उच्च-सटीक तुलनित्र LM193DR का डिज़ाइन विश्लेषण
18 अक्टूबर, 2025 — औद्योगिक स्वचालन और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में बढ़ती जटिलता की पृष्ठभूमि के खिलाफ, प्रमुख सिग्नल प्रोसेसिंग घटकों की पर्यावरणीय अनुकूलन क्षमता और परिचालन स्थिरता की मांग बढ़ गई है। कठोर वातावरण अनुप्रयोगों को संबोधित करने वाले समाधानों में से एक के रूप में, LM193DR डुअल वोल्टेज कंपैरेटर, अपने विस्तारित औद्योगिक तापमान रेंज -55°C से +125°C और इनपुट ऑफसेट वोल्टेज जितना कम ±1 mV (विशिष्ट) के साथ, एयरोस्पेस नियंत्रण, ऑटोमोटिव मोटर ड्राइव और उच्च-सटीक औद्योगिक सेंसिंग सिस्टम के लिए विश्वसनीय वोल्टेज डिटेक्शन और सिग्नल तुलना क्षमताएं प्रदान करता है।
I. चिप परिचय
LM193DR एक मोनोलिथिक इंटीग्रेटेड सर्किट है जिसमें दो स्वतंत्र सटीक वोल्टेज कंपैरेटर शामिल हैं। SOIC-8 पैकेज में रखा गया, यह डिवाइस कम बिजली की खपत, उच्च सटीकता और एक अल्ट्रा-वाइड ऑपरेटिंग तापमान रेंज की सुविधा देता है, जबकि TTL, CMOS और MOS लॉजिक इंटरफेस के साथ सीधी संगतता बनाए रखता है।
मुख्य विशेषताएं और लाभ:
अल्ट्रा-वाइड तापमान रेंज: -55°C से +125°C तक पूर्ण संचालन
कम इनपुट ऑफसेट वोल्टेज: आमतौर पर ±1mV, अधिकतम ±2mV
कम इनपुट बायस करंट: आमतौर पर 25nA
वाइड ऑपरेटिंग वोल्टेज रेंज: सिंगल सप्लाई 2V से 36V
कम-पावर डिज़ाइन: शांत करंट लगभग 0.8mA प्रति कंपैरेटर
विशिष्ट अनुप्रयोग क्षेत्र:
एयरोस्पेस नियंत्रण प्रणाली
ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल यूनिट (ECU)
औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण उपकरण
उच्च-सटीक सेंसर इंटरफेस
II. सिंगल कंपैरेटर फंक्शनल ब्लॉक डायग्राम विश्लेषण
कोर आर्किटेक्चर अवलोकन
LM193DR एक क्लासिक बाइपोलर ट्रांजिस्टर आर्किटेक्चर का उपयोग करता है, जिसमें प्रत्येक कंपैरेटर में एक पूर्ण डिफरेंशियल इनपुट स्टेज, गेन स्टेज और आउटपुट स्टेज शामिल होता है, जो व्यापक तापमान रेंज में स्थिर तुलना सटीकता सुनिश्चित करता है।
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मुख्य कार्यात्मक मॉड्यूल का विश्लेषण
1. इनपुट डिफरेंशियल एम्पलीफायर स्टेज
कोर संरचना: Q1 और Q2 एक PNP डिफरेंशियल इनपुट पेयर बनाते हैं
बायस डिज़ाइन: Q15 एक स्थिर करंट स्रोत बनाता है, जो स्थिर ऑपरेटिंग करंट प्रदान करता है
सुरक्षा तंत्र:
D3 और D4 इनपुट क्लैंप सुरक्षा लागू करते हैं
कॉमन-मोड वोल्टेज सीमित सर्किट
प्रदर्शन विशेषताएं:
इनपुट बायस करंट: आमतौर पर 25nA
इनपुट ऑफसेट वोल्टेज: आमतौर पर ±1mV
कॉमन-मोड इनपुट रेंज में ग्राउंड पोटेंशियल शामिल है
2. बायस और रेफरेंस नेटवर्क
करंट मिरर संरचना: Q9-Q12 और Q14 सटीक बायस सर्किटरी बनाते हैं
तापमान मुआवजा: पूर्ण तापमान रेंज में स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए अंतर्निहित मुआवजा
लेवल शिफ्टिंग: D1 और D2 स्थिर वोल्टेज संदर्भ प्रदान करते हैं
3. इंटरमीडिएट गेन स्टेज
एम्पलीफायर सर्किट: Q3, Q4, आदि एक कॉमन-एमिटर एम्पलीफायर स्टेज बनाते हैं
कार्यात्मक कार्यान्वयन:
प्राथमिक वोल्टेज लाभ प्रदान करता है
डिफरेंशियल को सिंगल-एंडेड सिग्नल में बदलता है
आउटपुट स्टेज ऑपरेशन को चलाता है
4. आउटपुट ड्राइवर स्टेज
आउटपुट संरचना: ओपन-कलेक्टर आउटपुट डिज़ाइन
कोर घटक: Q13 आउटपुट ड्राइवर ट्रांजिस्टर के रूप में कार्य करता है
सुरक्षा सर्किट: एकीकृत ESD सुरक्षा
मुख्य विशेषताएं:
आउटपुट संतृप्ति वोल्टेज: आमतौर पर 130mV
TTL/CMOS लॉजिक स्तरों के साथ संगत
बाहरी पुल-अप रेसिस्टर की आवश्यकता है
सिग्नल पथ विश्लेषण
नॉन-इनवर्टिंग इनपुट → Q2 → लेवल शिफ्टिंग → गेन स्टेज → आउटपुट ड्राइवर इनवर्टिंग इनपुट → Q1 → लेवल शिफ्टिंग → गेन स्टेज → आउटपुट ड्राइवर
मुख्य प्रदर्शन पैरामीटर
सटीक विशेषताएं
वोल्टेज लाभ: आमतौर पर 200V/mV
प्रतिक्रिया समय: 1.3μs (Vcc=5V)
इनपुट कॉमन-मोड रेंज: 0V से Vcc-1.5V
विश्वसनीयता विशेषताएं
ऑपरेटिंग तापमान: -55℃ से +125℃
ESD सुरक्षा: >2000V
दीर्घकालिक स्थिरता:<0.5μV/माह
डिजाइन लाभ सारांश
यह आर्किटेक्चर उच्च-विश्वसनीयता वाले एनालॉग इंटीग्रेटेड सर्किट के डिजाइन दर्शन को दर्शाता है:
पर्यावरणीय अनुकूलन क्षमता: व्यापक तापमान रेंज में स्थिर प्रदर्शन बनाए रखता है
सटीक आश्वासन: परिष्कृत बायस और मुआवजा डिजाइन
सिस्टम संगतता: लचीला इंटरफेस और आउटपुट कॉन्फ़िगरेशन
विश्वसनीय संचालन: व्यापक अंतर्निहित सुरक्षा तंत्र
यह कार्यात्मक ब्लॉक आरेख चरम वातावरण में LM193DR के परिचालन सिद्धांतों को समझने के लिए तकनीकी आधार प्रदान करता है, जो इसे एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोग परिदृश्यों में डिजाइन सत्यापन के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है।
III. PCB लेआउट डिज़ाइन गाइड
पिन कॉन्फ़िगरेशन और कार्यात्मक विश्लेषण
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पिन फ़ंक्शन विवरण:
पिन 1 (1OUT): कंपैरेटर A आउटपुट
ओपन-कलेक्टर आउटपुट, बाहरी पुल-अप रेसिस्टर की आवश्यकता है
पिन 2 (1IN-): कंपैरेटर A इनवर्टिंग इनपुट
पिन 3 (1IN+): कंपैरेटर A नॉन-इनवर्टिंग इनपुट
पिन 4 (GND): ग्राउंड टर्मिनल
पिन 5 (2IN+): कंपैरेटर B नॉन-इनवर्टिंग इनपुट
पिन 6 (2IN-): कंपैरेटर B इनवर्टिंग इनपुट
पिन 7 (2OUT): कंपैरेटर B आउटपुट
पिन 8 (Vcc): पॉजिटिव सप्लाई (2V से 36V)
PCB लेआउट कोर पॉइंट्स
इनपुट सिग्नल प्रोसेसिंग
डिवाइस के करीब रखे गए इनपुट रेसिस्टर: दूरी 2 मिमी के भीतर नियंत्रित
सममित लेआउट: डिफरेंशियल सिग्नल समान-लंबाई वाले ट्रेस डिज़ाइन का उपयोग करते हैं
शील्डिंग सुरक्षा: ग्राउंड ट्रेस से घिरे संवेदनशील इनपुट सिग्नल
पावर सप्लाई डिकॉप्लिंग डिज़ाइन
डिकॉप्लिंग कैपेसिटर रखे गए हैं<3mm पिन से
पावर ट्रेस चौड़ाई ≥0.5mm
ज़ोनिंग लेआउट रणनीति
1. इनपुट सिग्नल ज़ोन
इनपुट फ़िल्टर घटक संबंधित पिन के निकट
इनपुट और आउटपुट लाइनों के समानांतर रूटिंग से बचें
ग्राउंड प्लेन के साथ उच्च-आवृत्ति वाले सिग्नल अलग किए गए
2. पावर मैनेजमेंट ज़ोन
डिकॉप्लिंग कैपेसिटर स्टैगर किए गए लेयर्स में रखे गए
पावर लाइनें संवेदनशील संकेतों से दूर रूट की जाती हैं
पूर्ण ग्राउंड रिटर्न पथ सुनिश्चित करें
3. आउटपुट ड्राइव ज़ोन
पुल-अप रेसिस्टर आउटपुट पिन के करीब रखे गए
आउटपुट ट्रेस चौड़ाई लोड करंट के अनुसार डिज़ाइन की गई
डीबगिंग सुविधा के लिए टेस्ट पॉइंट आरक्षित
एंटी-इंटरफेरेंस डिज़ाइन उपाय
शोर दमन
महत्वपूर्ण इनपुट पिन पर समानांतर छोटे कैपेसिटर (10-100pF)
सिग्नल लाइनें क्लॉक और स्विचिंग पावर सप्लाई से दूर रखी जाती हैं
पूर्ण ग्राउंड प्लेन का उपयोग
थर्मल प्रबंधन डिज़ाइन
गर्मी अपव्यय के लिए पूरी तरह से PCB कॉपर फ़ॉइल का उपयोग करें
उच्च तापमान अनुप्रयोगों में थर्मल विया जोड़ें
घटकों के चारों ओर पर्याप्त स्थान बनाए रखें
विनिर्माण प्रक्रिया आवश्यकताएँ
विनिर्माण के लिए डिज़ाइन
पैड आयाम IPC-7351 मानकों का अनुपालन करते हैं
घटक रिक्ति स्वचालित उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा करती है
पिन कार्यों की स्पष्ट सिल्कस्क्रीन पहचान
निरीक्षण मानक
सोल्डर जॉइंट गुणवत्ता: IPC-A-610 क्लास 2
संरेखण सटीकता: ±0.1mm
कोपलेनरिटी: पिन ऊंचाई भिन्नता ≤0.1mm
यह लेआउट समाधान सिग्नल अखंडता, पावर अखंडता और थर्मल प्रबंधन को अनुकूलित करके -55℃ से +125℃ तक की पूरी तापमान रेंज में LM193DR के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करता है, जो एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य उच्च-मानक अनुप्रयोगों की मांग आवश्यकताओं को पूरा करता है।
IV. PCB पैड लेआउट और सोल्डर मास्क डिज़ाइन गाइड
कोर पैड लेआउट विनिर्देश
मूल आयाम पैरामीटर
पिनों की संख्या: 8-पिन मानक कॉन्फ़िगरेशन
पैड चौड़ाई: 0.45mm (पिन आयामों से सटीक रूप से मेल खाता है)
पैड लंबाई: 1.5mm (पर्याप्त सोल्डरिंग क्षेत्र प्रदान करता है)
पिन पिच: 0.65mm (मानक पिच डिज़ाइन)
पैकेज स्पैन: 5.8mm (कुल सममित लेआउट)
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समरूपता डिज़ाइन आवश्यकताएँ
सेंटरलाइन के आधार पर पूरी तरह से सममित लेआउट
सभी आयाम सख्त विनिर्माण सहनशीलता बनाए रखते हैं
सोल्डरिंग के दौरान समान गर्मी वितरण सुनिश्चित करें
सोल्डर मास्क डिज़ाइन मानक
नॉन-सोल्डर मास्क डिफाइंड (NSMD) - अनुशंसित समाधान
संरचनात्मक विशेषताएं:
धातु पैड पूरी तरह से उजागर
सोल्डर मास्क ओपनिंग पैड आयामों से बड़ी
सोल्डर मास्क ओपनिंग प्रति साइड पैड से 0.05mm बड़ी
लाभ विशेषताएं:
तनाव एकाग्रता को कम करता है
सोल्डरिंग विश्वसनीयता में सुधार करता है
प्रक्रिया नियंत्रण की सुविधा प्रदान करता है
सोल्डर मास्क डिफाइंड (SMD) - वैकल्पिक समाधान
सोल्डर मास्क ओपनिंग पैड आयामों से सटीक रूप से मेल खाती है
धातु की परत आंशिक रूप से सोल्डर मास्क से ढकी होती है
उच्च-घनत्व रूटिंग डिज़ाइनों के लिए उपयुक्त
मुख्य डिज़ाइन पैरामीटर
आयामी सहनशीलता नियंत्रण
पैड स्थिति सहनशीलता: ±0.05mm
सोल्डर मास्क संरेखण सटीकता: ±0.05mm
कुल समरूपता विचलन: ≤0.1mm
धातु परत विनिर्देश
बेस कॉपर फ़ॉइल मोटाई: 1oz (35μm)
अनुशंसित सतह खत्म: ENIG/इमर्शन गोल्ड
पैड एज गोल कोना उपचार
विनिर्माण प्रक्रिया आवश्यकताएँ
स्टैंसिल डिज़ाइन पैरामीटर
चौड़ाई: 0.4-0.45mm (पिन चौड़ाई का 90-100%)
लंबाई: 1.4-1.5mm
स्टैंसिल मोटाई: 0.1-0.15mm
सोल्डरिंग प्रक्रिया नियंत्रण
सोल्डर पेस्ट प्रकार: टाइप III लीड-फ्री
रिफ्लो पीक तापमान: 245-255°C
हीटिंग दर: 1-3°C/सेकंड
गुणवत्ता सत्यापन मानक
निर्माण क्षमता जांच
पैड रिक्ति ≥0.2mm
सोल्डर मास्क ब्रिज चौड़ाई ≥0.1mm
सिल्कस्क्रीन से पैड रिक्ति ≥0.1mm
विश्वसनीयता सत्यापन
थर्मल चक्र परीक्षण: -55℃ से 125℃
सोल्डर जॉइंट स्ट्रेंथ: IPC-9701 का अनुपालन करता है
विज़ुअल निरीक्षण: IPC-A-610 क्लास 2/3 को पूरा करता है
यह डिज़ाइन गाइड एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों में LM193DR के PCB डिज़ाइन के लिए व्यापक तकनीकी विनिर्देश प्रदान करता है, जो कठोर वातावरण में दीर्घकालिक स्थिर संचालन सुनिश्चित करता है।
V. पैकेज आयाम और संरचना विश्लेषण
पैकेज आउटलाइन के मुख्य आयाम
मुख्य प्रोफाइल आयाम
पैकेज लंबाई: 1.90 - 2.10 मिमी
पैकेज चौड़ाई: 0.70 - 0.80 मिमी
पैकेज ऊंचाई: 0.18 - 0.32 मिमी (पिन मोटाई)
सीटिंग प्लेन: 0.08 मिमी संदर्भ प्लेन
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पिन संरचना पैरामीटर
पिन चौड़ाई: 0.18 - 0.32 मिमी
पिन लंबाई: 0.20 - 0.40 मिमी
पिन पिच: 6×0.50 मिमी मानक रिक्ति
साइडवॉल धातु मोटाई: 0.10 मिमी विशिष्ट मान
विशेष संरचनात्मक विशेषताएं
पिन 1 पहचान क्षेत्र
45° चैम्फर डिज़ाइन, चौड़ाई 0.25 मिमी
स्पष्ट ध्रुवता पहचान प्रदान करता है
स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण की सुविधा प्रदान करता है
थर्मल पैड डिज़ाइन
एक्सपोज़्ड थर्मल पैड: पैकेज के नीचे स्थित
थर्मल एन्हांस्ड संरचना: बिजली अपव्यय क्षमता में सुधार करता है
सोल्डरिंग आवश्यकताएँ: PCB के साथ अच्छा संपर्क आवश्यक है
पिन आकार विकल्प
विकल्प 1: मानक गुल्ल-विंग लीड
विकल्प 2: वैकल्पिक टर्मिनल आकार
आयामी सहनशीलता नियंत्रण
प्राथमिक आयाम: ±0.05 मिमी मानक सहनशीलता
महत्वपूर्ण आयाम: ±0.10 मिमी तंग सहनशीलता
संचयी सहनशीलता: 0.050 मिमी अधिकतम विचलन
PCB डिज़ाइन अनुकूलन दिशानिर्देश
पैड डिज़ाइन अनुशंसाएँ
पैड चौड़ाई: 0.22 - 0.32 मिमी (पिन आयामों से मेल खाना)
पैड लंबाई: 0.70 - 0.91 मिमी
रिक्ति रखरखाव: 0.18 मिमी न्यूनतम निकासी
थर्मल प्रबंधन डिज़ाइन
थर्मल पैड क्षेत्र में पूर्ण तांबे का कवरेज
थर्मल विया एरेज़ का अनुशंसित उपयोग
कुशल गर्मी चालन पथ सुनिश्चित करें
गुणवत्ता सत्यापन मानक
विज़ुअल निरीक्षण आवश्यकताएँ
लीड कोप्लेनरिटी: ≤ 0.10 मिमी
पैड संरेखण सटीकता: ± 0.05 मिमी
सतह उपचार अखंडता: कोई ऑक्सीकरण नहीं, कोई संदूषण नहीं
विश्वसनीयता परीक्षण
तापमान चक्रण: -55℃ से +125℃
यांत्रिक शक्ति: JEDEC मानकों के अनुरूप
सोल्डर गुणवत्ता: IPC-A-610 के लिए प्रमाणित
यह पैकेज आयाम विश्लेषण कठोर वातावरण में LM193DR के PCB डिज़ाइन के लिए सटीक यांत्रिक संदर्भ प्रदान करता है, जो उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों में स्थिर यांत्रिक निर्धारण और कुशल थर्मल प्रबंधन सुनिश्चित करता है।
VI. पिन कॉन्फ़िगरेशन और कार्यात्मक विश्लेषण
पैकेज प्रकार अवलोकन
मानक 8-पिन पैकेज: SOIC, VSOP, PDIP और TSSOP सहित कई पैकेज प्रारूपों का समर्थन करता है
थर्मली एन्हांस्ड पैकेज: बेहतर गर्मी अपव्यय के लिए चयनित मॉडल में बॉटम-साइड थर्मल पैड हैं
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विस्तृत पिन फ़ंक्शन विवरण
चैनल 1 कंपैरेटर पिन
पिन 1 (1OUT): कंपैरेटर A आउटपुट
ओपन-कलेक्टर आउटपुट संरचना
बाहरी पुल-अप रेसिस्टर की आवश्यकता है
आउटपुट संतृप्ति वोल्टेज: 400mV (विशिष्ट)
पिन 2 (1IN-): कंपैरेटर A इनवर्टिंग इनपुट
उच्च-प्रतिबाधा इनपुट: 0.3MΩ (विशिष्ट)
इनपुट बायस करंट: 500nA (अधिकतम)
पिन 3 (1IN+): कंपैरेटर A नॉन-इनवर्टिंग इनपुट
इनपुट कॉमन-मोड रेंज: 0V से Vcc-1.5V
चैनल 2 कंपैरेटर पिन
पिन 7 (2OUT): कंपैरेटर B आउटपुट
1OUT के समान ओपन-कलेक्टर संरचना
अलग-अलग भारों को स्वतंत्र रूप से चलाने में सक्षम
पिन 6 (2IN-): कंपैरेटर B इनवर्टिंग इनपुट
पिन 5 (2IN+): कंपैरेटर B नॉन-इनवर्टिंग इनपुट
पावर मैनेजमेंट पिन
पिन 8 (Vcc/V+):पॉजिटिव सप्लाई इनपुट
ऑपरेटिंग वोल्टेज रेंज: 2V से 36V
सिंगल या डुअल सप्लाई कॉन्फ़िगरेशन के साथ संगत
पिन 4 (GND):ग्राउंड/नेगेटिव सप्लाई टर्मिनल
सिंगल-सप्लाई मोड में सिस्टम ग्राउंड से जुड़ा
डुअल-सप्लाई मोड में नेगेटिव सप्लाई रेल से जुड़ा
हीट सिंक पैड कॉन्फ़िगरेशन
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मुख्य डिज़ाइन आवश्यकताएँ
सीधे GND पिन (पिन 4) से जुड़ा होना चाहिए
PCB को गर्मी अपव्यय के लिए पर्याप्त तांबे का क्षेत्र प्रदान करना चाहिए
गर्मी अपव्यय效果 को बढ़ाने के लिए थर्मल विया की सिफारिश की जाती है
विद्युत विशेषता पैरामीटर
कंपैरेटर प्रदर्शन
प्रतिक्रिया समय: 1.3μs विशिष्ट (5mV ओवरड्राइव)
इनपुट ऑफसेट वोल्टेज: ±2mV अधिकतम
वोल्टेज लाभ: 200V/mV विशिष्ट
ऑपरेटिंग वातावरण
तापमान रेंज: -55℃ से +125℃
शांत करंट: 0.8mA/कंपैरेटर (विशिष्ट)
डिजाइन अनुप्रयोग नोट्स
आउटपुट कॉन्फ़िगरेशन अनुशंसाएँ
पुल-अप रेसिस्टर मान: 1kΩ से 10kΩ
अधिकतम सिंक करंट: 16mA (पूर्ण अधिकतम)
वायर्ड-एंड लॉजिक को लागू करने के लिए आउटपुट को समानांतर किया जा सकता है
पावर सप्लाई डिकॉप्लिंग आवश्यकताएँ
0.1μF सिरेमिक कैपेसिटर को Vcc पिन के करीब रखा जाना चाहिए
उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए अतिरिक्त 10μF इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की सिफारिश की जाती है
यह पिन कॉन्फ़िगरेशन विश्लेषण औद्योगिक नियंत्रण और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे कठोर वातावरण में LM193DR के सर्किट डिज़ाइन के लिए व्यापक तकनीकी संदर्भ प्रदान करता है, जो स्थिर और विश्वसनीय वोल्टेज तुलना कार्यक्षमता सुनिश्चित करता है।

