Analisis Desain Komparator Presisi Tinggi LM193DR

^{18 Oktober 2025 — Di tengah meningkatnya kompleksitas dalam otomatisasi industri dan sistem elektronik otomotif, terdapat peningkatan permintaan akan kemampuan beradaptasi terhadap lingkungan dan stabilitas operasional dari komponen pemrosesan sinyal utama. Sebagai salah satu solusi yang menangani aplikasi lingkungan yang keras, komparator tegangan ganda LM193DR, dengan rentang suhu industri yang diperluas dari -55°C hingga +125°C dan tegangan offset input serendah ±1 mV (tipikal), menyediakan deteksi tegangan yang andal dan kemampuan perbandingan sinyal untuk kontrol dirgantara, penggerak motor otomotif, dan sistem penginderaan industri presisi tinggi.}

 

 

^{I. Pengantar Chip}

 

^{LM193DR adalah sirkuit terpadu monolitik yang menggabungkan dua komparator tegangan presisi independen. Ditempatkan dalam paket SOIC-8, perangkat ini memiliki konsumsi daya rendah, akurasi tinggi, dan rentang suhu pengoperasian yang sangat luas, sambil mempertahankan kompatibilitas langsung dengan antarmuka logika TTL, CMOS, dan MOS.}

 

^{Fitur Inti dan Keunggulan:}

^{Rentang suhu yang sangat luas: Pengoperasian penuh dari -55°C hingga +125°C}

^{Tegangan offset input rendah: Biasanya ±1mV, maksimum ±2mV}

^{Arus bias input rendah: Biasanya 25nA}

^{Rentang tegangan pengoperasian yang luas: Catu daya tunggal 2V hingga 36V}

^{Desain daya rendah: Arus diam sekitar 0,8mA per komparator}

 

^{Bidang Aplikasi Tipikal:}

^{Sistem kontrol dirgantara}

^{Unit kontrol elektronik (ECU) otomotif}

^{Instrumen kontrol proses industri}

^{Antarmuka sensor presisi tinggi}

 

 

II. Analisis Diagram Blok Fungsional Komparator Tunggal

 

^{Ikhtisar Arsitektur Inti
LM193DR menggunakan arsitektur transistor bipolar klasik, dengan setiap komparator terdiri dari tahap input diferensial lengkap, tahap penguatan, dan tahap output, memastikan akurasi perbandingan yang stabil di seluruh rentang suhu yang luas.}

 

 

 

^{Analisis Modul Fungsional Utama}

^{1. Tahap Penguat Diferensial Input}

^{Struktur Inti: Q1 dan Q2 membentuk pasangan input diferensial PNP}

^{Desain Bias: Q15 merupakan sumber arus konstan, menyediakan arus pengoperasian yang stabil}

^{Mekanisme Perlindungan:}

^{D3 dan D4 menerapkan perlindungan penjepit input}

^{Sirkuit pembatas tegangan mode umum}

 

^{Karakteristik Kinerja:}

^{Arus bias input: Biasanya 25nA}

^{Tegangan offset input: Biasanya ±1mV}

^{Rentang input mode umum mencakup potensi ground}

 

^{2. Jaringan Bias dan Referensi}

^{Struktur Cermin Arus: Q9-Q12 dan Q14 membentuk rangkaian bias presisi}

^{Kompensasi Suhu: Kompensasi bawaan memastikan stabilitas di seluruh rentang suhu penuh}

^{Pergeseran Tingkat: D1 dan D2 menyediakan referensi tegangan yang stabil}

 

^{3. Tahap Penguatan Menengah}

^{Sirkuit Penguat: Q3, Q4, dll. membentuk tahap penguat common-emitter}

^{Implementasi Fungsional:}

^{Menyediakan penguatan tegangan utama}

^{Mengubah sinyal diferensial menjadi sinyal single-ended}

^{Menggerakkan operasi tahap output}

 

^{4. Tahap Driver Output}

^{Struktur Output: Desain output open-collector}

^{Komponen Inti: Q13 berfungsi sebagai transistor driver output}

^{Sirkuit Perlindungan: Perlindungan ESD terintegrasi}

^{Fitur Utama:}

^{Tegangan saturasi output: Biasanya 130mV}

^{Kompatibel dengan level logika TTL/CMOS}

^{Membutuhkan resistor pull-up eksternal}

 

^{Analisis Jalur Sinyal}

^{Input Non-inverting → Q2 → Pergeseran Tingkat → Tahap Penguatan → Input Inverting Driver Output → Q1 → Pergeseran Tingkat → Tahap Penguatan → Driver Output}

 

^{Parameter Kinerja Utama}

^{Karakteristik Presisi}

^{Penguatan tegangan: Biasanya 200V/mV}

^{Waktu respons: 1,3μs (Vcc=5V)}

^{Rentang mode umum input: 0V hingga Vcc-1,5V}

 

^{Karakteristik Keandalan}

^{Suhu pengoperasian: -55℃ hingga +125℃}

^{Perlindungan ESD: >2000V}

^{Stabilitas jangka panjang:<0,5μV/bulan}

 

^{Ringkasan Keunggulan Desain}

^{Arsitektur ini mewujudkan filosofi desain sirkuit terpadu analog keandalan tinggi:}

^{Kemampuan Beradaptasi Terhadap Lingkungan: Mempertahankan kinerja yang stabil di berbagai rentang suhu}

^{Jaminan Presisi: Desain bias dan kompensasi yang canggih}

^{Kompatibilitas Sistem: Antarmuka dan konfigurasi output yang fleksibel}

^{Pengoperasian yang Andal: Mekanisme perlindungan bawaan yang komprehensif}

 

^{Diagram blok fungsional ini memberikan dasar teknis untuk memahami prinsip operasional LM193DR di lingkungan ekstrem, membuatnya sangat cocok untuk verifikasi desain dalam skenario aplikasi keandalan tinggi seperti dirgantara dan elektronik otomotif.}

 

 

III. Panduan Desain Tata Letak PCB

 

Konfigurasi Pin dan Analisis Fungsional

 

 

 

^{Detail Fungsi Pin:}

^{Pin 1 (1OUT): Output Komparator A
Output open-collector, memerlukan resistor pull-up eksternal}

^{Pin 2 (1IN-): Input Inverting Komparator A}

^{Pin 3 (1IN+): Input Non-inverting Komparator A}

^{Pin 4 (GND): Terminal Ground}

^{Pin 5 (2IN+): Input Non-inverting Komparator B}

^{Pin 6 (2IN-): Input Inverting Komparator B}

^{Pin 7 (2OUT): Output Komparator B}

^{Pin 8 (Vcc): Catu Daya Positif (2V hingga 36V)}

 

^{Poin Inti Tata Letak PCB}

^{Pemrosesan Sinyal Input}

^{Resistor input ditempatkan dekat dengan perangkat: Jarak dikontrol dalam 2mm}

^{Tata letak simetris: Sinyal diferensial menggunakan desain jejak panjang yang sama}

^{Perlindungan pelindung: Sinyal input sensitif dikelilingi oleh jejak ground}

 

^{Desain Dekopling Catu Daya}

^{Kapasitor dekopling ditempatkan<3mm dari pin}

^{Lebar jejak daya ≥0,5mm}

^{Strategi Tata Letak Zona}

 

^{1. Zona Sinyal Input}

^{Komponen filter input yang berdekatan dengan pin yang sesuai}

^{Hindari perutean paralel dari saluran input dan output}

^{Sinyal frekuensi tinggi diisolasi dengan bidang ground}

 

^{2. Zona Manajemen Daya}

^{Kapasitor dekopling ditempatkan dalam lapisan yang berselang-seling}

^{Saluran daya dialihkan menjauh dari sinyal sensitif}

^{Pastikan jalur balik ground yang lengkap}

 

^{3. Zona Penggerak Output}

^{Resistor pull-up ditempatkan dekat dengan pin output}

^{Lebar jejak output dirancang sesuai dengan arus beban}

^{Titik uji disediakan untuk kemudahan debugging}

 

^{Tindakan Desain Anti-Interferensi}

^{Penekanan Kebisingan}

^{Kapasitor kecil paralel (10-100pF) pada pin input kritis}

^{Saluran sinyal dijauhkan dari jam dan catu daya switching}

^{Penggunaan bidang ground yang lengkap}

 

^{Desain Manajemen Termal}

^{Manfaatkan sepenuhnya foil tembaga PCB untuk pembuangan panas}

^{Tambahkan vias termal dalam aplikasi suhu tinggi}

^{Pertahankan ruang yang memadai di sekitar komponen}

 

^{Persyaratan Proses Manufaktur}

^{Desain untuk Manufaktur}

^{Dimensi pad sesuai dengan standar IPC-7351}

^{Jarak komponen memenuhi persyaratan produksi otomatis}

^{Identifikasi silkscreen yang jelas dari fungsi pin}

 

^{Standar Inspeksi}

^{Kualitas sambungan solder: IPC-A-610 Kelas 2}

^{Akurasi penyelarasan: ±0,1mm}

^{Koplanaritas: Variasi tinggi pin ≤0,1mm}

 

^{Solusi tata letak ini memastikan pengoperasian LM193DR yang stabil di seluruh rentang suhu penuh -55℃ hingga +125℃ dengan mengoptimalkan integritas sinyal, integritas daya, dan manajemen termal, memenuhi persyaratan yang menuntut dari dirgantara, elektronik otomotif, dan aplikasi standar tinggi lainnya.}

 

 

^{IV. Panduan Desain Tata Letak Pad PCB dan Solder Mask}

 

^{Spesifikasi Tata Letak Pad Inti}

^{Parameter Dimensi Dasar}

^{Jumlah pin: Konfigurasi standar 8-pin}

^{Lebar pad: 0,45mm (sesuai dengan dimensi pin)}

^{Panjang pad: 1,5mm (menyediakan area penyolderan yang cukup)}

^{Pitch pin: 0,65mm (desain pitch standar)}

^{Rentang paket: 5,8mm (tata letak simetris keseluruhan)}

 

^{Persyaratan Desain Simetri}

^{Tata letak yang sepenuhnya simetris berdasarkan garis tengah}

^{Semua dimensi mempertahankan toleransi manufaktur yang ketat}

^{Pastikan distribusi panas yang seragam selama penyolderan}

 

^{Standar Desain Solder Mask
Tidak Ditentukan Solder Mask (NSMD) - Solusi yang Direkomendasikan}

^{Fitur Struktural:}

^{Pad logam sepenuhnya terbuka}

^{Bukaan solder mask lebih besar dari dimensi pad}

^{Bukaan solder mask 0,05mm lebih besar dari pad per sisi}

 

^{Karakteristik Keunggulan:}

^{Mengurangi konsentrasi tegangan}

^{Meningkatkan keandalan penyolderan}

^{Memfasilitasi kontrol proses}

 

^{Solder Mask Defined (SMD) - Solusi Alternatif}

^{Bukaan solder mask sesuai dengan dimensi pad}

^{Lapisan logam sebagian ditutupi oleh solder mask}

^{Cocok untuk desain perutean kepadatan tinggi}

 

^{Parameter Desain Utama
Kontrol Toleransi Dimensi}

^{Toleransi posisi pad: ±0,05mm}

^{Akurasi penyelarasan solder mask: ±0,05mm}

^{Penyimpangan simetri keseluruhan: ≤0,1mm}

 

^{Spesifikasi Lapisan Logam}

^{Ketebalan foil tembaga dasar: 1oz (35μm)}

^{Finishing permukaan yang direkomendasikan: ENIG/Immersion Gold}

^{Perlakuan sudut membulat tepi pad}

 

^{Persyaratan Proses Manufaktur
Parameter Desain Stensil}

^{Lebar: 0,4-0,45mm (90-100% dari lebar pin)}

^{Panjang: 1,4-1,5mm}

^{Ketebalan stensil: 0,1-0,15mm}

 

^{Kontrol Proses Penyolderan}

^{Jenis pasta solder: Tipe III bebas timbal}

^{Suhu puncak reflow: 245-255°C}

^{Laju pemanasan: 1-3°C/detik}

 

^{Standar Verifikasi Kualitas
Pemeriksaan Kemampuan Manufaktur}

^{Jarak pad ≥0,2mm}

^{Lebar jembatan solder mask ≥0,1mm}

^{Jarak silkscreen ke pad ≥0,1mm}

 

^{Verifikasi Keandalan}

^{Pengujian siklus termal: -55℃ hingga 125℃}

^{Kekuatan sambungan solder: Sesuai dengan IPC-9701}

^{Inspeksi visual: Memenuhi IPC-A-610 Kelas 2/3}

 

^{Panduan desain ini memberikan spesifikasi teknis yang komprehensif untuk desain PCB LM193DR dalam aplikasi keandalan tinggi seperti dirgantara dan elektronik otomotif, memastikan pengoperasian yang stabil jangka panjang di lingkungan yang keras.}

 

 

V. Dimensi Paket dan Analisis Struktur

 

 

^{Dimensi Utama Garis Besar Paket}

^{Dimensi Profil Utama}

^{Panjang paket: 1,90 - 2,10 mm}

^{Lebar paket: 0,70 - 0,80 mm}

^{Tinggi paket: 0,18 - 0,32 mm (ketebalan pin)}

^{Bidang tempat duduk: Bidang referensi 0,08 mm}

 

 

 

^{Parameter Struktur Pin}

^{Lebar pin: 0,18 - 0,32 mm}

^{Panjang pin: 0,20 - 0,40 mm}

^{Pitch pin: Jarak standar 6×0,50 mm}

^{Ketebalan logam dinding samping: Nilai tipikal 0,10 mm}

 

^{Fitur Struktural Khusus}

^{Area Identifikasi Pin 1}

^{Desain chamfer 45°, lebar 0,25 mm}

^{Menyediakan identifikasi polaritas yang jelas}

^{Memfasilitasi inspeksi optik otomatis}

 

^{Desain Thermal Pad}

^{Thermal pad terbuka: Terletak di bagian bawah paket}

^{Struktur yang ditingkatkan secara termal: Meningkatkan kemampuan pembuangan daya}

^{Persyaratan penyolderan: Membutuhkan kontak yang baik dengan PCB}

 

^{Opsi Bentuk Pin}

^{Opsi 1: Lead Gull-wing Standar}

^{Opsi 2: Bentuk Terminal Alternatif}

 

^{Kontrol Toleransi Dimensi}

^{Dimensi utama: Toleransi standar ±0,05 mm}

^{Dimensi kritis: Toleransi ketat ±0,10 mm}

^{Toleransi kumulatif: Penyimpangan maksimum 0,050 mm}

 

^{Pedoman Adaptasi Desain PCB}

^{Rekomendasi Desain Pad}

^{Lebar pad: 0,22 - 0,32 mm (sesuai dengan dimensi pin)}

^{Panjang pad: 0,70 - 0,91 mm}

^{Pemeliharaan jarak: Jarak bebas minimum 0,18 mm}

 

^{Desain Manajemen Termal}

^{Cakupan tembaga penuh di area thermal pad}

^{Penggunaan array vias termal yang direkomendasikan}

^{Pastikan jalur konduksi panas yang efisien}

 

^{Standar Verifikasi Kualitas}

^{Persyaratan Inspeksi Visual}

^{Koplanaritas lead: ≤ 0,10 mm}

^{Akurasi penyelarasan pad: ± 0,05 mm}

^{Integritas perawatan permukaan: Tidak ada oksidasi, tidak ada kontaminasi}

 

^{Pengujian Keandalan}

^{Siklus suhu: -55℃ hingga +125℃}

^{Kekuatan mekanik: Sesuai dengan standar JEDEC}

^{Kualitas solder: Bersertifikat untuk IPC-A-610}

 

^{Analisis dimensi paket ini memberikan referensi mekanis yang tepat untuk desain PCB LM193DR di lingkungan yang keras, memastikan fiksasi mekanis yang stabil dan manajemen termal yang efisien dalam aplikasi keandalan tinggi.}

 

 

^{VI. Konfigurasi Pin dan Analisis Fungsional}

 

^{Ikhtisar Jenis Paket}

^{Paket 8-pin standar: Mendukung beberapa format paket termasuk SOIC, VSOP, PDIP, dan TSSOP}

^{Paket yang ditingkatkan secara termal: Model yang dipilih menampilkan thermal pad sisi bawah untuk meningkatkan pembuangan panas}

 

^{Deskripsi Fungsi Pin Terperinci}

^{Pin Komparator Saluran 1}

^{Pin 1 (1OUT): Output Komparator A}

^{Struktur output open-collector}

^{Membutuhkan resistor pull-up eksternal}

^{Tegangan saturasi output: 400mV (tipikal)}

 

^{Pin 2 (1IN-): Input Inverting Komparator A}

^{Input impedansi tinggi: 0,3MΩ (tipikal)}

^{Arus bias input: 500nA (maksimum)}

 

^{Pin 3 (1IN+): Input Non-inverting Komparator A}

^{Rentang mode umum input: 0V hingga Vcc-1,5V}

 

^{Pin Komparator Saluran 2}

^{Pin 7 (2OUT): Output Komparator B}

^{Struktur open-collector yang sama dengan 1OUT}

^{Mampu secara independen menggerakkan beban yang berbeda}

 

^{Pin 6 (2IN-): Input Inverting Komparator B}

^{Pin 5 (2IN+): Input Non-inverting Komparator B}

 

^{Pin Manajemen Daya}

^{Pin 8 (Vcc/V+):Input Catu Daya Positif}

^{Rentang tegangan pengoperasian: 2V hingga 36V}

^{Kompatibel dengan konfigurasi catu daya tunggal atau ganda}

 

^{Pin 4 (GND):Terminal Ground/Catu Daya Negatif}

^{Terhubung ke ground sistem dalam mode catu daya tunggal}

^{Terhubung ke rel catu daya negatif dalam mode catu daya ganda}

 

Konfigurasi Heat Sink Pad

 

 

^{Persyaratan Desain Utama}

^{Harus terhubung langsung ke pin GND (Pin 4)}

^{PCB harus menyediakan area tembaga yang cukup untuk pembuangan panas}

^{Vias termal direkomendasikan untuk meningkatkan pembuangan panas效果}

 

^{Parameter Karakteristik Listrik}

^{Kinerja Komparator}

^{Waktu respons: 1,3μs tipikal (5mV overdrive)}

^{Tegangan offset input: ±2mV maksimum}

^{Penguatan tegangan: 200V/mV tipikal}

 

Lingkungan Pengoperasian

Rentang suhu: -55℃ hingga +125℃

Arus diam: 0,8mA/komparator (tipikal)

 

^{Catatan Aplikasi Desain}

^{Rekomendasi Konfigurasi Output}

^{Nilai resistor pull-up: 1kΩ hingga 10kΩ}

^{Arus sink maksimum: 16mA (maksimum absolut)}

^{Output dapat diparalelkan untuk mengimplementasikan logika wired-AND}

 

^{Persyaratan Dekopling Catu Daya}

^{Kapasitor keramik 0,1μF harus ditempatkan dekat dengan pin Vcc}

^{Kapasitor elektrolit 10μF tambahan direkomendasikan untuk aplikasi frekuensi tinggi}

 

^{Analisis konfigurasi pin ini memberikan referensi teknis yang komprehensif untuk desain sirkuit LM193DR di lingkungan yang keras seperti kontrol industri dan elektronik otomotif, memastikan fungsionalitas perbandingan tegangan yang stabil dan andal.}