Vertiefte Analyse des LM393P-Layouts und des Lötvorgangs
Mit dem kontinuierlichen Anstieg der Nachfrage nach kostensensitiven Anwendungen in der industriellen Steuerung und der UnterhaltungselektronikHochleistungs- und gleichzeitig wirtschaftliche Spannungsvergleicher werden zu Kernkomponenten im GrundkreislaufdesignDer weit verbreitete Industrie-Standard LM393P Doppeldifferenzvergleicher mit seinem breiten Spannungsbereich (2V bis 36V) und den Eigenschaften eines offenen Kollektorsbietet eine wirtschaftliche und zuverlässige Spannungsvergleichslösung für die Motorsteuerung, Level-Detektion und Sensor-Schnittstellen.
I. Chip-Einführung
Das LM393P ist ein monolithischer integrierter Schaltkreis, der zwei unabhängige Spannungsvergleicher integriert.und einen breiten Spannungsbereich der Stromversorgung, und ist direkt mit TTL-, CMOS- und MOS-Logik-Schnittstellen kompatibel.
Kernmerkmale und Vorteile:
Breiter Betriebsspannungsbereich: Einzelstromversorgung 2V bis 36V, Doppelstromversorgung ±1V bis ±18V
Niedriger Einstiegsstrom: typischerweise 25nA
Niedrige Eingangsverschiebungsspannung: typischerweise ±2mV
Ausgang mit offenem Sammler: Unterstützt eine flexible Ausgabe-Konfiguration
Niedrigleistungskonstruktion: Ruhezustand nur 0,4mA pro Vergleichsgerät (bei Vcc=5V)
II. Pin-Konfiguration und Funktionsanalyse
Übersicht über die Paketart
Standard 8-Pin-Pakete: enthält mehrere Paketformate wie DIP-8, SOIC-8 und TSSOP-8
Wärmeverstärkte Packungen: Ausgewählte Modelle verfügen unterhalb über freiliegende Wärmepolster für eine verbesserte Wärmeableitung
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Definitionen der Pin-Funktion:
1. Kanal 1 Verwandte Pins
Pin 1 (1OUT): Vergleicher A Ausgang
Ausgangsstruktur mit offenem Sammler
Erfordert einen externen Aufzugswiderstand
Pin 2 (1IN-): Vergleicher A Umkehrungseingang
Pin 3 (1IN+): Vergleicher A Nichtumkehrbarer Eingang
2. Kanal 2 Verwandte Pins
Pin 7 (2OUT): Ausgang des Vergleichssystems B
Auch verfügt über eine offene Sammler-Ausgabe Struktur
Pin 6 (2IN-): Vergleicher B Umkehrung der Eingabe
Pin 5 (2IN+): Vergleicher B Nichtumkehrbarer Eingang
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Grundlegende Anforderungen an die Konstruktion der Thermal Pads:
muss direkt an den GND-Pin (Pin 4) angeschlossen sein
Bietet einen optimalen Wärmeabfluss
Die PCB-Konstruktion sollte ausreichend Kupferguss und thermische Durchläufe umfassen
Wesentliche Konstruktionsbedürfnisse
1. Anforderungen an die Ausgabekonfiguration
Alle Ausgänge verfügen über eine offene Sammlerstruktur
Außenspannwiderstände für die positive Versorgung sind obligatorisch
Auswahl der Widerstandswerte basierend auf den Anforderungen an Last und Drehzahl (typischer Bereich: 1kΩ bis 10kΩ)
2. Entwurf der Entkopplung der Stromversorgung
Platzieren Sie den Keramikkondensator von 0,1 μF nahe dem Vcc-Pin
Für Hochfrequenzanwendungen wird ein zusätzlicher paralleler Elektrolytkondensator von 10 μF empfohlen.
3. Eingangsschutzmaßnahmen
Die Eingangsspannung darf den Spannungsbereich der Stromversorgung nicht überschreiten.
Für empfindliche Anwendungen können an den Eingängen serielle Strombegrenzungswiderstände hinzugefügt werden
Diese Analyse der Pin-Konfiguration liefert umfassende technische Anleitungen für das Schaltkreisdesign und das PCB-Layout des LM393P,Sicherstellung stabiler und zuverlässiger Leistungen in verschiedenen Anwendungsszenarien.
III. Analyse des Funktionsblokschemas für einen einzigen Vergleich
Überblick über die Kernarchitektur
Der LM393P verwendet eine klassische bipolare Transistor-Differential-Eingabearchitektur, bei der jeder Vergleicher eine komplette Eingabe, eine Verstärkung und eine Ausgabe umfasst.Sicherstellung einer stabilen Vergleichsfunktion über einen breiten Spannungsbereich.
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Analyse der wichtigsten Funktionsmodule
1. Eingabe Differential Verstärker Stufe
Kernstruktur: Q1 und Q2 bilden ein PNP-Differenzinputpaar
Bias-Schaltkreis: Q15 stellt eine Schwanzstromquelle (Itail) dar, die einen stabilen Betriebsstrom liefert
Schutzgestaltung:
D3 und D4 implementieren Eingangsklemmschutz
VCM-Klemme bietet eine Einschränkung der Spannung im gemeinsamen Modus
Technische Merkmale:
Hohe Eingangsimpedanz zur Unterstützung der Erkennung eines schwachen Signals
Breiter Eingangsbereich für den gemeinsamen Modus (einschließlich Bodenpotenzial)
Niedriger Eingangsstrom (typischerweise 25nA)
2. Voreingenommenheit und Referenznetzwerk
Bias Generation: Q9-Q12 und Q14 bilden einen Präzisionsstromspiegel
Niveausverschiebung: D1 und D2 sorgen für eine stabile Spannungsverzerrung
Temperaturkompensation: Ein integriertes Kompensationssystem gewährleistet die Stabilität im gesamten Temperaturbereich
3. Zwischengeschäftsstadium
Verstärkungsstruktur: Q3, Q4 usw. bilden einen Verstärkerkreislauf mit einem gemeinsamen Emitter
Funktionale Aufgaben:
Erzeugt einen primären Spannungszuwachs
Implementiert Signalumwandlung von Differenz zu Einfachsignal
Steuert den Ausgangsstadiumbetrieb
4. Ausgangs-Treiberstufe
Ausgangsstruktur: Q13 dient als Transistor mit offenem Kollektor
ESD-Schutz: integrierte elektrostatische Entladungsschutzschaltung
Hauptmerkmale:
Kompatibel mit TTL/CMOS-Logikstufen
Niedrige Ausgangssättigungsspannung (typischerweise 130 mV)
Erfordert einen externen Aufzugswiderstand
Analyse des Signalweges
Positiver Eingang → Q2 → Level Shifting → Gain Stage → Output Driver Negativer Eingang → Q1 → Level Shifting → Gain Stage → Output Driver
Schlüsselfunktionsmerkmale
Präzisionsspezifikationen
Eintrittsverschiebungsspannung: maximal ±2mV
Eintrittsverzerrungsstrom: typischerweise 25nA
Spannungszuwachs: typischerweise 200 V/mV
Geschwindigkeitsleistung
Reaktionszeit: typischerweise 1,3 μs
Verbreitungsverzögerung: Erfüllt die Anforderungen für die meisten Anwendungen
Zuverlässigkeitsdesign
ESD-Schutz: Verbesserte antistatische Fähigkeit
Eingangsschutz: Verhindert Überspannungsschäden
Thermische Stabilität: Konsistente Leistung über den gesamten Temperaturbereich
Designvorteile Zusammenfassung
Diese Architektur verkörpert die Konstruktionsphilosophie klassischer analoger integrierter Schaltungen und erzielt die folgenden Leistungen:
Hohe Zuverlässigkeit: Umfassende eingebaute Schutzmechanismen
Großspannungsbetrieb: Unterstützt 2V bis 36V Versorgungsbereich
Niedriger Stromverbrauch: Stillstandsstrom von nur ~ 0,4 mA pro Vergleicher
Temperaturstabilität: Beibehält die Leistung über industrielle Temperaturbereiche hinweg
Diese Analyse des funktionalen Blockdiagramms liefert eine wichtige technische Referenz für ein vertieftes Verständnis und die Anwendung des LM393P.besonders geeignet für Anwendungen in der industriellen Steuerung und in der Unterhaltungselektronik, die einen hochpräzisen Spannungsvergleich erfordern.
IV. Analyse typischer Anwendungskreisläufe
Konfiguration des einseitigen Vergleichsgeräts
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Konfiguration des Differenzvergleichs
Vergleichslogik:
Wenn Vin+ > Vin-: Niedrige Ausgangsstufe
Wenn Vin+ < Vin-: Ausgangsstand mit hoher Impedanz
Anwendungsszenarien:
Signaldifferenzerkennung
Vergleichsfenster
Null-Crossing-Erkennungsschaltung
Kernkonstruktionsparameter
1. Stromversorgungskonfiguration
Betriebsspannungsbereich: 2V bis 36V (einfach)
Zweifachversorgungsmodus: ±1V bis ±18V
Ruhezustand: ca. 0,4 mA pro Vergleicher (Vcc=5V)
2. Ausgangsmerkmale
Ausgang mit offenem Kollektor: Erfordert einen Aufziehwiderstand
Ausgangssättigungsspannung: typischerweise 130 mV (bei Isink=4 mA)
Logische Kompatibilität: Unterstützt TTL/CMOS-Level
3. Leistungsparameter
Reaktionszeit: typischerweise 1,3 μs
Eintrittsverzerrungsstrom: maximal 50nA
Eintrittsverschiebungsspannung: maximal ±2mV
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4Typische Anwendungsfälle
Spannungsüberwachung
Detektion des Batterieniveaus
Überwachung der Stromversorgungsspannung
Überspannungs- und Unterspannungsschutz
Signalkonditionierung
Quadratwellengenerator
Detektion der Pulsbreite
Schnittstelle für die Analog-Digital-Konvertierung
Kontrollanwendungen
Schalter für die Temperaturregelung
Motorsteuerungsschaltung
Fotoelektrische Sensoroberfläche
5.Konstruktionsüberlegungen
Auswahl des Pull-up-Widerstands
Berechnungsformel: Rpullup = (Vlogic - Vol) / Iol_sink Empfohlener Bereich: 1kΩ bis 10kΩ Kompromissfaktoren: Stromverbrauch vs Schaltgeschwindigkeit
Maßnahmen zur Lärmbekämpfung
Hinzufügen der RC-Filterung an den Eingängen
Einführung der lokalen Entkopplung an den Stromklemmen
Schutzschirm für empfindliche Signalleitungen
Überlegungen zur Gestaltung
Strecke Eingangssignale weg von Ausgangsspuren
Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Bodenlage zur Verringerung von Lärm
Die Thermalpads (falls vorhanden) müssen geerdet sein.
Diese Anwendungsschaltkreise zeigen die Flexibilität und Zuverlässigkeit des LM393P als klassischen Spannungsvergleicher.Es kann verschiedene Anforderungen an Spannungserkennung und Signalverarbeitung erfüllen, so dass es besonders für kostensensible industrielle Steuerungs- und Verbraucherelektronikanwendungen geeignet ist.
V. Leitfaden für die PCB-Layout-Konstruktion
Grundprinzipien für das Layout
Eingangssignalverarbeitung
Eintrittswiderstände in der Nähe des Geräts: Verringert Lärmkopplung und Signalreflexion
Sensitive Signalisolierung: Eingangsspuren, die von Ausgangs- und Stromleitungen weggeleitet werden
Symmetrisches Layout: Differentialleitsignale verwenden gleich lange Spuren
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Entwurf der Entkopplung der Stromversorgung
Vcc-Pin → 0,1μF Keramikkondensator → GND
Trennkondensatoren, die in der Nähe von Stromstiften platziert sind
Verwenden Sie kurze und breite Verbindungsspuren
Hinzufügen eines Elektrolytkondensators von 10 μF für Hochfrequenzanwendungen
Layoutoptimierungsstrategien
1. Komponente Zonierung Layout
[Eingangszone] → [LM393P Chip] → [Ausgangszone]
↓ ↓
Eintrittswiderstände Kernvergleicher Pull-up-Widerstände
Signalfilterung, Entkopplung der Kappen, Lastantrieb
2. Erdungsverfahren
Ein-Punkt-Erdung: Getrennte analoge und digitale Erdung
Bodenebene: Bietet ein stabiles Referenzgrundpotenzial
Anschluss des Thermal Pads: direkt an den GND-Pin angeschlossen
Wichtige Layout-Details
Layout der Eingabeabschnitte
Eintrittswiderstände, die < 5 mm von Chip-Pins abgelegt sind
Vermeiden Sie die parallele Routing von Eingangs- und Ausgangssignalleitungen
Schildempfindliche Eingangssignale mit Bodenspuren
Auslegung der Stromversorgungsabteilung
Leistungsspurenbreite ≥ 0,5 mm (für 1 A Strom)
Platzieren Sie die Entkopplungskondensatoren auf der gleichen Schicht wie den Chip
Leistungsfilterfolge: große Kondensatoren vor kleinen Kondensatoren
Layout der Ausgabeabteilung
Platzieren Sie Pull-up-Widerstände in der Nähe von Ausgangspins
Bestimmung der Ausgangsspurbreite anhand des Laststroms
Verhindern Sie, dass Ausgangssignale zu Überspannungen bei den Eingängen führen
Maßnahmen gegen Eingriffe
1. Geräuschunterdrückung
Parallele kleine Kondensatoren an Eingangspins zum Filtern (optional)
Kritische Signale mit Bodenflugzeugen umgeben
Vermeiden Sie die Routing unter Kristallen oder Schalten von Stromversorgungen
2. Wärmewirtschaft
Vollständige Nutzung der Wärmepumpe für die Wärmeableitung
Hinzufügen von thermischen Durchgängen für Hochleistungsanwendungen
Aufrechterhaltung des Luftstroms um die Komponenten
Konzeptionelle Erwägungen
Herstellbarkeit
Komponentenabstand erfüllt die Anforderungen an das Löten
Prüfstellen, die für Prüfungen im Stromkreis zugänglich sind
Übersichtliche Seidenblende für kritische Signale
Zuverlässigkeitssicherung
Die Abmessungen der Pad entsprechen den IPC-Normen
Vermeiden Sie scharfe Winkelspuren
Stellen Sie einen ausreichenden Spurenabstand sicher
Diese Layout-Lösung gewährleistet eine optimale Leistung des LM393P in verschiedenen Anwendungsszenarien durch Optimierung der Signalintegrität, Leistungsintegrität und thermischen Management,mit einer Leistung von mehr als 10 W und einer Leistung von mehr als 10 W,.
VI. Anleitung zur Auslegung von PCB-Pads und Lötmasken
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Spezifikationen für das Layout des Keypads
Grunddimensionsparameter
Anzahl der Stifte: 8-Stifte Standard-Layout
Einheitlich:
Breite der Nadel: 0,6 mm (0,024 Zoll)
Längen des Pads: 1,55 mm
Symmetrieanforderungen
Voll symmetrisches Layout basierend auf der Mittellinie
Alle Abmessungstoleranzen: ±0,05 mm (0,002 Zoll)
Gesamtspannweite: 5,4 mm
Spezifikationen für die Konstruktion von Lötmasken
Nicht-Solder-Maske definiert (NSMD) - empfohlene Lösung
Pad-Struktur: Metallpad vollständig freigelegt Öffnungsgröße: Lötmaske Öffnung 0,07 mm größer als Pad (pro Seite) Vorteile: Reduziert Spannungskonzentration, verbessert die Lötsicherheit
Schlüsselparameter der Lötmaske
Toleranz für die Öffnung: maximal 0,07 mm (in alle Richtungen)
Metallbedeckung: Metall erstreckt sich ≥ 0,07 mm unter der Lötmaske
Ausrichtungsgenauigkeit: Gewährleistet eine vollständige Plattenbelichtung
Anforderungen an die Metallisierung
Pad-Metallstruktur
Basismaterial: PCB-Kupferfolie (empfohlene Dicke 1 Unze)
Oberflächenbeschichtung: ENIG/Immersion Gold/Immersion Silver (pro Anwendung ausgewählt)
Pad-Form: Rechteckig mit einem Eckradius von 0,05 mm
Optimierung der Blendengröße
Breite: 90-100% der Nadelbreite
Länge: Gleich oder leicht kürzer als die Länge des Pads
Schablonendicke: 0,1-0,15 mm (4-6 mil)
Prozessparameter
Art der Lötpaste: Feinkornige, bleifreie Lötpaste Typ III
Druckgenauigkeit: Toleranz von ±0,05 mm
Rückflussprofil: Standard SMT-Rückflussverfahren
Konstruktionsprüfpunkte
Herstellbarkeitsprüfung
Der Abstand zwischen den Pads erfüllt die Mindestanforderungen an die elektrische Freiheit.
Lötmaskenbrückenbreite ≥ 0,1 mm zur Gewährleistung der Isolationssicherheit
Durchsichtige Seidenschirmmarkierungen ohne Pad-Abdeckung
Zuverlässigkeitsprüfung
Thermische Zyklusprüfung: nach JEDEC-Normen zertifiziert
Mechanische Festigkeit: Die Abziehkraft entspricht den IPC-Normen
Lötqualität: Lötverbindungen erfüllen die Anforderungen der IPC-A-610-Klasse 2/3
Anwendungsbedarf
High-Density-Routing
NSMD-Konstruktion empfohlen für Feinspuren-Routing
Ermöglicht eine 0,15 mm Signalspur zwischen Pins
Beibehalten Sie mindestens 0,2 mm Spurenabstand
Thermische Verstärkung
Hinzufügen von 0,3 mm Durchmesser thermische Durchläufe in thermischen Pad Bereich
Erweiterung des Wärmeabflussbereichs mit Rückseite Kupfer gießen
CTE-Matching für Hochtemperaturanwendungen
Dieser Entwurfsleitfaden enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für das LM393P und die Lötmaske, um eine hohe Ausbeute in der Massenproduktion und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.mit einer Breite von mehr als 20 mm,.
VII. PCB-Layout- und Stencil-Aperture-Entwurfsleitfaden
Spezifikationen für die Auslegung des Pads
Grunddimensionsparameter
Schraubfläche: 6×1,27 mm Standardabstand
Padbreite: 0,55 mm (erfüllt die Anforderungen an den Pin-Kontakt)
Längen des Pads: 1,80 mm (genügend Lötfläche)
Gesamtspannweite: 7,40 mm (Gesamtverpackungsbreite)
Anforderungen an geometrische Merkmale
Beibehalten Sie einen Abstand von 0,60 mm zwischen den Kanten des Pads
Einführung von abgerundeten Ecken, um die Konzentration von Spannungen in scharfen Winkeln zu vermeiden
Sicherstellung einer symmetrischen Anordnung für einheitliches Löten
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Abmessungsspezifikationen der Schablonenöffnung
Schablonenöffnungslänge: 1,75 mm Schablonenöffnungsbreite: 0,55 mm Schablonenöffnungs-Pad-Verhältnis: 1:1
Konfiguration der Prozessparameter
Schablonenstärke: empfohlen 0,10-0,15 mm
Abdeckungstoleranz: ±0,05 mm
Freisetzung von Lötpaste: Sicherstellung einer Übertragungseffizienz von > 90%
Schlüsselfaktoren für die Konstruktion von Masken
Nicht-Solder-Maske definiert (NSMD)
Lötmasken mit 0,07 mm größerer Öffnung als das Pad (auf allen Seiten gleichmäßig)
Vollständig freiliegende Metallpolster ohne Schweißmaske
Verringert die Spannungskonzentration und verbessert die Lötsicherheit
Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung
Lötmaske zur Pad-Zentrumsschiebung ≤0,05 mm
Breite der Schweißmaskenbrücke ≥ 0,15 mm, um die Isolationssicherheit zu gewährleisten
Steuerung des Herstellungsprozesses
Druckverfahrenparameter
Art der Lötpaste: Feinkörner von Typ III, bleifrei
Druck des Spülgeräts: 4-6 kgf, Winkel 45-60°
Druckgeschwindigkeit: 20-40 mm/s gleichmäßige Bewegung
Qualitätskontrollstandards
Zulassungskriterien
Füllrate der Lötverbindungen ≥ 75%
Keine Brücken- oder Kaltlöterfehler
Toleranz für die Ausrichtung von Pin-to-Pad ±0,1 mm
Inspektionsverfahren
2D/3D-Lötpasteinspektion (SPI)
Analyse der Qualität der Röntgenlötgemeinschaften
Automatisierte optische Inspektion (AOI)
Dieser Entwurfsleitfaden enthält vollständige Prozessparameter und Qualitätskontrollstandards für die Massenproduktion des LM393P.Gewährleistung einer stabilen Lötqualität und einer ausgezeichneten langfristigen Zuverlässigkeit bei Hochgeschwindigkeiten
SMT-Fertigung.
VIII. PCB-Pad-Layout und Lötmasken-Designanalyse
Kernparameter der Pad-Layout
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Grundsätzliche Abmessungsbeschreibungen
Anzahl der Pins: 8-Pin-Standardkonfiguration
Pad Breite: 0,45 mm (erfüllt Standard-Pin-Kontakt Anforderungen)
Pad-Länge: 1,5 mm (genügend Lötfläche)
Pin Pitch: 0,65 mm (Standard-Spitch-Design)
Packungsspannweite: 5,8 mm (allgemeine symmetrische Anordnung)
Symmetrie-Konstruktionsanforderungen
Voll symmetrisches Layout basierend auf der Mittellinie
Beibehalten strenge proportionale Verhältnisse für alle Dimensionen
Gewährleistung einer gleichmäßigen Wärmeverteilung beim Löt
Konstruktionsnormen für Lötmasken
Nicht-Solder-Maske definiert (NSMD) - empfohlene Lösung
Strukturelle Merkmale:
Metallpolster vollständig freigelegt
Maskenöffnungen für Lötmasken, die größer als die Abmessungen der Pads sind
Metall erstreckt sich unter der Lötmaske
Lötmaske definiert (SMD) - Alternative Lösung
Soldermaskenöffnungen entsprechen genau den Abmessungen der Pads
geeignet für Routen mit hoher Dichte
Erfordert eine strengere Prozesskontrolle
Schlüsselpunkte des Herstellungsprozesses
Empfehlungen für die Gestaltung von Schablonen
Dichtungsgröße: 1:1 Verhältnis zu den Abmessungen des Pads
Schablonenstärke: 0,10-0,15 mm Standardbereich
Genauigkeit der Blende: ±0,02 mm Toleranzregelung
Qualitätssicherung der Schweißtechnik
Verwenden Sie Feinkörnchen-Lötmasse Typ III
Empfohlene Spitzentemperatur des Rückflusses 245-255°C
Kühlgeschwindigkeit bei 2-4°C/Sekunde
Konstruktionsprüfungsstandards
Herstellbarkeitsprüfung
Der Abstand zwischen den Pads erfüllt die Mindestanforderungen an die elektrische Freiheit.
Lötmaskenbrückenbreite ≥ 0,1 mm sorgt für eine zuverlässige Isolierung
Seidenflächenmarkierungen sind durchsichtig und bedecken keine Pads
Zuverlässigkeitsprüfung
Die Wärmezyklusprüfung entspricht den JEDEC-Normen
Lötgelenkfestigkeit besteht IPC-Zugprüfungen
Sichtprüfung erfüllt die Anforderungen der IPC-A-610 Klasse 2/3
Dieser Entwurfsleitfaden enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für das LM393P und die Lötmaske, um eine hohe Ausbeute in der Massenproduktion und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.besonders geeignet für Anforderungen an automatisierte SMT-Produktionsprozesse.

