Le circuit imprimé doit fournir une surface de cuivre suffisante pour la dissipation thermique}

^{Des vias thermiques sont recommandés pour améliorer la dissipation thermique效果}

^{Paramètres des caractéristiques électriques}

 

^{Performance du comparateur}

^{Temps de réponse : 1,3 µs typique (surtension de 5 mV)}

^{Tension de décalage d'entrée : ±2 mV maximum}

^{Gain en tension : 200 V/mV typique}

^{Environnement d'exploitation}

 

Plage de température : -55 °C à +125 °C

Courant de repos : 0,8 mA/comparateur (typique)

Notes d'application de la conception

 

^{Recommandations de configuration de sortie}

^{Valeur de la résistance de pull-up : 1 kΩ à 10 kΩ}

^{Courant de fuite maximum : 16 mA (maximum absolu)}

^{Les sorties peuvent être mises en parallèle pour implémenter une logique ET câblée}

^{Exigences de découplage de l'alimentation}

 

^{Un condensateur céramique de 0,1 µF doit être placé près de la broche Vcc}

^{Un condensateur électrolytique supplémentaire de 10 µF est recommandé pour les applications haute fréquence}

^{Cette analyse de la configuration des broches fournit une référence technique complète pour la conception de circuits du LM193DR dans des environnements difficiles tels que le contrôle industriel et l'électronique automobile, garantissant une fonctionnalité de comparaison de tension stable et fiable.}