Leiterplattentechnisch - Wie reduziert man den Leiterplattenraum mit dem kleinsten Gerät?

Ingenieure stehen oft vor der Herausforderung, Systemdesigns zu schrumpfen oder zusätzliche Funktionen in der gleichen Menge an Leiterplatte(PCB) space. Aufgrund der höheren PCB Dichte in kleineren Systemen, Designer können erwarten, die Schwierigkeit des Leiterplattenroutings und des Leiterplattenlayouts zu erhöhen.

In diesem Artikel werden analoge Signalkettenprodukte untersucht, die speziell entwickelt wurden, um Ingenieuren dabei zu helfen, den Platinenraum zu optimieren, ohne dabei die Eigenschaften, Kosten, Einfachheit oder Zuverlässigkeit ihrer Systeme zu beeinträchtigen. Sie soll Ihnen helfen zu verstehen, wie Sie die Vorteile dieser Geräte nutzen können, um kompakte, leistungsstarke Lösungen für kleine Räume zu entwickeln.

1. Operationsverstärker und Komparator: flexible Verpackung

In analogen Schaltungen sind OP-Verstärker wegen ihrer Vielseitigkeit beliebt. Der Operationsverstärker bildet eine leistungsstarke und hochstabile Verstärkerschaltung mit wenigen passiven Komponenten. Dies ist ein guter Ort, um die Diskussion zu beginnen, denn die OP-Amp-Kombination hat viele Leistungsstufen und einzigartige Paketoptionen.

Im Fall von Texas Instruments, Der OP-Verstärker bietet 16 verschiedene Pakete, inklusive der kleinsten Ein- und Vierkanalpakete der Branche, Bereitstellung mehrerer Optionen, um zu helfen, die PCB Bereich, wenn Sie es brauchen. Im Vergleich zu Mitbewerbern kleine Geräte, TI's 0.8-0.8 mm leadless (X2SON) single-channel package is 13% smaller, und seine 2.0-2.0 mm extra small QFN (X2QFN) package is 7% smaller.

Betrachten Sie TLV9061 (Einzeleinheit), TLV9062 (Doppeleinheit) und TLV9064 (vier Einheiten), bei denen es sich um Niederspannungsverstärker (1.8 bis 5.5 V) mit Rail-to-Rail Ein- und Ausgangsschwingfunktionen handelt. TLV9061 ist ein kompakter Einkanal-OP-Verstärker in seinem X2SON-Paket, das 8% kleiner als Konkurrenzgeräte ist. Dieser 5,5 V-OP-Verstärker hat eine Verstärkungsbreite von 10 mhz und eine maximale Offset-Spannung von 1,5 mv und bietet eine Lösung für Niederspannungsanwendungen, die eine kleine Stellfläche und einen kapazitiven Lastantrieb erfordern.

2. Der kleinste Komparator der Branche

Ähnlich wie ein Standard-OP-Verstärker verfügt der Komparator über zwei Eingangsklemmen, eine Ausgangsklemme und zwei Netzteilpins. Der Komparator erhält seinen Namen, weil er die an seinen Eingang angelegte Spannung vergleicht und die Ausgangsspannung basierend auf dem Eingangspegel einstellt.

Ein Eingang ist das Haupteingangssignal VIN, und der andere Eingang ist das Referenzsignal VREF. Diese Eingänge können DC- und AC-Komponenten haben.

Der kleinste Komparator der Industrie, TI TLV7081, ist in WCSP mit einer Größe von 0,7*0,7 mm verpackt, was 4% kleiner ist als Konkurrenzprodukte. Die Betriebsspannung dieses Komparators kann auf 1,7 V reduziert werden, so dass er für platzkritische Designs wie Smartphones und andere tragbare oder batteriebetriebene Anwendungen geeignet ist. Das Merkmal des TLV7081 ist, dass der Eingangsspannungsbereich unabhängig von der Netzspannung ist.

Somit kann der Komparator direkt an das Netzteil angeschlossen werden, um aktiv zu sein, auch wenn es nicht mit Strom versorgt wird.

3. Der kleinste Bleistrom Sinnesverstärker

Da die Nachfrage nach Systemintelligenz und Energieeffizienz weiter steigt, wird eine bessere Überwachung kritischer Systemströme immer wichtiger. Die gängigste Methode zur Strommessung besteht darin, den Spannungsabfall über einen Shunt- oder Strommesswiderstand zu erkennen.

Der Stromsensorverstärker INA185 von TI verwendet ein kleines Transistor (SOT)-563-Gehäuse mit einer Größe von 1.6*1.6 mm (2.5 mm 2), das 40% kleiner ist als das nächstgelegene ähnliche Leitungspaket.

Das Gerät ist für platzbeschränkte Anwendungen ausgelegt und kann den Spannungsabfall über den Strommesswiderstand bei einer Gleichtaktspannung von -0,2 bis +26 V erfassen, unabhängig von der Versorgungsspannung.

Die Verwendung eines Strommessverstärkers mit integriertem Strommesswiderstand vereinfacht die Widerstandswahl und Leiterplattenlayout difficulties. INA185 integriert ein angepasstes resistives Gain-Netzwerk in vier Optionen mit fester Verstärkung.

Das abgestimmte Widerstandsgewinnnetz im Verstärker kann einen maximalen Verstärkungsfehler bis zu 0,2%, erreichen, was seine Leistung im Bereich der Temperatur- und Prozessschwankungen unterstützt.

Der INA185 hat einen Verstärkungsfehler von 0,2% und eine typische Ansprechzeit von 2 µs, was eine schnelle Fehlererkennung zur Vermeidung von Systemschäden ermöglicht.

4. Datenkonverter: höherer Wert pro Quadratmillimeter

Sie können kleine Datenkonverter verwenden, um den PCB-Footprint deutlich zu reduzieren, die Kanaldichte zu erhöhen und die Vorteile einer höheren Integration anderer Komponenten und Funktionen zu nutzen.

Zum Beispiel ist TI ADS7066 ein 16-Bit, 8-Kanal Sukzessive Approximation Register (SAR) Analog-Digital Konverter (ADC), der in einem Paket verpackt ist, die maximale Kanaldichte erreichen und Platz auf der Platine 54% weniger als Konkurrenzgeräte sparen kann.

ADS7066 verfügt über eine integrierte Nicht-Kapazitäts-Referenzspannungsquelle und einen Referenzspannungspuffer, indem die Anzahl der externen Komponenten reduziert wird, um die Größe der Gesamtlösung zu reduzieren. ADS7066 hat eine eingebaute Offset-Kalibrierfunktion, die die Genauigkeit unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen verbessern kann.

Die acht Kanäle des ADS7066 können als Analogeingang, Digitaleingang oder Digitalausgang konfiguriert werden, wodurch eine kleinere Systemgröße erreicht und das Schaltungsdesign von Mischsignalrückmeldung und digitaler Steuerung vereinfacht wird.

5 Schlussfolgerung

Leiterplattenfabrik packaging should include traditional ceramic and lead-containing options as well as advanced chip scale packaging-quad flat lead-free (QFN), chip chip scale packaging (WCSP) or die size ball grid array (DSBGA) using fine pitch wire bonds Hehe Flip Chip Interconnect, und SiP zur Verfügung stellen, Modul, gestapelte und eingebettete Formenformate.