【導(dǎo)讀】工程師們經(jīng)常面臨這樣的挑戰(zhàn):縮小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，或在相同數(shù)量的印刷電路板(PCB)空間內(nèi)包裝額外的功能。由于在較小的系統(tǒng)中PCB密度較高，設(shè)計(jì)人員可能會(huì)期望增加板布線和板布局的難度。
本文將探討模擬信號(hào)鏈產(chǎn)品，這些產(chǎn)品是專門為幫助工程師優(yōu)化電路板空間而開發(fā)的，并且不會(huì)犧牲其系統(tǒng)的特性、成本、簡(jiǎn)單性或可靠性。它的目的是幫助您了解如何利用這些設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)來為小空間開發(fā)緊湊、高性能的解決方案。
運(yùn)算放大器和比較器：封裝靈活
在模擬電路中，運(yùn)放放大器之所以受歡迎是由于它的通用性。運(yùn)放放大器使高性能和高穩(wěn)定的放大電路與很少的無源元件。這是我們開始討論的一個(gè)好地方，因?yàn)檫\(yùn)放組合有許多性能級(jí)別和獨(dú)特的包選項(xiàng)。
在德州儀器的案例中，op放大器提供了16種不同的封裝，包括行業(yè)最小的單通道和四通道封裝，為您提供多種選擇，以幫助減少PCB面積時(shí)，您需要它。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的小型設(shè)備相比，TI公司的0.8- 0.8 mm無引線(X2SON)單通道包要小13%，而其2.0- 2.0 mm特小QFN (X2QFN)包要小7%。
考慮TLV9061(單臺(tái))、TLV9062(雙臺(tái))和TLV9064(四臺(tái))設(shè)備，它們是低壓(1.8到5.5 V) op放大器，具有軌到軌的輸入和輸出擺動(dòng)功能。TLV9061在其X2SON封裝中，是一款小巧的單通道運(yùn)放，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)備小8%(圖1)。這種5.5 v運(yùn)放具有10 mhz增益帶寬和1.5 mv最大偏移電壓，為需要小占用空間和高電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)的低壓應(yīng)用提供了解決方案。
圖1. TLV9061是業(yè)內(nèi)最小的10mhz, 1.8- 5.5 v運(yùn)算放大器，僅占0.64 mm2。(來源:TI)
業(yè)內(nèi)最小的比較器
與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，比較器有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端和兩個(gè)電源引腳。比較器之所以得名，是因?yàn)樗容^應(yīng)用于其輸入的電壓，并根據(jù)輸入電平設(shè)置輸出電壓。一個(gè)輸入是主要輸入信號(hào)VIN，另一個(gè)輸入是參考信號(hào)VREF。這些輸入可以有直流和交流分量。
業(yè)內(nèi)最小的比較儀，TI公司的TLV7081，采用WCSP封裝，尺寸為0.7×0.7 mm(圖2)，比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品小4%。這款comparator的運(yùn)行電壓可降至1.7 V，因此它適用于對(duì)空間至關(guān)重要的設(shè)計(jì)，如智能手機(jī)和其他便攜式或電池供電的應(yīng)用程序。TLV7081的特點(diǎn)是輸入電壓范圍獨(dú)立于電源電壓。因此，比較器可以直接連接到電源是活躍的，即使它沒有動(dòng)力。
圖2. 圖示為TI TLV7081低壓比較器的功能框圖。(來源:TI)
最小的引線電流感應(yīng)放大器
隨著對(duì)系統(tǒng)智能和電力效率的需求持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)電流的更好監(jiān)測(cè)變得越來越重要。測(cè)量電流最常用的方法是檢測(cè)一個(gè)分流器或電流檢測(cè)電阻器上的電壓降。
TI的INA185電流檢測(cè)放大器采用尺寸為1.6×1.6 mm（2.5 mm 2）的小外形晶體管（SOT）-563封裝，比最接近的同類引線封裝小40％（圖3）。該器件專為空間受限的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可在-0.2至+26 V的共模電壓下感測(cè)電流檢測(cè)電阻兩端的壓降，而與電源電壓無關(guān)。
圖3.這是采用INA185的典型應(yīng)用電路。（來源：TI）
將電流檢測(cè)放大器與集成的電流檢測(cè)電阻器配合使用可簡(jiǎn)化電阻器選擇和PCB布局方面的困難。INA185在四個(gè)固定增益設(shè)備選項(xiàng)中集成了匹配的電阻增益網(wǎng)絡(luò)。放大器中匹配的電阻增益網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)低至0.2％的最大增益誤差，這有助于其在溫度和工藝變化范圍內(nèi)的性能。
INA185具有0.2％的增益誤差和2 µs的典型響應(yīng)時(shí)間，可進(jìn)行快速故障檢測(cè)以防止系統(tǒng)損壞。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：每平方毫米的價(jià)值更高
您可以使用小型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器顯著減少PCB占用面積，增加通道密度并利用其他組件和功能的更高集成度。例如，TI ADS7066是一種16位，8通道逐次逼近寄存器（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），封裝在一個(gè)封裝中，可實(shí)現(xiàn)最大的通道密度并節(jié)省電路板空間54％小于競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備。
ADS7066具有一個(gè)集成的無電容基準(zhǔn)電壓源和一個(gè)基準(zhǔn)電壓緩沖器，通過減少外部元件的數(shù)量來幫助減小整體解決方案的尺寸。ADS7066具有內(nèi)置失調(diào)校準(zhǔn)功能，可在較寬的工作條件下提高精度。ADS7066的八個(gè)通道可以分別配置為模擬輸入，數(shù)字輸入或數(shù)字輸出，從而實(shí)現(xiàn)了較小的系統(tǒng)尺寸并簡(jiǎn)化了混合信號(hào)反饋和數(shù)字控制的電路設(shè)計(jì)。
結(jié)論
得益于其封裝和工藝技術(shù)，TI能夠跨多個(gè)產(chǎn)品組合提供業(yè)界最小的設(shè)備。該公司的封裝包括傳統(tǒng)的 陶瓷 和含鉛選項(xiàng)以及先進(jìn)的芯片級(jí)封裝-四方扁平無鉛（QFN ），晶片芯片級(jí)封裝（WCSP ）或管芯尺寸球柵陣列（DSBGA ）-使用細(xì)間距導(dǎo)線鍵合和倒裝芯片互連，并提供SiP， 模塊，堆疊和嵌入式管芯格式。
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