Szczegółowa Analiza Układu i Procesu Lutowania LM393P
15 października 2025 r. Wraz z ciągłym wzrostem zapotrzebowania na aplikacje wrażliwe na koszty w sterowaniu przemysłowym i elektronice użytkowej, wysokowydajne, a jednocześnie ekonomiczne komparatory napięcia stają się kluczowymi elementami w podstawowym projektowaniu obwodów. Powszechnie stosowany w branży standardowy komparator podwójny różnicowy LM393P, z szerokim zakresem napięcia (2V do 36V) i charakterystyką wyjścia z otwartym kolektorem, zapewnia ekonomiczne i niezawodne rozwiązanie do porównywania napięcia w sterowaniu silnikami, wykrywaniu poziomu i obwodach interfejsu czujników.
I. Wprowadzenie do układu
LM393P to monolityczny układ scalony, który integruje dwa niezależne komparatory napięcia. Urządzenie to posiada standardową obudowę DIP-8, oferując niskie zużycie energii, wysoką precyzję i szeroki zakres napięcia zasilania, i jest bezpośrednio kompatybilne z interfejsami logicznymi TTL, CMOS i MOS.
Główne cechy i zalety:
Szeroki zakres napięcia roboczego: Pojedyncze zasilanie 2V do 36V, podwójne zasilanie ±1V do ±18V
Niski prąd polaryzacji wejściowej: Zazwyczaj 25nA
Niskie napięcie niezrównoważenia wejściowego: Zazwyczaj ±2mV
Wyjście z otwartym kolektorem: Obsługuje elastyczną konfigurację poziomu wyjściowego
Niskie zużycie energii: Prąd spoczynkowy tylko 0,4mA na komparator (przy Vcc=5V)
II. Konfiguracja pinów i analiza funkcjonalna
Przegląd typu obudowy
Standardowe 8-pinowe obudowy: Obejmuje wiele formatów obudów, takich jak DIP-8, SOIC-8 i TSSOP-8
Obudowy o ulepszonym odprowadzaniu ciepła: Wybrane modele posiadają odsłonięte pady termiczne na spodzie dla lepszej wydajności rozpraszania ciepła
![]()
Definicje funkcji pinów:
1. Piny związane z kanałem 1
Pin 1 (1OUT): Wyjście komparatora A
Struktura wyjścia z otwartym kolektorem
Wymaga zewnętrznego rezystora podciągającego
Pin 2 (1IN-): Wejście odwracające komparatora A
Pin 3 (1IN+): Wejście nieodwracające komparatora A
2. Piny związane z kanałem 2
Pin 7 (2OUT): Wyjście komparatora B
Również posiada strukturę wyjścia z otwartym kolektorem
Pin 6 (2IN-): Wejście odwracające komparatora B
Pin 5 (2IN+): Wejście nieodwracające komparatora B
![]()
Podstawowe elementy konstrukcji padu termicznego:
Musi być bezpośrednio połączony z pinem GND (Pin 4)
Zapewnia optymalną ścieżkę rozpraszania ciepła
Projekt PCB powinien uwzględniać obfite zalewanie miedzią i przelotki termiczne
Kluczowe aspekty projektowe
1. Wymagania dotyczące konfiguracji wyjścia
Wszystkie wyjścia posiadają strukturę otwartego kolektora
Zewnętrzne rezystory podciągające do zasilania dodatniego są obowiązkowe
Wybierz wartości rezystorów podciągających w oparciu o wymagania dotyczące obciążenia i prędkości (typowy zakres: 1kΩ do 10kΩ)
2. Projekt odsprzęgania zasilania
Umieść ceramiczny kondensator 0,1μF blisko pinu Vcc
W przypadku zastosowań wysokiej częstotliwości zalecany jest dodatkowy równoległy kondensator elektrolityczny 10μF
3. Środki ochrony wejścia
Napięcie wejściowe nie powinno przekraczać zakresu napięcia zasilania
W przypadku wrażliwych zastosowań można dodać szeregowe rezystory ograniczające prąd na wejściach
Ta analiza konfiguracji pinów zapewnia kompleksowe wskazówki techniczne dotyczące projektowania obwodów i układu PCB LM393P, zapewniając stabilną i niezawodną wydajność w różnych scenariuszach zastosowań.
III. Analiza schematu blokowego pojedynczego komparatora
Przegląd architektury rdzenia
LM393P wykorzystuje klasyczną architekturę wejściową różnicową tranzystora bipolarnego, gdzie każdy komparator składa się z kompletnego stopnia wejściowego, stopnia wzmocnienia i obwodu stopnia wyjściowego, zapewniając stabilną funkcjonalność porównywania w szerokim zakresie napięć.
![]()
Analiza głównych modułów funkcjonalnych
1. Stopień wzmacniacza różnicowego wejściowego
Struktura rdzenia: Q1 i Q2 tworzą parę wejściową różnicową PNP
Obwód polaryzacji: Q15 stanowi źródło prądu stałego (Itail), zapewniając stabilny prąd roboczy
Ochrona:
D3 i D4 implementują ochronę zaciskową wejścia
Zacisk VCM zapewnia ograniczenie napięcia wspólnego
Charakterystyka techniczna:
Wysoka impedancja wejściowa obsługująca wykrywanie słabych sygnałów
Szeroki zakres wejściowy wspólnego trybu (w tym potencjał masy)
Niski prąd polaryzacji wejściowej (zazwyczaj 25nA)
2. Sieć polaryzacji i odniesienia
Generowanie polaryzacji: Q9-Q12 i Q14 tworzą precyzyjne zwierciadło prądowe
Przesunięcie poziomu: D1 i D2 zapewniają stabilne polaryzowanie napięciowe
Kompensacja temperatury: Wbudowana kompensacja zapewnia stabilność w pełnym zakresie temperatur
3. Stopień wzmocnienia pośredniego
Struktura wzmocnienia: Q3, Q4 itp. tworzą obwód wzmacniacza ze wspólnym emiterem
Role funkcjonalne:
Zapewnia podstawowe wzmocnienie napięcia
Implementuje konwersję sygnału różnicowego na jednokierunkowy
Steruje działaniem stopnia wyjściowego
4. Stopień sterownika wyjściowego
Struktura wyjściowa: Q13 służy jako tranzystor wyjściowy z otwartym kolektorem
Ochrona ESD: Zintegrowany obwód ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi
Kluczowe cechy:
Kompatybilny z poziomami logicznymi TTL/CMOS
Niskie napięcie nasycenia wyjściowego (zazwyczaj 130mV)
Wymaga zewnętrznego rezystora podciągającego
Analiza ścieżki sygnału
Wejście dodatnie → Q2 → Przesunięcie poziomu → Stopień wzmocnienia → Sterownik wyjściowy Wejście ujemne → Q1 → Przesunięcie poziomu → Stopień wzmocnienia → Sterownik wyjściowy
Kluczowe charakterystyki wydajności
Specyfikacje precyzji
4. Typowe scenariusze zastosowań
Prąd polaryzacji wejściowej: Zazwyczaj 25nA
Wzmocnienie napięciowe: Zazwyczaj 200V/mV
Wydajność prędkości
Prąd polaryzacji wejściowej: Maksymalnie 50nA
Opóźnienie propagacji: Spełnia wymagania dla większości zastosowań
Niezawodność
Ochrona ESD: Ulepszona odporność antystatyczna
Ochrona wejścia: Zapobiega uszkodzeniom przepięciowym
Stabilność termiczna: Spójna wydajność w pełnym zakresie temperatur
Podsumowanie zalet konstrukcyjnych
Ta architektura ucieleśnia filozofię projektowania klasycznych analogowych układów scalonych, osiągając następujące cele, zapewniając jednocześnie wydajność:
Wysoka niezawodność: Kompleksowe wbudowane mechanizmy ochronne
Szerokie napięcie robocze: Obsługuje zakres zasilania od 2V do 36V
Niskie zużycie energii: Prąd spoczynkowy tylko ~0,4mA na komparator
Stabilność temperatury: Utrzymuje wydajność w przemysłowych zakresach temperatur
Ta analiza schematu blokowego funkcjonalnego stanowi kluczowe odniesienie techniczne dla dogłębnego zrozumienia i projektowania zastosowań LM393P, szczególnie odpowiedniego dla zastosowań w sterowaniu przemysłowym i elektronice użytkowej wymagających wysokiej precyzji porównywania napięcia.
IV. Analiza typowych obwodów zastosowań
Konfiguracja komparatora jednokierunkowego
![]()
Konfiguracja komparatora różnicowego
Logika porównania:
Gdy Vin+ > Vin-: Wyjście niskiego poziomu
Gdy Vin+ < Vin-: Stan wysokiej impedancji wyjściaScenariusze zastosowań:
Wykrywanie różnicy sygnału
Komparator okienkowy
Obwód wykrywania przejścia przez zero
Kluczowe parametry projektowe
1. Konfiguracja zasilania
Zakres napięcia roboczego: 2V do 36V (pojedyncze zasilanie)
Tryb podwójnego zasilania: ±1V do ±18V
Prąd spoczynkowy: Około 0,4mA na komparator (Vcc=5V)
2. Charakterystyka wyjścia
Wyjście z otwartym kolektorem: Wymaga rezystora podciągającego
Napięcie nasycenia wyjściowego: Zazwyczaj 130mV (przy Isink=4mA)
Kompatybilność logiczna: Obsługuje poziomy TTL/CMOS
3. Parametry wydajności
Czas reakcji: Zazwyczaj 1,3μs
Prąd polaryzacji wejściowej: Maksymalnie 50nA
Napięcie niezrównoważenia wejściowego: Maksymalnie ±2mV
4. Typowe scenariusze zastosowań
![]()
Monitorowanie napięcia
Wykrywanie poziomu naładowania baterii
Monitorowanie napięcia zasilania
Ochrona przed przepięciem/niedonapięciem
Kondycjonowanie sygnału
Generator fali prostokątnej
Wykrywanie szerokości impulsu
Interfejs konwersji analogowo-cyfrowej
Aplikacje sterowania
Przełącznik kontroli temperatury
Obwód sterowania silnikiem
Interfejs czujnika fotoelektrycznego
5. Aspekty projektowe
Wybór rezystora podciągającego
Wzór obliczeniowy: Rpullup = (Vlogic - Vol) / Iol_sink Zalecany zakres: 1kΩ do 10kΩ Czynniki kompromisu: Zużycie energii vs. prędkość przełączania
Środki tłumienia szumów
Dodaj filtrowanie RC na wejściach
Zaimplementuj lokalne odsprzęganie na pinach zasilania
Zastosuj ochronę ekranującą dla wrażliwych linii sygnałowych
Aspekty układu
Poprowadź sygnały wejściowe z dala od ścieżek wyjściowych
Utrzymuj ciągłą płaszczyznę masy, aby zmniejszyć szumy
Pady termiczne (jeśli są obecne) muszą być uziemione
Te obwody zastosowań demonstrują elastyczność i niezawodność LM393P jako klasycznego komparatora napięcia. Dzięki prostej konfiguracji może spełniać różne wymagania dotyczące wykrywania napięcia i przetwarzania sygnału, co czyni go szczególnie odpowiednim dla wrażliwych na koszty zastosowań w sterowaniu przemysłowym i elektronice użytkowej.
V. Przewodnik po projektowaniu układu PCB
Główne zasady układu
Przetwarzanie sygnału wejściowego
Rezystory wejściowe umieszczone blisko urządzenia: Zmniejsza sprzężenia szumów i odbicia sygnału
Izolacja wrażliwego sygnału: Ścieżki wejściowe poprowadzone z dala od wyjścia i linii zasilania
Układ symetryczny: Sygnały wejściowe różnicowe wykorzystują ścieżki o równej długości
Projekt odsprzęgania zasilania
![]()
Pin Vcc → ceramiczny kondensator 0,1μF → GND
Kondensatory odsprzęgające umieszczone obok pinów zasilania
Używaj krótkich i szerokich ścieżek połączeniowych
Dodaj kondensator elektrolityczny 10μF do zastosowań wysokiej częstotliwości
Strategie optymalizacji układu
1. Układ strefy komponentów
[Strefa wejściowa] → [Układ LM393P] → [Strefa wyjściowa]
↓ ↓ ↓
Rezystory wejściowe Komparator rdzeniowy Rezystory podciągające
Filtrowanie sygnału Kondensatory odsprzęgające Napęd obciążenia
2. Techniki uziemienia
Uziemienie jednopunktowe: Oddzielna masa analogowa od masy cyfrowej
Płaszczyzna masy: Zapewnia stabilny potencjał masy odniesienia
Połączenie padu termicznego: Bezpośrednio połączone z pinem GND
Kluczowe szczegóły układu
Układ sekcji wejściowej
Rezystory wejściowe umieszczone <5 mm od pinów układu
Unikaj równoległego prowadzenia linii sygnału wejściowego i wyjściowegoEkranuj wrażliwe sygnały wejściowe za pomocą ścieżek masy
Układ sekcji zasilania
Szerokość ścieżki zasilania ≥0,5 mm (dla prądu 1A)
Umieść kondensatory odsprzęgające na tej samej warstwie co układ
Sekwencja filtrowania zasilania: duże kondensatory przed małymi kondensatorami
Układ sekcji wyjściowej
Umieść rezystory podciągające blisko pinów wyjściowych
Określ szerokość ścieżki wyjściowej na podstawie prądu obciążenia
Zapobiegaj zakłóceniom sygnałów wyjściowych na wejściach
Środki antyinterferencyjne
1. Tłumienie szumów
Równoległe małe kondensatory na pinach wejściowych do filtrowania (opcjonalne)
Otocz krytyczne sygnały płaszczyznami masy
Unikaj prowadzenia pod kryształami lub zasilaczami impulsowymi
2. Zarządzanie termiczne
W pełni wykorzystaj pad termiczny do rozpraszania ciepła
Dodaj przelotki termiczne do zastosowań dużej mocy
Utrzymuj przepływ powietrza wokół komponentów
Aspekty projektowe produkcji
Możliwość wytwarzania
Odstępy między komponentami spełniają wymagania dotyczące lutowania
Punkty testowe dostępne do testowania w obwodzie
Wyraźne oznaczenia sitodruku dla krytycznych sygnałów
Zapewnienie niezawodności
Wymiary padów zgodne ze standardami IPC
Unikaj ścieżek o ostrych kątach
Zapewnij wystarczające odstępy między ścieżkami
To rozwiązanie układu zapewnia optymalną wydajność LM393P w różnych scenariuszach zastosowań, optymalizując integralność sygnału, integralność zasilania i zarządzanie termiczne, dzięki czemu jest szczególnie odpowiednie dla obwodów pomiarowych o wysokiej precyzji wrażliwych na szumy.
V
I. Przewodnik po układzie padów PCB i projekcie maski lutowniczej
Kluczowe specyfikacje układu padówPodstawowe parametry wymiarowe
![]()
Liczba pinów: Standardowy układ 8-pinowy
Szerokość padu: 0,55 mm (spełnia wymagania dotyczące styku pinów)
Szerokość pinu: 0,6 mm (0,024 cala)
Długość padu: 1,55 mm (0,061 cala)
Wymagania dotyczące symetrii
W pełni symetryczny układ w oparciu o linię środkową
Wszystkie tolerancje wymiarowe: ±0,05 mm (0,002 cala)
Zapewnij równomierny rozkład ciepła podczas lutowania
Specyfikacje projektu maski lutowniczej
Niezdefiniowane przez maskę lutowniczą (NSMD) - Zalecane rozwiązanie
Struktura padu: Metalowy pad w pełni odsłonięty Rozmiar otworu: Otwór maski lutowniczej o 0,07 mm większy niż pad (z każdej strony) Zalety: Zmniejsza koncentrację naprężeń, poprawia niezawodność lutowania
Metalowe pady w pełni odsłonięte
Tolerancja otworu: Maksymalnie 0,07 mm (we wszystkich kierunkach)
Pokrycie metalem: Metal rozciąga się ≥0,07 mm pod maską lutowniczą
Dokładność wyrównania: Zapewnia pełną ekspozycję padu
Wymagania dotyczące metalizacji
Struktura metalu padu
Materiał podstawowy: Folia miedziana PCB (zalecana grubość 1oz)
Wykończenie powierzchni: ENIG/Złoto zanurzeniowe/Srebro zanurzeniowe (wybrane dla danego zastosowania)
Kształt padu: Prostokątny z promieniem narożnika 0,05 mm
Optymalizacja rozmiaru otworu
Szerokość: 90-100% szerokości pinu
Długość: Równa lub nieco krótsza niż długość padu
Grubość szablonu: 0,1-0,15 mm (4-6 mil)
Parametry procesu
Rodzaj pasty lutowniczej: Pasta lutownicza bezołowiowa o drobnym ziarnie typu III
Dokładność drukowania: Tolerancja wyrównania ±0,05 mm
Profil rozpływu: Standardowy proces rozpływu SMT
Punkty weryfikacji projektu
Sprawdzenie możliwości wytwarzania
Odstępy między padami spełniają minimalne wymagania dotyczące prześwitu elektrycznego
Szerokość mostka maski lutowniczej ≥0,1 mm zapewnia niezawodność izolacji
Oznaczenia sitodruku są wyraźne i nie zakrywają padów
Weryfikacja niezawodności
Testy cyklu termicznego: Certyfikowane zgodnie ze standardami JEDEC
Wytrzymałość połączenia lutowanego przechodzi testy rozciągania IPC
Jakość lutowania: Połączenia lutowane spełniają wymagania IPC-A-610 Klasa 2/3
Aspekty zastosowania
Routing o dużej gęstości
Zalecana konstrukcja NSMD dla precyzyjnego prowadzenia ścieżek
Umożliwia jedną ścieżkę sygnału 0,15 mm między pinami
Utrzymuj minimalną odległość między ścieżkami 0,2 mm
Ulepszenie termiczne
Dodaj przelotki termiczne o średnicy 0,3 mm w obszarze padu termicznego
Rozszerz obszar rozpraszania ciepła za pomocą zalewania miedzią z tyłu
Rozważ dopasowanie CTE dla zastosowań wysokotemperaturowych
Ten przewodnik po projektowaniu zawiera kompletne specyfikacje techniczne układu padów i maski lutowniczej dla LM393P, zapewniając wysokie wskaźniki wydajności w produkcji masowej i długoterminową niezawodność, dzięki czemu jest szczególnie odpowiedni dla zautomatyzowanych procesów produkcyjnych SMT.
VII. Przewodnik po układzie padów PCB i projekcie otworu szablonu
Specyfikacje układu padów
Podstawowe parametry wymiarowe
Rozstaw pinów: standardowy rozstaw 6 × 1,27 mm
Szerokość padu: 0,55 mm (spełnia wymagania dotyczące styku pinów)
Długość padu: 1,80 mm (zapewnia wystarczającą powierzchnię lutowania)
Całkowity rozpiętość: 7,40 mm (całkowita szerokość obudowy)
Wymagania dotyczące cech geometrycznych
Utrzymuj prześwit 0,60 mm między krawędziami padów
Zaimplementuj zaokrąglone rogi, aby uniknąć koncentracji naprężeń pod ostrymi kątami
Zapewnij symetryczny układ dla równomiernego lutowania
Specyfikacje wymiarów otworu szablonu
Długość otworu szablonu: 1,75 mm Szerokość otworu szablonu: 0,55 mm Stosunek otworu do padu: odpowiednik 1:1
![]()
Konfiguracja parametrów procesu
Grubość szablonu: Zalecane 0,10-0,15 mm
Tolerancja otworu: ±0,05 mm
Uwalnianie pasty lutowniczej: Zapewnij >90% wydajności transferu
Kluczowe punkty projektu maski lutowniczej
Niezdefiniowane przez maskę lutowniczą (NSMD)
Otwór maski lutowniczej o 0,07 mm większy niż pad (jednolity ze wszystkich stron)
Metalowe pady w pełni odsłonięte bez pokrycia maską lutowniczą
Zmniejsza koncentrację naprężeń i poprawia niezawodność lutowania
Wymagania dotyczące dokładności wyrównania
Przesunięcie środka maski lutowniczej do padu ≤0,05 mm
Szerokość mostka maski lutowniczej ≥0,15 mm, zapewniając niezawodność izolacji
Kontrola procesu produkcyjnego
Parametry procesu drukowania
Rodzaj pasty lutowniczej: Bezołowiowa o drobnym ziarnie typu III
Ciśnienie rakli: 4-6 kgf, kąt 45-60°
Prędkość drukowania: 20-40 mm/s jednolity ruch
Standardy kontroli jakości
Kryteria akceptacji
Współczynnik wypełnienia połączenia lutowanego ≥75%
Brak mostkowania lub wad zimnego lutowania
Tolerancja wyrównania pin-do-pad ±0,1 mm
Metody kontroli
2D/3D Kontrola pasty lutowniczej (SPI)
Analiza jakości połączeń lutowanych rentgenowskich
Automatyczna kontrola optyczna (AOI)
Ten przewodnik po projektowaniu zawiera kompletne parametry procesu i standardy kontroli jakości dla masowej produkcji LM393P, zapewniając stabilną jakość lutowania i doskonałą długoterminową niezawodność w
szybkiej produkcji SMT.
VIII. Analiza układu padów PCB i projektu maski lutowniczej
Kluczowe parametry układu padów
Podstawowe specyfikacje wymiarowe
Liczba pinów: standardowa konfiguracja 8-pinowa
![]()
Szerokość padu: 0,45 mm (spełnia standardowe wymagania dotyczące styku pinów)
Długość padu: 1,5 mm (zapewnia wystarczającą powierzchnię lutowania)
Rozstaw pinów: 0,65 mm (standardowy projekt rozstawu)
Rozpiętość obudowy: 5,8 mm (ogólny układ symetryczny)
Wymagania dotyczące projektu symetrii
W pełni symetryczny układ w oparciu o linię środkową
Utrzymuj ścisłe proporcje dla wszystkich wymiarów
Zapewnij równomierny rozkład ciepła podczas lutowania
Standardy projektowania maski lutowniczej
Niezdefiniowane przez maskę lutowniczą (NSMD) - Zalecane rozwiązanie
Cechy strukturalne:
Metalowe pady w pełni odsłonięte
Otwory maski lutowniczej większe niż wymiary padów
Metal rozciąga się pod warstwą maski lutowniczej
Zdefiniowane przez maskę lutowniczą (SMD) - Alternatywne rozwiązanie
Otwory maski lutowniczej dokładnie pasują do wymiarów padów
Odpowiednie do projektów routingu o dużej gęstości
Wymaga bardziej rygorystycznej kontroli procesu
Kluczowe punkty procesu produkcyjnego
Zalecenia dotyczące projektu szablonu
Rozmiar otworu: stosunek 1:1 do wymiarów padu
Grubość szablonu: standardowy zakres 0,10-0,15 mm
Dokładność otworu: kontrola tolerancji ±0,02 mm
Zapewnienie jakości spawania
Użyj pasty lutowniczej o drobnym ziarnie typu III
Zalecana szczytowa temperatura rozpływu 245-255°C
Szybkość chłodzenia kontrolowana na poziomie 2-4°C/sekundę
Standardy weryfikacji projektu
Sprawdzenie możliwości wytwarzania
Odstępy między padami spełniają minimalne wymagania dotyczące prześwitu elektrycznego
Szerokość mostka maski lutowniczej ≥0,1 mm zapewnia niezawodność izolacji
Oznaczenia sitodruku są wyraźne i nie zakrywają padów
Weryfikacja niezawodności
Testy cyklu termicznego są zgodne ze standardami JEDEC
Wytrzymałość połączenia lutowanego przechodzi testy rozciągania IPC
Kontrola wizualna spełnia wymagania IPC-A-610 Klasa 2/3
Ten przewodnik po projektowaniu zawiera kompletne specyfikacje techniczne układu padów i maski lutowniczej dla LM393P, zapewniając wysokie wskaźniki wydajności w produkcji masowej i długoterminową niezawodność, dzięki czemu jest szczególnie odpowiedni dla zautomatyzowanych wymagań procesów produkcyjnych SMT.

