PCB Tecnico - Come ridurre lo spazio della scheda PCB con il dispositivo più piccolo?

Gli ingegneri spesso affrontano la sfida di restringere i progetti del sistema o imballare funzioni aggiuntive nella stessa quantità di spazio del circuito stampato (PCB). A causa della maggiore densità PCB nei sistemi più piccoli, i progettisti possono aspettarsi di aumentare la difficoltà di routing e layout della scheda.

Questo articolo esplorerà i prodotti della catena di segnale analogica specificamente sviluppati per aiutare gli ingegneri a ottimizzare lo spazio della scheda senza sacrificare le caratteristiche, i costi, la semplicità o l'affidabilità dei loro sistemi. Il suo scopo è quello di aiutarvi a capire come utilizzare i vantaggi di questi dispositivi per sviluppare soluzioni compatte e ad alte prestazioni per piccoli spazi.

1. amplificatore operativo e comparatore: imballaggio flessibile

Nei circuiti analogici, gli amplificatori op sono popolari a causa della loro versatilità. L'amplificatore operativo crea un circuito di amplificazione ad alte prestazioni e ad alta stabilità con pochi componenti passivi. Questo è un buon punto per iniziare la discussione, perché la combinazione di amplificatori op ha molti livelli di prestazioni e opzioni di pacchetto uniche.

Nel caso di Texas Instruments, l'amplificatore op fornisce 16 pacchetti diversi, tra cui i più piccoli pacchetti a canale singolo e a quattro canali del settore, fornendo molteplici opzioni per aiutare a ridurre l'area PCB quando ne avete bisogno. Rispetto ai piccoli dispositivi concorrenti, il pacchetto a canale singolo TI€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€0.8 mm (X2SON) è il 13% più piccolo, Il suo pacchetto QFN (X2QFN) extra small da 2,0-2,0 mm è più piccolo del 7%.

Consideriamo i dispositivi TLV9061 (unità singola), TLV9062 (unità doppia) e TLV9064 (quattro unità), che sono amplificatori op a bassa tensione (da 1,8 a 5,5 V) con funzioni di ingresso e uscita rail-to-rail swing. TLV9061 è un amplificatore op monocanale compatto nel suo pacchetto X2SON, che è 8% più piccolo rispetto ai dispositivi concorrenti. Questo amplificatore op 5,5 v ha una larghezza di banda di guadagno di 10 mhz e una tensione di offset massima di 1,5 mv, fornendo una soluzione per applicazioni a bassa tensione che richiedono un ingombro ridotto e un'elevata capacità di carico.

2. Il più piccolo comparatore del settore

Simile ad un amplificatore op standard, il comparatore ha due terminali di ingresso, un terminale di uscita e due pin di alimentazione. Il comparatore prende il suo nome perché confronta la tensione applicata al suo ingresso e imposta la tensione in uscita in base al livello di ingresso.

Un ingresso è il VIN principale del segnale di ingresso e l'altro ingresso è il segnale di riferimento VREF. Questi ingressi possono avere componenti DC e AC.

Il comparatore più piccolo del settore, TI€€7081, è confezionato in WCSP con una dimensione di 0,7 * 0,7 mm, che è del 4% più piccolo dei prodotti concorrenti. La tensione di funzionamento di questo comparatore può essere ridotta a 1,7 V, quindi è adatto per progetti critici per lo spazio come smartphone e altre applicazioni portatili o alimentate a batteria. La caratteristica di TLV7081 è che la gamma di tensione in ingresso è indipendente dalla tensione di alimentazione.

Pertanto, il comparatore può essere collegato direttamente all'alimentatore per essere attivo, anche se non è alimentato.

3. Il più piccolo amplificatore di senso della corrente di piombo

Man mano che la domanda di intelligenza del sistema e di efficienza energetica continua a crescere, un migliore monitoraggio delle correnti critiche del sistema diventa sempre più importante. Il metodo più comune per misurare la corrente è quello di rilevare la caduta di tensione attraverso uno shunt o una resistenza di senso corrente.

L'amplificatore a senso di corrente INA185 di TI adotta un pacchetto a transistor a profilo ridotto (SOT)-563 con una dimensione di 1,6 * 1,6 mm (2,5 mm 2), che è del 40% più piccolo del pacchetto di cavi simili più vicino.

Il dispositivo è progettato per applicazioni a spazio limitato e può percepire la caduta di tensione attraverso la resistenza di senso corrente a una tensione in modalità comune da -0,2 a +26 V, indipendentemente dalla tensione di alimentazione.

L'utilizzo di un amplificatore a senso corrente con una resistenza integrata a senso corrente può semplificare la selezione della resistenza e le difficoltà di layout PCB. INA185 integra una rete di guadagno resistivo abbinata in quattro opzioni di dispositivo a guadagno fisso.

La rete di guadagno di resistenza abbinata nell'amplificatore può raggiungere un errore di guadagno massimo fino allo 0,2%, che aiuta le sue prestazioni all'interno della gamma di variazioni di temperatura e di processo.

L'INA185 ha un errore di guadagno dello 0,2% e un tempo di risposta tipico di 2 µs, che consente un rilevamento rapido dei guasti per prevenire danni al sistema.

4. Convertitore di dati: valore più alto per millimetro quadrato

È possibile utilizzare piccoli convertitori di dati per ridurre significativamente l'impronta PCB, aumentare la densità del canale e sfruttare una maggiore integrazione di altri componenti e funzioni.

Ad esempio, TI ADS7066 è un convertitore analogico-digitale (ADC) a 16 bit a 8 canali (SAR), confezionato in un pacchetto, in grado di raggiungere la densità massima del canale e risparmiare spazio sulla scheda 54% in meno rispetto ai dispositivi concorrenti.

ADS7066 ha una sorgente di tensione di riferimento non-capacità integrata e un buffer di tensione di riferimento, riducendo il numero di componenti esterni per contribuire a ridurre le dimensioni della soluzione globale. ADS7066 ha una funzione di calibrazione offset integrata, che può migliorare la precisione in una vasta gamma di condizioni operative.

Gli otto canali di ADS7066 possono essere configurati rispettivamente come ingresso analogico, ingresso digitale o uscita digitale, ottenendo così una dimensione di sistema più piccola e semplificando la progettazione del circuito di feedback del segnale misto e controllo digitale.

5 Conclusione

Gli imballaggi per la fabbrica di PCB dovrebbero includere le opzioni tradizionali in ceramica e piombo, nonché l'imballaggio avanzato in scala chip-quad flat lead-free (QFN), chip chip scale (WCSP) o die size ball grid array (DSBGA) utilizzando legami a passo fine Hehe Flip Chip Interconnect e fornire SiP, modulo, formati di matrice impilati e incorporati.