Análise do Design do Comparador de Alta Precisão LM193DR

^{18 de outubro de 2025 — Num contexto de crescente complexidade em automação industrial e sistemas eletrônicos automotivos, há demandas cada vez maiores pela adaptabilidade ambiental e estabilidade operacional dos principais componentes de processamento de sinais. Como uma das soluções para aplicações em ambientes agressivos, o comparador de tensão dupla LM193DR, com sua faixa estendida de temperatura industrial de -55°C a +125°C e uma tensão de deslocamento de entrada tão baixa quanto ±1 mV (típico), fornece detecção confiável de tensão e recursos de comparação de sinal para controle aeroespacial, acionamentos de motores automotivos e sistemas de detecção industrial de alta precisão.}

 

 

^{I. Introdução ao chip}

 

^{O LM193DR é um circuito integrado monolítico que incorpora dois comparadores de tensão de precisão independentes. Alojado em um pacote SOIC-8, este dispositivo apresenta baixo consumo de energia, alta precisão e uma faixa de temperatura operacional ultra ampla, mantendo compatibilidade direta com interfaces lógicas TTL, CMOS e MOS.}

 

^{Principais recursos e vantagens:}

^{Faixa de temperatura ultra ampla: operação completa de -55°C a +125°C}

^{Tensão de deslocamento de entrada baixa: Normalmente ± 1mV, máximo ± 2mV}

^{Corrente de polarização de entrada baixa: normalmente 25nA}

^{Ampla faixa de tensão operacional: Alimentação única de 2V a 36V}

^{Design de baixo consumo de energia: Corrente quiescente de aproximadamente 0,8mA por comparador}

 

^{Campos de aplicação típicos:}

^{Sistemas de controle aeroespacial}

^{Unidades de controle eletrônico automotivo (ECUs)}

^{Instrumentos de controle de processos industriais}

^{Interfaces de sensores de alta precisão}

 

 

II. Análise de diagrama de blocos funcionais de comparador único

 

^{Visão geral da arquitetura principal
O LM193DR emprega uma arquitetura clássica de transistor bipolar, com cada comparador compreendendo um estágio de entrada diferencial completo, estágio de ganho e estágio de saída, garantindo precisão de comparação estável em uma ampla faixa de temperatura.}

 

 

 

^{Análise dos Principais Módulos Funcionais}

^{1. Estágio de amplificador diferencial de entrada}

^{Estrutura central: Q1 e Q2 formam um par de entrada diferencial PNP}

^{Design de polarização: Q15 constitui uma fonte de corrente constante, fornecendo corrente operacional estável}

^{Mecanismos de Proteção:}

^{D3 e D4 implementam proteção de braçadeira de entrada}

^{Circuito limitador de tensão de modo comum}

 

^{Características de desempenho:}

^{Corrente de polarização de entrada: normalmente 25nA}

^{Tensão de deslocamento de entrada: Normalmente ± 1mV}

^{A faixa de entrada de modo comum inclui potencial de terra}

 

^{2. Tendência e Rede de Referência}

^{Estrutura do espelho atual: Q9-Q12 e Q14 formam circuitos de polarização de precisão}

^{Compensação de temperatura: A compensação integrada garante estabilidade em toda a faixa de temperatura}

^{Mudança de nível: D1 e D2 fornecem referências de tensão estáveis}

 

^{3. Estágio de ganho intermediário}

^{Circuito amplificador: Q3, Q4, etc. formam um estágio amplificador de emissor comum}

^{Implementação Funcional:}

^{Fornece ganho de tensão primária}

^{Converte sinais diferenciais em sinais de terminação única}

^{Conduz a operação do estágio de saída}

 

^{4. Estágio do driver de saída}

^{Estrutura de saída: design de saída de coletor aberto}

^{Componente principal: Q13 serve como transistor de driver de saída}

^{Circuito de proteção: Proteção ESD integrada}

^{Principais recursos:}

^{Tensão de saturação de saída: Normalmente 130mV}

^{Compatível com níveis lógicos TTL/CMOS}

^{Requer resistor pull-up externo}

 

^{Análise do Caminho do Sinal}

^{Entrada não inversora → Q2 → Mudança de nível → Estágio de ganho → Driver de saída Entrada invertida → Q1 → Mudança de nível → Estágio de ganho → Driver de saída}

 

^{Principais parâmetros de desempenho}

^{Características de precisão}

^{Ganho de tensão: Normalmente 200V/mV}

^{Tempo de resposta: 1,3μs (Vcc=5V)}

^{Faixa de modo comum de entrada: 0V a Vcc-1,5V}

 

^{Características de confiabilidade}

^{Temperatura operacional: -55°C a +125°C}

^{Proteção ESD: >2000V}

^{Estabilidade a longo prazo: <0,5μV/mês}

 

^{Resumo das vantagens do design}

^{Esta arquitetura incorpora a filosofia de projeto de circuitos integrados analógicos de alta confiabilidade:}

^{Adaptabilidade Ambiental: Mantém desempenho estável em amplas faixas de temperatura}

^{Garantia de Precisão: Design sofisticado de polarização e compensação}

^{Compatibilidade do sistema: interface flexível e configuração de saída}

^{Operação confiável: Mecanismos de proteção integrados abrangentes}

 

^{Este diagrama de blocos funcionais fornece a base técnica para a compreensão dos princípios operacionais do LM193DR em ambientes extremos, tornando-o particularmente adequado para verificação de projeto em cenários de aplicações de alta confiabilidade, como eletrônica aeroespacial e automotiva.}

 

 

III. Guia de design de layout de PCB

 

Configuração de pinos e análise funcional

 

 

 

^{Detalhes da função do pino:}

^{Pino 1 (1OUT): Saída do Comparador A
Saída de coletor aberto, requer resistor pull-up externo}

^{Pino 2 (1IN-): Entrada Invertida do Comparador A}

^{Pino 3 (1IN+): Comparador A Entrada Não Inversora}

^{Pino 4 (GND): Terminal de aterramento}

^{Pino 5 (2IN+): Entrada não inversora do comparador B}

^{Pino 6 (2IN-): Entrada Invertida do Comparador B}

^{Pino 7 (2OUT): Saída do Comparador B}

^{Pino 8 (Vcc): Alimentação Positiva (2V a 36V)}

 

^{Pontos principais do layout de PCB}

^{Processamento de sinal de entrada}

^{Resistores de entrada colocados próximos ao dispositivo: Distância controlada dentro de 2 mm}

^{Layout simétrico: sinais diferenciais usam design de rastreamento de comprimento igual}

^{Proteção de blindagem: Sinais de entrada sensíveis cercados por traços de aterramento}

 

^{Projeto de desacoplamento da fonte de alimentação}

^{Desacoplando capacitores colocados <3mm dos pinos}

^{Largura do traço de potência ≥0,5 mm}

^{Estratégia de Layout de Zoneamento}

 

^{1. Zona de sinal de entrada}

^{Componentes do filtro de entrada adjacentes aos pinos correspondentes}

^{Evite roteamento paralelo de linhas de entrada e saída}

^{Sinais de alta frequência isolados com planos de terra}

 

^{2. Zona de gerenciamento de energia}

^{Desacoplando capacitores colocados em camadas escalonadas}

^{Linhas de energia roteadas longe de sinais sensíveis}

^{Garanta caminhos completos de retorno ao solo}

 

^{3. Zona de acionamento de saída}

^{Resistores pull-up colocados próximos aos pinos de saída}

^{Largura do traço de saída projetada de acordo com a corrente de carga}

^{Pontos de teste reservados para conveniência de depuração}

 

^{Medidas de projeto anti-interferência}

^{Supressão de ruído}

^{Pequenos capacitores paralelos (10-100pF) em pinos de entrada críticos}

^{Linhas de sinal mantidas longe de relógios e fontes de alimentação comutadas}

^{Uso de planos terrestres completos}

 

^{Projeto de gerenciamento térmico}

^{Utilize totalmente a folha de cobre PCB para dissipação de calor}

^{Adicione vias térmicas em aplicações de alta temperatura}

^{Mantenha espaço adequado ao redor dos componentes}

 

^{Requisitos do processo de fabricação}

^{Design para Fabricação}

^{As dimensões da almofada estão em conformidade com os padrões IPC-7351}

^{O espaçamento dos componentes atende aos requisitos de produção automatizada}

^{Identificação clara em serigrafia das funções dos pinos}

 

^{Padrões de Inspeção}

^{Qualidade da junta de solda: IPC-A-610 Classe 2}

^{Precisão de alinhamento: ± 0,1 mm}

^{Coplanaridade: Variação da altura do pino ≤0,1 mm}

 

^{Esta solução de layout garante a operação estável do LM193DR em toda a faixa de temperatura de -55°C a +125°C, otimizando a integridade do sinal, integridade de energia e gerenciamento térmico, atendendo aos exigentes requisitos da indústria aeroespacial, eletrônica automotiva e outras aplicações de alto padrão.}

 

 

^{4. Guia de design de layout de almofada de PCB e máscara de solda}

 

^{Especificações de layout do painel central}

^{Parâmetros básicos de dimensão}

^{Número de pinos: configuração padrão de 8 pinos}

^{Largura da almofada: 0,45 mm (corresponde exatamente às dimensões do pino)}

^{Comprimento da almofada: 1,5 mm (fornece área de solda suficiente)}

^{Passo do pino: 0,65 mm (design de passo padrão)}

^{Extensão do pacote: 5,8 mm (layout simétrico geral)}

 

^{Requisitos de projeto de simetria}

^{Layout totalmente simétrico baseado na linha central}

^{Todas as dimensões mantêm tolerâncias de fabricação rigorosas}

^{Garanta uma distribuição uniforme de calor durante a soldagem}

 

^{Padrões de design de máscara de solda
Máscara sem solda definida (NSMD) - Solução recomendada}

^{Características estruturais:}

^{Almofadas de metal totalmente expostas}

^{Aberturas da máscara de solda maiores que as dimensões da almofada}

^{Aberturas da máscara de solda 0,05 mm maiores que as almofadas por lado}

 

^{Características de vantagem:}

^{Reduz a concentração de estresse}

^{Melhora a confiabilidade da soldagem}

^{Facilita o controle do processo}

 

^{Máscara de solda definida (SMD) - solução alternativa}

^{As aberturas da máscara de solda correspondem precisamente às dimensões da almofada}

^{Camada metálica parcialmente coberta por máscara de solda}

^{Adequado para projetos de roteamento de alta densidade}

 

^{Principais parâmetros de design
Controle de tolerância dimensional}

^{Tolerância de posição da almofada: ± 0,05 mm}

^{Precisão de alinhamento da máscara de solda: ± 0,05 mm}

^{Desvio geral de simetria: ≤0,1 mm}

 

^{Especificações da camada metálica}

^{Espessura da folha de cobre base: 1 onça (35 μm)}

^{Acabamento de superfície recomendado: ENIG/Immersion Gold}

^{Tratamento de canto arredondado na borda da almofada}

 

^{Requisitos do processo de fabricação
Parâmetros de design de estêncil}

^{Largura: 0,4-0,45 mm (90-100% da largura do pino)}

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

^{Espessura do estêncil: 0,1-0,15 mm}

 

^{Controle do Processo de Soldagem}

^{Tipo de pasta de solda: Tipo III sem chumbo}

^{Temperatura máxima de refluxo: 245-255°C}

^{Taxa de aquecimento: 1-3°C/segundo}

 

^{Padrões de verificação de qualidade
Verificação de capacidade de fabricação}

^{Espaçamento entre almofadas ≥0,2 mm}

^{Largura da ponte da máscara de solda ≥0,1 mm}

^{Serigrafia para espaçamento de almofada ≥0,1 mm}

 

^{Verificação de confiabilidade}

^{Teste de ciclo térmico: -55°C a 125°C}

^{Resistência da junta de solda: Em conformidade com IPC-9701}

^{Inspeção visual: Atende IPC-A-610 Classe 2/3}

 

^{Este guia de projeto fornece especificações técnicas abrangentes para o projeto de PCB do LM193DR em aplicações de alta confiabilidade, como eletrônica aeroespacial e automotiva, garantindo operação estável a longo prazo em ambientes agressivos.}

 

 

V. Dimensões do Pacote e Análise da Estrutura

 

 

^{Principais dimensões do esboço do pacote}

^{Dimensões do perfil principal}

^{Comprimento do pacote: 1,90 - 2,10 mm}

^{Largura do pacote: 0,70 - 0,80 mm}

^{Altura do pacote: 0,18 - 0,32 mm (espessura do pino)}

^{Plano de assento: plano de referência de 0,08 mm}

 

 

 

^{Parâmetros de estrutura de pinos}

^{Largura do pino: 0,18 - 0,32 mm}

^{Comprimento do pino: 0,20 - 0,40 mm}

^{Passo do pino: espaçamento padrão de 6 × 0,50 mm}

^{Espessura do metal da parede lateral: valor típico de 0,10 mm}

 

^{Características estruturais especiais}

^{Área de identificação do pino 1}

^{Design de chanfro de 45°, largura 0,25 mm}

^{Fornece identificação clara da polaridade}

^{Facilita a inspeção óptica automatizada}

 

^{Design de almofada térmica}

^{Almofada térmica exposta: localizada na parte inferior da embalagem}

^{Estrutura térmica melhorada: Melhora a capacidade de dissipação de energia}

^{Requisitos de soldagem: Requer bom contato com PCB}

 

^{Opções de formato de alfinete}

^{Opção 1: Cabos de asa de gaivota padrão}

^{Opção 2: formatos de terminais alternativos}

 

^{Controle de tolerância dimensional}

^{Dimensões primárias: tolerância padrão de ±0,05 mm}

^{Dimensões críticas: tolerância apertada de ±0,10 mm}

^{Tolerância cumulativa: desvio máximo de 0,050 mm}

 

^{Diretrizes de adaptação de design de PCB}

^{Recomendações de design de almofada}

^{Largura da almofada: 0,22 - 0,32 mm (dimensões correspondentes do pino)}

^{Comprimento da almofada: 0,70 - 0,91 mm}

^{Manutenção do espaçamento: folga mínima de 0,18 mm}

 

^{Projeto de gerenciamento térmico}

^{Cobertura total de cobre na área da almofada térmica}

^{Uso recomendado de térmica por meio de matrizes}

^{Garanta caminhos de condução de calor eficientes}

 

^{Padrões de verificação de qualidade}

^{Requisitos de inspeção visual}

^{Coplanaridade de chumbo: ≤ 0,10 mm}

^{Precisão de alinhamento da almofada: ± 0,05 mm}

^{Integridade do tratamento de superfície: Sem oxidação, sem contaminação}

 

^{Teste de confiabilidade}

^{Ciclagem de temperatura: -55℃ a +125℃}

^{Resistência mecânica: Compatível com os padrões JEDEC}

^{Qualidade da solda: Certificada conforme IPC-A-610}

 

^{Esta análise dimensional da embalagem fornece referências mecânicas precisas para o projeto de PCB do LM193DR em ambientes agressivos, garantindo fixação mecânica estável e gerenciamento térmico eficiente em aplicações de alta confiabilidade.}

 

 

^{VI. Configuração de pinos e análise funcional}

 

^{Visão geral do tipo de pacote}

^{Pacotes padrão de 8 pinos: Suporta vários formatos de pacote, incluindo SOIC, VSOP, PDIP e TSSOP}

^{Pacotes termicamente aprimorados: modelos selecionados apresentam almofadas térmicas na parte inferior para melhor dissipação de calor}

 

^{Descrição detalhada da função do pino}

^{Pinos Comparadores do Canal 1}

^{Pino 1 (1OUT): Saída do Comparador A}

^{Estrutura de saída de coletor aberto}

^{Requer resistor pull-up externo}

^{Tensão de saturação de saída: 400mV (típico)}

 

^{Pino 2 (1IN-): Entrada Invertida do Comparador A}

^{Entrada de alta impedância: 0,3MΩ (típico)}

^{Corrente de polarização de entrada: 500nA (máximo)}

 

^{Pino 3 (1IN+): Comparador A Entrada Não Inversora}

^{Faixa de modo comum de entrada: 0V a Vcc-1,5V}

 

^{Pinos Comparadores do Canal 2}

^{Pino 7 (2OUT): Saída do Comparador B}

^{Mesma estrutura de coletor aberto de 1OUT}

^{Capaz de conduzir cargas diferentes de forma independente}

 

^{Pino 6 (2IN-): Entrada Invertida do Comparador B}

^{Pino 5 (2IN+): Entrada não inversora do comparador B}

 

^{Pinos de gerenciamento de energia}

^{Pino 8 (Vcc/V+):Entrada de Fornecimento Positiva}

^{Faixa de tensão operacional: 2V a 36V}

^{Compatível com configuração de alimentação simples ou dupla}

 

^{Pino 4 (GND):Terminal de alimentação terra/negativo}

^{Conectado ao aterramento do sistema no modo de alimentação única}

^{Conectado ao trilho de alimentação negativo no modo de alimentação dupla}

 

Configuração da almofada do dissipador de calor

 

 

^{Principais requisitos de design}

^{Deve ser conectado diretamente ao pino GND (Pino 4)}

^{PCB deve fornecer área de cobre suficiente para dissipação de calor}

^{Vias térmicas são recomendadas para melhorar a dissipação de calor.}

 

^{Parâmetros de características elétricas}

^{Desempenho do Comparador}

^{Tempo de resposta: 1,3μs típico (overdrive de 5mV)}

^{Tensão de deslocamento de entrada: máximo de ± 2mV}

^{Ganho de tensão: 200V/mV típico}

 

Ambiente Operacional

Faixa de temperatura: -55°C a +125°C

Corrente quiescente: 0,8 mA/comparador (típico)

 

^{Notas de aplicação de design}

^{Recomendações de configuração de saída}

^{Valor do resistor pull-up: 1kΩ a 10kΩ}

^{Corrente máxima do dissipador: 16mA (máximo absoluto)}

^{As saídas podem ser colocadas em paralelo para implementar a lógica AND com fio}

 

^{Requisitos de desacoplamento da fonte de alimentação}

^{O capacitor cerâmico de 0,1μF deve ser colocado próximo ao pino Vcc}

^{Capacitor eletrolítico adicional de 10μF recomendado para aplicações de alta frequência}

 

^{Esta análise de configuração de pinos fornece referência técnica abrangente para projeto de circuito do LM193DR em ambientes adversos, como controle industrial e eletrônica automotiva, garantindo funcionalidade de comparação de tensão estável e confiável.}