Análisis del diseño del comparador de alta precisión LM193DR

^{18 de octubre de 2025 — En el contexto de la creciente complejidad en la automatización industrial y los sistemas electrónicos automotrices, existe una mayor demanda de adaptabilidad ambiental y estabilidad operativa de los componentes clave de procesamiento de señales. Como una de las soluciones que abordan aplicaciones en entornos hostiles, el comparador de voltaje dual LM193DR, con su rango de temperatura industrial extendido de -55°C a +125°C y un voltaje de offset de entrada tan bajo como ±1 mV (típico), proporciona capacidades confiables de detección de voltaje y comparación de señales para control aeroespacial, accionamientos de motores automotrices y sistemas de detección industrial de alta precisión.}

 

 

^{I. Introducción del Chip}

 

^{El LM193DR es un circuito integrado monolítico que incorpora dos comparadores de voltaje de precisión independientes. Alojado en un encapsulado SOIC-8, este dispositivo presenta bajo consumo de energía, alta precisión y un rango de temperatura de funcionamiento ultra amplio, manteniendo al mismo tiempo la compatibilidad directa con las interfaces lógicas TTL, CMOS y MOS.}

 

^{Características y Ventajas Principales:}

^{Rango de temperatura ultra amplio: Funcionamiento completo de -55°C a +125°C}

^{Bajo voltaje de offset de entrada: Típicamente ±1mV, máximo ±2mV}

^{Baja corriente de polarización de entrada: Típicamente 25nA}

^{Amplio rango de voltaje de funcionamiento: Suministro único de 2V a 36V}

^{Diseño de baja potencia: Corriente de reposo de aproximadamente 0,8 mA por comparador}

 

^{Campos de Aplicación Típicos:}

^{Sistemas de control aeroespacial}

^{Unidades de control electrónico automotriz (ECU)}

^{Instrumentos de control de procesos industriales}

^{Interfaces de sensores de alta precisión}

 

 

II. Análisis del Diagrama de Bloques Funcionales del Comparador Único

 

^{Descripción General de la Arquitectura Central
El LM193DR emplea una arquitectura de transistor bipolar clásica, con cada comparador que comprende una etapa de entrada diferencial completa, una etapa de ganancia y una etapa de salida, lo que garantiza una precisión de comparación estable en un amplio rango de temperatura.}

 

 

 

^{Análisis de los Módulos Funcionales Principales}

^{1. Etapa del Amplificador Diferencial de Entrada}

^{Estructura Central: Q1 y Q2 forman un par de entrada diferencial PNP}

^{Diseño de Polarización: Q15 constituye una fuente de corriente constante, que proporciona una corriente de funcionamiento estable}

^{Mecanismos de Protección:}

^{D3 y D4 implementan protección de sujeción de entrada}

^{Circuito limitador de voltaje de modo común}

 

^{Características de Rendimiento:}

^{Corriente de polarización de entrada: Típicamente 25nA}

^{Voltaje de offset de entrada: Típicamente ±1mV}

^{El rango de entrada de modo común incluye el potencial de tierra}

 

^{2. Red de Polarización y Referencia}

^{Estructura de Espejo de Corriente: Q9-Q12 y Q14 forman circuitos de polarización de precisión}

^{Compensación de Temperatura: La compensación incorporada garantiza la estabilidad en todo el rango de temperatura}

^{Cambio de Nivel: D1 y D2 proporcionan referencias de voltaje estables}

 

^{3. Etapa de Ganancia Intermedia}

^{Circuito Amplificador: Q3, Q4, etc. forman una etapa de amplificador de emisor común}

^{Implementación Funcional:}

^{Proporciona ganancia de voltaje primaria}

^{Convierte señales diferenciales en señales de un solo extremo}

^{Impulsa el funcionamiento de la etapa de salida}

 

^{4. Etapa del Controlador de Salida}

^{Estructura de Salida: Diseño de salida de colector abierto}

^{Componente Central: Q13 sirve como transistor controlador de salida}

^{Circuito de Protección: Protección ESD integrada}

^{Características Clave:}

^{Voltaje de saturación de salida: Típicamente 130mV}

^{Compatible con niveles lógicos TTL/CMOS}

^{Requiere una resistencia pull-up externa}

 

^{Análisis de la Trayectoria de la Señal}

^{Entrada no inversora → Q2 → Cambio de nivel → Etapa de ganancia → Entrada inversora del controlador de salida → Q1 → Cambio de nivel → Etapa de ganancia → Controlador de salida}

 

^{Parámetros de Rendimiento Clave}

^{Características de Precisión}

^{Ganancia de voltaje: Típicamente 200V/mV}

^{Tiempo de respuesta: 1,3μs (Vcc=5V)}

^{Rango de modo común de entrada: 0 V a Vcc-1,5 V}

 

^{Características de Fiabilidad}

^{Temperatura de funcionamiento: -55℃ a +125℃}

^{Protección ESD: >2000V}

^{Estabilidad a largo plazo:<0,5μV/mes}

 

^{Resumen de las Ventajas del Diseño}

^{Esta arquitectura encarna la filosofía de diseño de circuitos integrados analógicos de alta fiabilidad:}

^{Adaptabilidad Ambiental: Mantiene un rendimiento estable en amplios rangos de temperatura}

^{Garantía de Precisión: Diseño sofisticado de polarización y compensación}

^{Compatibilidad del Sistema: Interfaz flexible y configuración de salida}

^{Funcionamiento Fiable: Mecanismos de protección integrados completos}

 

^{Este diagrama de bloques funcionales proporciona la base técnica para comprender los principios operativos del LM193DR en entornos extremos, lo que lo hace particularmente adecuado para la verificación del diseño en escenarios de aplicación de alta fiabilidad, como la electrónica aeroespacial y automotriz.}

 

 

III. Guía de Diseño de Diseño de PCB

 

Configuración de Pines y Análisis Funcional

 

 

 

^{Detalles de la Función de los Pines:}

^{Pin 1 (1OUT): Salida del Comparador A
Salida de colector abierto, requiere una resistencia pull-up externa}

^{Pin 2 (1IN-): Entrada Inversora del Comparador A}

^{Pin 3 (1IN+): Entrada No Inversora del Comparador A}

^{Pin 4 (GND): Terminal de Tierra}

^{Pin 5 (2IN+): Entrada No Inversora del Comparador B}

^{Pin 6 (2IN-): Entrada Inversora del Comparador B}

^{Pin 7 (2OUT): Salida del Comparador B}

^{Pin 8 (Vcc): Suministro Positivo (2V a 36V)}

 

^{Puntos Clave del Diseño de PCB}

^{Procesamiento de Señales de Entrada}

^{Resistencias de entrada colocadas cerca del dispositivo: Distancia controlada dentro de 2 mm}

^{Diseño simétrico: Las señales diferenciales utilizan un diseño de traza de igual longitud}

^{Protección de blindaje: Señales de entrada sensibles rodeadas de trazas de tierra}

 

^{Diseño de Desacoplamiento de la Fuente de Alimentación}

^{Condensadores de desacoplamiento colocados <3 mm de los pines}

^{Ancho de la traza de alimentación ≥0,5 mm}

^{Estrategia de Diseño de Zonificación}

 

^{1. Zona de Señal de Entrada}

^{Componentes de filtro de entrada adyacentes a los pines correspondientes}

^{Evitar el enrutamiento paralelo de líneas de entrada y salida}

^{Señales de alta frecuencia aisladas con planos de tierra}

 

^{2. Zona de Gestión de Energía}

^{Condensadores de desacoplamiento colocados en capas escalonadas}

^{Líneas de alimentación enrutadas lejos de señales sensibles}

^{Asegurar rutas de retorno a tierra completas}

 

^{3. Zona de Impulso de Salida}

^{Resistencias pull-up colocadas cerca de los pines de salida}

^{Ancho de la traza de salida diseñado de acuerdo con la corriente de carga}

^{Puntos de prueba reservados para la conveniencia de la depuración}

 

^{Medidas de Diseño Anti-Interferencia}

^{Supresión de Ruido}

^{Condensadores pequeños paralelos (10-100 pF) en los pines de entrada críticos}

^{Líneas de señal mantenidas alejadas de relojes y fuentes de alimentación conmutadas}

^{Uso de planos de tierra completos}

 

^{Diseño de Gestión Térmica}

^{Utilizar completamente la lámina de cobre de la PCB para la disipación de calor}

^{Añadir vías térmicas en aplicaciones de alta temperatura}

^{Mantener un espacio adecuado alrededor de los componentes}

 

^{Requisitos del Proceso de Fabricación}

^{Diseño para la Fabricación}

^{Las dimensiones de las almohadillas cumplen con los estándares IPC-7351}

^{El espaciado de los componentes cumple con los requisitos de producción automatizada}

^{Identificación clara de la serigrafía de las funciones de los pines}

 

^{Estándares de Inspección}

^{Calidad de la junta de soldadura: IPC-A-610 Clase 2}

^{Precisión de alineación: ±0,1 mm}

^{Coplanaridad: Variación de la altura del pin ≤0,1 mm}

 

^{Esta solución de diseño garantiza el funcionamiento estable del LM193DR en todo el rango de temperatura de -55℃ a +125℃ optimizando la integridad de la señal, la integridad de la alimentación y la gestión térmica, cumpliendo con los exigentes requisitos de la industria aeroespacial, la electrónica automotriz y otras aplicaciones de alto estándar.}

 

 

^{IV. Guía de Diseño de Diseño de Almohadillas de PCB y Máscara de Soldadura}

 

^{Especificaciones de Diseño de Almohadillas Centrales}

^{Parámetros de Dimensión Básicos}

^{Número de pines: Configuración estándar de 8 pines}

^{Ancho de la almohadilla: 0,45 mm (coincide con precisión con las dimensiones del pin)}

^{Longitud de la almohadilla: 1,5 mm (proporciona suficiente área de soldadura)}

^{Paso del pin: 0,65 mm (diseño de paso estándar)}

^{Extensión del paquete: 5,8 mm (diseño simétrico general)}

 

^{Requisitos de Diseño de Simetría}

^{Diseño totalmente simétrico basado en la línea central}

^{Todas las dimensiones mantienen tolerancias de fabricación estrictas}

^{Asegurar una distribución uniforme del calor durante la soldadura}

 

^{Estándares de Diseño de Máscara de Soldadura
No Definido por la Máscara de Soldadura (NSMD) - Solución Recomendada}

^{Características Estructurales:}

^{Almohadillas metálicas totalmente expuestas}

^{Aberturas de la máscara de soldadura más grandes que las dimensiones de la almohadilla}

^{Aberturas de la máscara de soldadura 0,05 mm más grandes que las almohadillas por lado}

 

^{Características de Ventaja:}

^{Reduce la concentración de tensión}

^{Mejora la fiabilidad de la soldadura}

^{Facilita el control del proceso}

 

^{Definido por la Máscara de Soldadura (SMD) - Solución Alternativa}

^{Las aberturas de la máscara de soldadura coinciden con precisión con las dimensiones de la almohadilla}

^{Capa metálica parcialmente cubierta por la máscara de soldadura}

^{Adecuado para diseños de enrutamiento de alta densidad}

 

^{Parámetros de Diseño Clave
Control de Tolerancia Dimensional}

^{Tolerancia de posición de la almohadilla: ±0,05 mm}

^{Precisión de alineación de la máscara de soldadura: ±0,05 mm}

^{Desviación de simetría general: ≤0,1 mm}

 

^{Especificaciones de la Capa Metálica}

^{Grosor de la lámina de cobre base: 1 oz (35μm)}

^{Acabado superficial recomendado: ENIG/Oro por inmersión}

^{Tratamiento de esquina redondeada del borde de la almohadilla}

 

^{Requisitos del Proceso de Fabricación
Parámetros de Diseño de la Plantilla}

^{Ancho: 0,4-0,45 mm (90-100% del ancho del pin)}

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

^{Grosor de la plantilla: 0,1-0,15 mm}

 

^{Control del Proceso de Soldadura}

^{Tipo de pasta de soldadura: Tipo III sin plomo}

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

^{Velocidad de calentamiento: 1-3°C/segundo}

 

^{Estándares de Verificación de Calidad
Verificación de Fabricabilidad}

^{Espaciamiento de la almohadilla ≥0,2 mm}

^{Ancho del puente de la máscara de soldadura ≥0,1 mm}

^{Espaciamiento de la serigrafía a la almohadilla ≥0,1 mm}

 

^{Verificación de Fiabilidad}

^{Prueba de ciclo térmico: -55℃ a 125℃}

^{Resistencia de la junta de soldadura: Cumple con IPC-9701}

^{Inspección visual: Cumple con IPC-A-610 Clase 2/3}

 

^{Esta guía de diseño proporciona especificaciones técnicas completas para el diseño de PCB del LM193DR en aplicaciones de alta fiabilidad, como la electrónica aeroespacial y automotriz, lo que garantiza un funcionamiento estable a largo plazo en entornos hostiles.}

 

 

V. Dimensiones del Paquete y Análisis de la Estructura

 

 

^{Dimensiones Clave del Contorno del Paquete}

^{Dimensiones del Perfil Principal}

^{Longitud del paquete: 1,90 - 2,10 mm}

^{Ancho del paquete: 0,70 - 0,80 mm}

^{Altura del paquete: 0,18 - 0,32 mm (grosor del pin)}

^{Plano de asiento: Plano de referencia de 0,08 mm}

 

 

 

^{Parámetros de la Estructura del Pin}

^{Ancho del pin: 0,18 - 0,32 mm}

^{Longitud del pin: 0,20 - 0,40 mm}

^{Paso del pin: Espaciamiento estándar de 6×0,50 mm}

^{Grosor del metal de la pared lateral: Valor típico de 0,10 mm}

 

^{Características Estructurales Especiales}

^{Área de Identificación del Pin 1}

^{Diseño de chaflán de 45°, ancho 0,25 mm}

^{Proporciona una identificación clara de la polaridad}

^{Facilita la inspección óptica automatizada}

 

^{Diseño de la Almohadilla Térmica}

^{Almohadilla térmica expuesta: Ubicada en la parte inferior del paquete}

^{Estructura mejorada térmicamente: Mejora la capacidad de disipación de energía}

^{Requisitos de soldadura: Requiere un buen contacto con la PCB}

 

^{Opciones de Forma de Pin}

^{Opción 1: Cables de ala de gaviota estándar}

^{Opción 2: Formas de terminal alternativas}

 

^{Control de Tolerancia Dimensional}

^{Dimensiones primarias: Tolerancia estándar de ±0,05 mm}

^{Dimensiones críticas: Tolerancia ajustada de ±0,10 mm}

^{Tolerancia acumulativa: Desviación máxima de 0,050 mm}

 

^{Directrices de Adaptación del Diseño de PCB}

^{Recomendaciones de Diseño de Almohadillas}

^{Ancho de la almohadilla: 0,22 - 0,32 mm (coincide con las dimensiones del pin)}

^{Longitud de la almohadilla: 0,70 - 0,91 mm}

^{Mantenimiento del espaciamiento: Espacio libre mínimo de 0,18 mm}

 

^{Diseño de Gestión Térmica}

^{Cobertura total de cobre en el área de la almohadilla térmica}

^{Uso recomendado de matrices de vías térmicas}

^{Asegurar rutas eficientes de conducción de calor}

 

^{Estándares de Verificación de Calidad}

^{Requisitos de Inspección Visual}

^{Coplanaridad del cable: ≤ 0,10 mm}

^{Precisión de alineación de la almohadilla: ± 0,05 mm}

^{Integridad del tratamiento de la superficie: Sin oxidación, sin contaminación}

 

^{Pruebas de Fiabilidad}

^{Ciclo de temperatura: -55℃ a +125℃}

^{Resistencia mecánica: Cumple con los estándares JEDEC}

^{Calidad de la soldadura: Certificado según IPC-A-610}

 

^{Este análisis de las dimensiones del paquete proporciona referencias mecánicas precisas para el diseño de PCB del LM193DR en entornos hostiles, lo que garantiza una fijación mecánica estable y una gestión térmica eficiente en aplicaciones de alta fiabilidad.}

 

 

^{VI. Configuración de Pines y Análisis Funcional}

 

^{Descripción General del Tipo de Paquete}

^{Paquetes estándar de 8 pines: Admite múltiples formatos de paquete, incluidos SOIC, VSOP, PDIP y TSSOP}

^{Paquetes mejorados térmicamente: Los modelos seleccionados cuentan con almohadillas térmicas en la parte inferior para una mejor disipación del calor}

 

^{Descripción Detallada de la Función del Pin}

^{Pines del Comparador del Canal 1}

^{Pin 1 (1OUT): Salida del Comparador A}

^{Estructura de salida de colector abierto}

^{Requiere una resistencia pull-up externa}

^{Voltaje de saturación de salida: 400 mV (típico)}

 

^{Pin 2 (1IN-): Entrada Inversora del Comparador A}

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

^{Corriente de polarización de entrada: 500 nA (máximo)}

 

^{Pin 3 (1IN+): Entrada No Inversora del Comparador A}

^{Rango de modo común de entrada: 0 V a Vcc-1,5 V}

 

^{Pines del Comparador del Canal 2}

^{Pin 7 (2OUT): Salida del Comparador B}

^{La misma estructura de colector abierto que 1OUT}

^{Capaz de impulsar de forma independiente diferentes cargas}

 

^{Pin 6 (2IN-): Entrada Inversora del Comparador B}

^{Pin 5 (2IN+): Entrada No Inversora del Comparador B}

 

^{Pines de Gestión de Energía}

^{Pin 8 (Vcc/V+): Entrada de Suministro Positivo}

^{Rango de voltaje de funcionamiento: 2 V a 36 V}

^{Compatible con configuración de suministro único o doble}

 

^{Pin 4 (GND): Terminal de Tierra/Suministro Negativo}

^{Conectado a tierra del sistema en modo de suministro único}

^{Conectado al riel de suministro negativo en modo de suministro doble}

 

Configuración de la Almohadilla del Disipador de Calor

 

 

^{Requisitos de Diseño Clave}

^{Debe estar conectado directamente al pin GND (Pin 4)}

^{La PCB debe proporcionar suficiente área de cobre para la disipación de calor}

^{Se recomiendan vías térmicas para mejorar la disipación de calor效果}

 

^{Parámetros de Características Eléctricas}

^{Rendimiento del Comparador}

^{Tiempo de respuesta: 1,3μs típico (sobremarcha de 5 mV)}

^{Voltaje de offset de entrada: ±2 mV máximo}

^{Ganancia de voltaje: 200 V/mV típico}

 

Entorno Operativo

Rango de temperatura: -55℃ a +125℃

Corriente de reposo: 0,8 mA/comparador (típico)

 

^{Notas de Aplicación de Diseño}

^{Recomendaciones de Configuración de Salida}

^{Valor de la resistencia pull-up: 1 kΩ a 10 kΩ}

^{Corriente de sumidero máxima: 16 mA (máximo absoluto)}

^{Las salidas se pueden conectar en paralelo para implementar la lógica AND cableada}

 

^{Requisitos de Desacoplamiento de la Fuente de Alimentación}

^{Se debe colocar un condensador cerámico de 0,1μF cerca del pin Vcc}

^{Se recomienda un condensador electrolítico adicional de 10μF para aplicaciones de alta frecuencia}

 

^{Este análisis de la configuración de pines proporciona una referencia técnica completa para el diseño de circuitos del LM193DR en entornos hostiles, como el control industrial y la electrónica automotriz, lo que garantiza una funcionalidad de comparación de voltaje estable y confiable.}