تحلیل طراحی مقایسه کننده با دقت بالا LM193DR

^{۱۸ اکتبر ۲۰۲۵ — در پس‌زمینه پیچیدگی فزاینده در اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های الکترونیکی خودرو، تقاضا برای سازگاری با محیط‌زیست و پایداری عملیاتی اجزای کلیدی پردازش سیگنال افزایش یافته است. LM193DR، مقایسه‌گر ولتاژ دوگانه، به عنوان یکی از راه‌حل‌های رسیدگی به کاربردهای محیط‌های سخت، با محدوده دمای صنعتی گسترده -۵۵ درجه سانتی‌گراد تا +۱۲۵ درجه سانتی‌گراد و ولتاژ آفست ورودی کم تا ±۱ میلی‌ولت (معمولی)، قابلیت‌های تشخیص ولتاژ و مقایسه سیگنال قابل اعتمادی را برای کنترل هوافضا، درایوهای موتور خودرو و سیستم‌های حسگر صنعتی با دقت بالا فراهم می‌کند.}

 

 

^{I. معرفی تراشه}

 

^{LM193DR یک مدار مجتمع یکپارچه است که شامل دو مقایسه‌گر ولتاژ دقیق مستقل است. این دستگاه که در یک پکیج SOIC-8 قرار دارد، دارای مصرف انرژی کم، دقت بالا و محدوده دمای عملیاتی فوق‌العاده وسیع است، در حالی که سازگاری مستقیمی با رابط‌های منطقی TTL، CMOS و MOS دارد.}

 

^{ویژگی‌ها و مزایای اصلی:}

^{محدوده دمای فوق‌العاده وسیع: عملکرد کامل از -۵۵ درجه سانتی‌گراد تا +۱۲۵ درجه سانتی‌گراد}

^{ولتاژ آفست ورودی کم: معمولاً ±۱ میلی‌ولت، حداکثر ±۲ میلی‌ولت}

^{جریان بایاس ورودی کم: معمولاً ۲۵ نانوآمپر}

^{محدوده ولتاژ عملیاتی وسیع: منبع تغذیه تکی ۲ ولت تا ۳۶ ولت}

^{طراحی کم‌مصرف: جریان سکون تقریباً ۰.۸ میلی‌آمپر در هر مقایسه‌گر}

 

^{زمینه‌های کاربردی معمولی:}

^{سیستم‌های کنترل هوافضا}

^{واحدهای کنترل الکترونیکی خودرو (ECU)}

^{ابزارهای کنترل فرآیند صنعتی}

^{رابط‌های حسگر با دقت بالا}

 

 

II. تجزیه و تحلیل نمودار بلوکی عملکردی مقایسه‌گر تکی

 

^{مروری بر معماری اصلی
LM193DR از یک معماری ترانزیستور دوقطبی کلاسیک استفاده می‌کند که در آن هر مقایسه‌گر شامل یک مرحله ورودی دیفرانسیل کامل، مرحله تقویت و مرحله خروجی است که دقت مقایسه پایدار را در یک محدوده دمایی وسیع تضمین می‌کند.}

 

 

 

^{تجزیه و تحلیل ماژول‌های عملکردی اصلی}

^{۱. مرحله تقویت‌کننده دیفرانسیل ورودی}

^{ساختار اصلی: Q1 و Q2 یک جفت ورودی دیفرانسیل PNP را تشکیل می‌دهند}

^{طراحی بایاس: Q15 یک منبع جریان ثابت را تشکیل می‌دهد که جریان عملیاتی پایداری را فراهم می‌کند}

^{مکانیسم‌های حفاظت:}

^{D3 و D4 حفاظت از گیره ورودی را پیاده‌سازی می‌کنند}

^{مدار محدودکننده ولتاژ حالت مشترک}

 

^{ویژگی‌های عملکرد:}

^{جریان بایاس ورودی: معمولاً ۲۵ نانوآمپر}

^{ولتاژ آفست ورودی: معمولاً ±۱ میلی‌ولت}

^{محدوده ورودی حالت مشترک شامل پتانسیل زمین است}

 

^{۲. شبکه بایاس و مرجع}

^{ساختار آینه جریان: Q9-Q12 و Q14 مدارهای بایاس دقیقی را تشکیل می‌دهند}

^{جبران دما: جبران داخلی پایداری را در کل محدوده دما تضمین می‌کند}

^{تغییر سطح: D1 و D2 مراجع ولتاژ پایداری را فراهم می‌کنند}

 

^{۳. مرحله تقویت میانی}

^{مدار تقویت‌کننده: Q3، Q4 و غیره یک مرحله تقویت‌کننده امیتر مشترک را تشکیل می‌دهند}

^{پیاده‌سازی عملکردی:}

^{تقویت ولتاژ اولیه را فراهم می‌کند}

^{سیگنال‌های دیفرانسیل را به سیگنال‌های تک‌سر تبدیل می‌کند}

^{عملکرد مرحله خروجی را هدایت می‌کند}

 

^{۴. مرحله درایور خروجی}

^{ساختار خروجی: طراحی خروجی کلکتور باز}

^{مولفه اصلی: Q13 به عنوان ترانزیستور درایور خروجی عمل می‌کند}

^{مدار حفاظت: حفاظت ESD یکپارچه}

^{ویژگی‌های کلیدی:}

^{ولتاژ اشباع خروجی: معمولاً ۱۳۰ میلی‌ولت}

^{سازگار با سطوح منطقی TTL/CMOS}

^{به مقاومت پول‌آپ خارجی نیاز دارد}

 

^{تجزیه و تحلیل مسیر سیگنال}

^{ورودی غیر معکوس → Q2 → تغییر سطح → مرحله تقویت → ورودی معکوس درایور خروجی → Q1 → تغییر سطح → مرحله تقویت → درایور خروجی}

 

^{پارامترهای کلیدی عملکرد}

^{ویژگی‌های دقت}

^{بهره ولتاژ: معمولاً ۲۰۰ ولت/میلی‌ولت}

^{زمان پاسخ: ۱.۳ میکروثانیه (Vcc=5V)}

^{محدوده حالت مشترک ورودی: ۰ ولت تا Vcc-1.5V}

 

^{ویژگی‌های قابلیت اطمینان}

^{دمای عملیاتی: -۵۵ درجه سانتی‌گراد تا +۱۲۵ درجه سانتی‌گراد}

^{حفاظت ESD: >2000V}

^{پایداری بلندمدت: <0.5 میکروولت/ماه}

 

^{خلاصه مزایای طراحی}

^{این معماری، فلسفه طراحی مدارهای مجتمع آنالوگ با قابلیت اطمینان بالا را تجسم می‌کند:}

^{سازگاری با محیط‌زیست: عملکرد پایدار را در محدوده‌های دمایی وسیع حفظ می‌کند}

^{تضمین دقت: طراحی بایاس و جبران‌سازی پیچیده}

^{سازگاری سیستم: رابط انعطاف‌پذیر و پیکربندی خروجی}

^{عملکرد قابل اعتماد: مکانیسم‌های حفاظت داخلی جامع}

 

^{این نمودار بلوکی عملکردی، مبنای فنی را برای درک اصول عملیاتی LM193DR در محیط‌های شدید فراهم می‌کند و آن را به‌ویژه برای تأیید طراحی در سناریوهای کاربردی با قابلیت اطمینان بالا مانند هوافضا و الکترونیک خودرو مناسب می‌سازد.}

 

 

III. راهنمای طراحی چیدمان PCB

 

پیکربندی پین و تجزیه و تحلیل عملکردی

 

 

 

^{جزئیات عملکرد پین:}

^{پین ۱ (۱OUT): خروجی مقایسه‌گر A
خروجی کلکتور باز، به مقاومت پول‌آپ خارجی نیاز دارد}

^{پین ۲ (۱IN-): ورودی معکوس مقایسه‌گر A}

^{پین ۳ (۱IN+): ورودی غیر معکوس مقایسه‌گر A}

^{پین ۴ (GND): ترمینال زمین}

^{پین ۵ (۲IN+): ورودی غیر معکوس مقایسه‌گر B}

^{پین ۶ (۲IN-): ورودی معکوس مقایسه‌گر B}

^{پین ۷ (۲OUT): خروجی مقایسه‌گر B}

^{پین ۸ (Vcc): منبع تغذیه مثبت (۲ ولت تا ۳۶ ولت)}

 

^{نکات اصلی چیدمان PCB}

^{پردازش سیگنال ورودی}

^{مقاومت‌های ورودی نزدیک به دستگاه قرار می‌گیرند: فاصله در ۲ میلی‌متر کنترل می‌شود}

^{چیدمان متقارن: سیگنال‌های دیفرانسیل از طراحی ردیابی با طول مساوی استفاده می‌کنند}

^{حفاظت از شیلدینگ: سیگنال‌های ورودی حساس توسط ردیابی‌های زمین احاطه شده‌اند}

 

^{طراحی جداسازی منبع تغذیه}

^{خازن‌های جداسازی قرار می‌گیرند <3mm از پین‌ها}

^{عرض ردیابی توان ≥0.5mm}

^{استراتژی چیدمان منطقه‌ای}

 

^{۱. منطقه سیگنال ورودی}

^{اجزای فیلتر ورودی مجاور پین‌های مربوطه}

^{اجتناب از مسیریابی موازی خطوط ورودی و خروجی}

^{سیگنال‌های با فرکانس بالا با صفحات زمین ایزوله می‌شوند}

 

^{۲. منطقه مدیریت توان}

^{خازن‌های جداسازی در لایه‌های متناوب قرار می‌گیرند}

^{خطوط برق دور از سیگنال‌های حساس مسیریابی می‌شوند}

^{اطمینان از مسیرهای بازگشت زمین کامل}

 

^{۳. منطقه درایو خروجی}

^{مقاومت‌های پول‌آپ نزدیک به پین‌های خروجی قرار می‌گیرند}

^{عرض ردیابی خروجی با توجه به جریان بار طراحی شده است}

^{نقاط تست برای راحتی اشکال‌زدایی رزرو شده‌اند}

 

^{اقدامات طراحی ضد تداخل}

^{سرکوب نویز}

^{خازن‌های کوچک موازی (۱۰-۱۰۰pF) روی پین‌های ورودی بحرانی}

^{خطوط سیگنال دور از ساعت‌ها و منابع تغذیه سوئیچینگ نگه داشته می‌شوند}

^{استفاده از صفحات زمین کامل}

 

^{طراحی مدیریت حرارتی}

^{به طور کامل از فویل مسی PCB برای اتلاف حرارت استفاده کنید}

^{در کاربردهای با دمای بالا، vias حرارتی اضافه کنید}

^{فضای کافی در اطراف اجزا حفظ کنید}

 

^{الزامات فرآیند تولید}

^{طراحی برای تولید}

^{ابعاد پد با استانداردهای IPC-7351 مطابقت دارد}

^{فاصله اجزا الزامات تولید خودکار را برآورده می‌کند}

^{شناسایی صفحه ابریشمی واضح از عملکردهای پین}

 

^{استانداردهای بازرسی}

^{کیفیت اتصال لحیم: IPC-A-610 کلاس ۲}

^{دقت تراز: ±0.1mm}

^{هم‌صفحه‌ای: تغییر ارتفاع پین ≤0.1mm}

 

^{این راه‌حل چیدمان، عملکرد پایدار LM193DR را در کل محدوده دمایی -۵۵ درجه سانتی‌گراد تا +۱۲۵ درجه سانتی‌گراد با بهینه‌سازی یکپارچگی سیگنال، یکپارچگی توان و مدیریت حرارتی تضمین می‌کند و الزامات سختگیرانه هوافضا، الکترونیک خودرو و سایر کاربردهای با استاندارد بالا را برآورده می‌کند.}

 

 

^{IV. راهنمای طراحی چیدمان پد PCB و طراحی ماسک لحیم}

 

^{مشخصات اصلی چیدمان پد}

^{پارامترهای ابعاد اساسی}

^{تعداد پین‌ها: پیکربندی استاندارد ۸ پین}

^{عرض پد: ۰.۴۵ میلی‌متر (دقیقاً با ابعاد پین مطابقت دارد)}

^{طول پد: ۱.۵ میلی‌متر (ناحیه لحیم‌کاری کافی را فراهم می‌کند)}

^{گام پین: ۰.۶۵ میلی‌متر (طراحی گام استاندارد)}

^{طول بسته: ۵.۸ میلی‌متر (چیدمان متقارن کلی)}

 

^{الزامات طراحی تقارن}

^{چیدمان کاملاً متقارن بر اساس خط مرکزی}

^{تمام ابعاد، تلرانس‌های تولید دقیق را حفظ می‌کنند}

^{اطمینان از توزیع یکنواخت حرارت در هنگام لحیم‌کاری}

 

^{استانداردهای طراحی ماسک لحیم
غیر ماسک لحیم تعریف شده (NSMD) - راه‌حل پیشنهادی}

^{ویژگی‌های ساختاری:}

^{پدهای فلزی کاملاً در معرض دید}

^{دهانه‌های ماسک لحیم بزرگتر از ابعاد پد}

^{دهانه‌های ماسک لحیم ۰.۰۵ میلی‌متر بزرگتر از پدها در هر طرف}

 

^{ویژگی‌های مزیت:}

^{کاهش تمرکز تنش}

^{بهبود قابلیت اطمینان لحیم‌کاری}

^{تسهیل کنترل فرآیند}

 

^{ماسک لحیم تعریف شده (SMD) - راه‌حل جایگزین}

^{دهانه‌های ماسک لحیم دقیقاً با ابعاد پد مطابقت دارند}

^{لایه فلزی تا حدی توسط ماسک لحیم پوشانده شده است}

^{مناسب برای طرح‌های مسیریابی با چگالی بالا}

 

^{پارامترهای کلیدی طراحی
کنترل تلرانس ابعادی}

^{تلرانس موقعیت پد: ±۰.۰۵ میلی‌متر}

^{دقت تراز ماسک لحیم: ±۰.۰۵ میلی‌متر}

^{انحراف تقارن کلی: ≤۰.۱ میلی‌متر}

 

^{مشخصات لایه فلزی}

^{ضخامت فویل مسی پایه: ۱ اونس (۳۵ میکرومتر)}

^{پایان سطح توصیه شده: ENIG/Immersion Gold}

^{درمان گوشه گرد پد}

 

^{الزامات فرآیند تولید
پارامترهای طراحی شابلون}

^{عرض: ۰.۴-۰.۴۵ میلی‌متر (۹۰-۱۰۰٪ عرض پین)}

^{طول: ۱.۴-۱.۵ میلی‌متر}

^{ضخامت شابلون: ۰.۱-۰.۱۵ میلی‌متر}

 

^{کنترل فرآیند لحیم‌کاری}

^{نوع خمیر لحیم: نوع III بدون سرب}

^{دمای اوج رفلاو: ۲۴۵-۲۵۵ درجه سانتی‌گراد}

^{نرخ گرمایش: ۱-۳ درجه سانتی‌گراد در ثانیه}

 

^{استانداردهای تأیید کیفیت
بررسی قابلیت ساخت}

^{فاصله پد ≥۰.۲ میلی‌متر}

^{عرض پل ماسک لحیم ≥۰.۱ میلی‌متر}

^{فاصله صفحه ابریشمی تا پد ≥۰.۱ میلی‌متر}

 

^{تأیید قابلیت اطمینان}

^{تست چرخه حرارتی: -۵۵ درجه سانتی‌گراد تا ۱۲۵ درجه سانتی‌گراد}

^{مقاومت اتصال لحیم: با IPC-9701 مطابقت دارد}

^{بازرسی بصری: با IPC-A-610 کلاس ۲/۳ مطابقت دارد}

 

^{این راهنمای طراحی، مشخصات فنی جامعی را برای طراحی PCB LM193DR در کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا مانند هوافضا و الکترونیک خودرو ارائه می‌دهد و عملکرد پایدار بلندمدت را در محیط‌های سخت تضمین می‌کند.}

 

 

V. ابعاد بسته و تجزیه و تحلیل ساختار

 

 

^{ابعاد کلیدی طرح کلی بسته}

^{ابعاد پروفایل اصلی}

^{طول بسته: ۱.۹۰ - ۲.۱۰ میلی‌متر}

^{عرض بسته: ۰.۷۰ - ۰.۸۰ میلی‌متر}

^{ارتفاع بسته: ۰.۱۸ - ۰.۳۲ میلی‌متر (ضخامت پین)}

^{صفحه نشیمن: صفحه مرجع ۰.۰۸ میلی‌متر}

 

 

 

^{پارامترهای ساختار پین}

^{عرض پین: ۰.۱۸ - ۰.۳۲ میلی‌متر}

^{طول پین: ۰.۲۰ - ۰.۴۰ میلی‌متر}

^{گام پین: ۶×۰.۵۰ میلی‌متر فاصله استاندارد}

^{ضخامت فلز دیواره جانبی: مقدار معمولی ۰.۱۰ میلی‌متر}

 

^{ویژگی‌های ساختاری ویژه}

^{ناحیه شناسایی پین ۱}

^{طراحی پخ ۴۵ درجه، عرض ۰.۲۵ میلی‌متر}

^{شناسایی قطبیت واضح را فراهم می‌کند}

^{بازرسی نوری خودکار را تسهیل می‌کند}

 

^{طراحی پد حرارتی}

^{پد حرارتی در معرض دید: در پایین بسته قرار دارد}

^{ساختار تقویت شده حرارتی: قابلیت اتلاف توان را بهبود می‌بخشد}

^{الزامات لحیم‌کاری: به تماس خوب با PCB نیاز دارد}

 

^{گزینه‌های شکل پین}

^{گزینه ۱: لیدهای بال بال استاندارد}

^{گزینه ۲: اشکال ترمینال جایگزین}

 

^{کنترل تلرانس ابعادی}

^{ابعاد اولیه: ±۰.۰۵ میلی‌متر تلرانس استاندارد}

^{ابعاد بحرانی: ±۰.۱۰ میلی‌متر تلرانس تنگ}

^{تلرانس تجمعی: ۰.۰۵۰ میلی‌متر انحراف حداکثر}

 

^{دستورالعمل‌های انطباق طراحی PCB}

^{توصیه‌های طراحی پد}

^{عرض پد: ۰.۲۲ - ۰.۳۲ میلی‌متر (مطابقت با ابعاد پین)}

^{طول پد: ۰.۷۰ - ۰.۹۱ میلی‌متر}

^{حفظ فاصله: ۰.۱۸ میلی‌متر حداقل فاصله}

 

^{طراحی مدیریت حرارتی}

^{پوشش کامل مس در ناحیه پد حرارتی}

^{استفاده توصیه شده از آرایه‌های vias حرارتی}

^{اطمینان از مسیرهای هدایت حرارت کارآمد}

 

^{استانداردهای تأیید کیفیت}

^{الزامات بازرسی بصری}

^{هم‌صفحه‌ای لید: ≤ ۰.۱۰ میلی‌متر}

^{دقت تراز پد: ± ۰.۰۵ میلی‌متر}

^{یکپارچگی عملیات سطحی: بدون اکسیداسیون، بدون آلودگی}

 

^{تست قابلیت اطمینان}

^{چرخه دما: -۵۵ درجه سانتی‌گراد تا +۱۲۵ درجه سانتی‌گراد}

^{مقاومت مکانیکی: مطابق با استانداردهای JEDEC}

^{کیفیت لحیم: دارای گواهی IPC-A-610}

 

^{این تجزیه و تحلیل ابعاد بسته، مراجع مکانیکی دقیقی را برای طراحی PCB LM193DR در محیط‌های سخت ارائه می‌دهد و تثبیت مکانیکی پایدار و مدیریت حرارتی کارآمد را در کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا تضمین می‌کند.}

 

 

^{VI. پیکربندی پین و تجزیه و تحلیل عملکردی}

 

^{مروری بر نوع بسته}

^{بسته‌های استاندارد ۸ پین: از فرمت‌های بسته متعدد از جمله SOIC، VSOP، PDIP و TSSOP پشتیبانی می‌کند}

^{بسته‌های تقویت شده حرارتی: مدل‌های انتخابی دارای پدهای حرارتی در قسمت زیرین برای بهبود اتلاف حرارت هستند}

 

^{توضیحات دقیق عملکرد پین}

^{پین‌های مقایسه‌گر کانال ۱}

^{پین ۱ (۱OUT): خروجی مقایسه‌گر A}

^{ساختار خروجی کلکتور باز}

^{به مقاومت پول‌آپ خارجی نیاز دارد}

^{ولتاژ اشباع خروجی: ۴۰۰ میلی‌ولت (معمولی)}

 

^{پین ۲ (۱IN-): ورودی معکوس مقایسه‌گر A}

^{ورودی امپدانس بالا: ۰.۳MΩ (معمولی)}

^{جریان بایاس ورودی: ۵۰۰ نانوآمپر (حداکثر)}

 

^{پین ۳ (۱IN+): ورودی غیر معکوس مقایسه‌گر A}

^{محدوده حالت مشترک ورودی: ۰ ولت تا Vcc-1.5V}

 

^{پین‌های مقایسه‌گر کانال ۲}

^{پین ۷ (۲OUT): خروجی مقایسه‌گر B}

^{همان ساختار کلکتور باز به عنوان ۱OUT}

^{قادر به هدایت مستقل بارهای مختلف}

 

^{پین ۶ (۲IN-): ورودی معکوس مقایسه‌گر B}

^{پین ۵ (۲IN+): ورودی غیر معکوس مقایسه‌گر B}

 

^{پین‌های مدیریت توان}

^{پین ۸ (Vcc/V+): ورودی منبع تغذیه مثبت}

^{محدوده ولتاژ عملیاتی: ۲ ولت تا ۳۶ ولت}

^{سازگار با پیکربندی منبع تغذیه تکی یا دوگانه}

 

^{پین ۴ (GND): ترمینال زمین/منبع تغذیه منفی}

^{در حالت منبع تغذیه تکی به زمین سیستم متصل است}

^{در حالت منبع تغذیه دوگانه به ریل منبع تغذیه منفی متصل است}

 

پیکربندی پد سینک حرارتی

 

 

^{الزامات طراحی کلیدی}

^{باید مستقیماً به پین GND (پین ۴) متصل شود}

^{PCB باید ناحیه مسی کافی برای اتلاف حرارت فراهم کند}

^{توصیه می‌شود از vias حرارتی برای افزایش اتلاف حرارت استفاده شود}

 

^{پارامترهای مشخصه الکتریکی}

^{عملکرد مقایسه‌گر}

^{زمان پاسخ: ۱.۳ میکروثانیه معمولی (۵ میلی‌ولت اوردرایو)}

^{ولتاژ آفست ورودی: حداکثر ±۲ میلی‌ولت}

^{بهره ولتاژ: ۲۰۰ ولت/میلی‌ولت معمولی}

 

محیط عملیاتی

محدوده دما: -۵۵ درجه سانتی‌گراد تا +۱۲۵ درجه سانتی‌گراد

جریان سکون: ۰.۸ میلی‌آمپر/مقایسه‌گر (معمولی)

 

^{یادداشت‌های کاربردی طراحی}

^{توصیه‌های پیکربندی خروجی}

^{مقدار مقاومت پول‌آپ: ۱kΩ تا ۱۰kΩ}

^{حداکثر جریان سینک: ۱۶ میلی‌آمپر (حداکثر مطلق)}

^{خروجی‌ها را می‌توان موازی کرد تا منطق AND سیمی را پیاده‌سازی کرد}

 

^{الزامات جداسازی منبع تغذیه}

^{خازن سرامیکی ۰.۱ میکروفاراد باید نزدیک به پین Vcc قرار گیرد}

^{خازن الکترولیتی ۱۰ میکروفاراد اضافی برای کاربردهای با فرکانس بالا توصیه می‌شود}

 

^{این تجزیه و تحلیل پیکربندی پین، مرجع فنی جامعی را برای طراحی مدار LM193DR در محیط‌های سخت مانند کنترل صنعتی و الکترونیک خودرو فراهم می‌کند و عملکرد مقایسه ولتاژ پایدار و قابل اعتمادی را تضمین می‌کند.}