Die Reduzierung des Lieferkettenrisikos hat in der Regel beim Start eines neuen Projekts eine geringe Priorität. Die Gerätebeschaffung rückt oft in den Hintergrund gegenüber Zielen wie der Implementierung einer neuen Funktion, Verbesserung Schaltung Genauigkeit, Präzision oder Verlängerung der Batterielebensdauer.
Aber mit etwas Kreativität und vorausschauendem Denken ist es möglich, das Lieferkettenrisiko während der Geräteauswahl und bei der Arbeit an Schaltplänen und Layout vor der Erstellung einer endgültigen Stückliste (BOM) zu minimieren. Durch die Auswahl von Komponenten in Paketen, die in einem Dual-Footprint-Layout funktionieren, können Sie der Lieferkette mehr Flexibilität verleihen und Risiken reduzieren, indem Sie die Anzahl der Geräte erhöhen, die in einem bestimmten Schaltungsdesign verwendet werden können.
Auswählen eines Dual-Footprint-Geräts
Während dieses Konzept auf viele verschiedene Arten von Geräten und Gerätepaketen anwendbar ist, werde ich in diesem Artikel das Dual-Footprint-Konzept untersuchen, das einen linearen Low-Dropout nutzt Regler (LDO) im Kleinformat Transistor (SOT-23) und Extra-Small Outline No-Lead (X2SON) Pakete. Da der X2SON klein genug ist, um in den SOT-23-Footprint zu passen, können Sie die Anzahl der Komponenten verdoppeln, die von demselben Leiterplatten-Layout (PCB) unterstützt werden, ohne die physische Größe des Designs zu erhöhen.
Mehrere andere Pakete könnten in einem Dual-Layout arbeiten, ohne mehr Platz auf der Platine zu beanspruchen. Wenn jedoch viel Platz auf der Leiterplatte vorhanden ist, ist es immer möglich, die beiden Footprints nebeneinander zu platzieren, anstatt sie übereinander zu legen.
Nehmen wir für dieses Beispiel an, dass das System von einer 5-V-Quelle gespeist wird und 3.3 V an eine maximale Last von 100 mA liefern muss, um die niedrigstmögliche Standby-Leistung aufrechtzuerhalten. Nehmen wir auch an, Sie verwenden ein externes Gerät wie einen Mikrocontroller, um das LDO mit einem Enable-Pin (EN) zu deaktivieren. Um die Flexibilität der Lieferkette zu gewährleisten, müssen verschiedene Möglichkeiten zur Lösung einer bestimmten Designanforderung mit so vielen Geräten wie möglich überlegt werden. Ich werde drei verschiedene Ansätze untersuchen, die verwendet werden können, um die Lieferkettenflexibilität dieses Designs zu verbessern.
Betrachten Sie zunächst die verschiedenen Gerätetypen, die im System funktionieren könnten. Wenn Sie ein Gerät mit festem Ausgang auswählen, gibt es ein Gerät mit ähnlicher Grundfläche, das über einen einstellbaren Ausgang verfügt? Der TLV755P und TLV758P von Texas Instruments (TI), abgebildet in Figure 1, sind gute Beispiele für nahezu Pin-zu-Pin-kompatible LDOs mit festem und einstellbarem Ausgang in einem SOT-23-Gehäuse.
Abbildung 1: TLV755P (links) und TLV758P (rechts) Pinbelegung (Quelle: Texas Instruments) Klicken für größeres Bild.
Pin Nr. 4 ist beim TLV755P mit festem Ausgang nicht verbunden (NC), würde aber an a Widerstand Teiler, um die Ausgangsspannung des TLV758P mit Gleichung 1 einzustellen. Durch Hinzufügen von Footprints für Rückkopplungswiderstände kann das Design zwei verschiedene integrierte Schaltkreise (ICs) anstelle von nur einem unterstützen.
Denken Sie zweitens darüber nach, ob das ausgewählte Gerät in mehreren Paketen geliefert wird. In diesem Beispiel konzentrieren wir uns auf die Reduzierung des Stromverbrauchs im System beim Ein- und Ausschalten, indem wir die 25-nA-Ruhestrom-TPS7A02-LDO-Familie von TI auswählen. Das Datenblatt TPS7A02 bestätigt, dass das 1 × 1-mm-X2SON-Gehäuse klein genug ist, um zwischen die Pads des SOT-23-Gehäuses zu passen, und das Pinbelegungsdiagramm zeigt, dass es möglich ist, das X2SON so auszurichten, dass Sie das V . anschließen könnenIN und VOUT des SOT-23 und des X2SON so zusammen, dass der Strom in die gleiche Richtung fließt, unabhängig davon, welches Gehäuse Sie im endgültigen Design verwenden.
Drittens, überlegen Sie, ob es Pin-zu-Pin-kompatible Teile mit ähnlicher Leistung gibt, die Sie als Alternative verwenden könnten. Der TPS7A02 ist Pin-to-Pin-kompatibel mit mehreren anderen TI LDOs, wie dem TPS7A03 und TPS7A05. Durch die Integration der Dual-Footprint-Praxis und das Finden von Pin-to-Pin-Alternativen, die die Systemanforderungen erfüllen, kann Ihr Design jetzt sechs verschiedene LDOs anstelle von einem unterstützen, was dazu beiträgt, das Lieferkettenrisiko zu reduzieren.
Schaltplan und Layoutbeispiel
Ähnlich wie bei jedem Schaltplan, bei dem Sie keine DNI-Widerstände oder Kondensatoren installieren müssen, um mehrere Schaltungsvarianten auf derselben Platine zu ermöglichen, werden die beiden ICs parallel gezeichnet, wie in gezeigt Figure 2. Gemäß der Standard-DNI-Praxis wird nur ein Gerät auf der bestückten Leiterplatte bestückt.
Das Datenblatt empfiehlt einen nominalen Keramikeingang von 1 µF Kondensator und ein nominaler 1-µF-Ausgangskondensator mit einer effektiven Mindestkapazität von 0.5 µF, die für die Stabilität erforderlich ist. Beim SOT-23-Gehäuse können Sie den NC-Pin frei belassen oder mit Masse (GND) verbinden. In diesem Beispiel sorgt die Verbindung des NC-Pins mit GND für eine kontinuierlichere Erdungsschicht auf der Oberseite und minimale Aussparungen zwischen dem GND des Eingangskondensators, dem GND des IC und dem GND des Ausgangskondensators.
Abbildung 2: Schematisches Beispiel für Dual-Footprint (Quelle: Texas Instruments)
Wie in gezeigt Figure 3, passt das X2SON-Gehäuse zwischen Pin Nr. 1 und Pin Nr. 5 (VIN und VOUT) des SOT-23-Pakets. Ausrichtung des X2SON-Pakets so, dass der Stromfluss von VIN zu VOUT ist in beiden Varianten gleich und fügt aufgrund der geringen Gehäusegröße von 1 × 1 mm praktisch keine Fläche zum Gesamt-Footprint hinzu.
Abbildung 3: Layout-Beispiel von TPS7A02 SOT-23- und X2SON-Paketen mit zwei Footprints (Quelle: Texas Instruments)
Figure 3 zeigt eine zweilagige Platine mit mehreren Massedurchkontaktierungen, aber Sie können einen zweiten Ausgangskondensator-Footprint hinzufügen, um die Ausgangsstromschleifenfläche im X2SON-Fall zu reduzieren. Sie können das LDO_EN-Signal mit einem Paar Vias ausbrechen und eine Spur auf der unteren Schicht zu einer anderen Quelle führen, um bei Bedarf die Leistungssequenzierung zu steuern. Die Gesamtgröße der Lösungsfläche beträgt bei Verwendung von 4 Eingangs- und Ausgangskondensatoren ca. 7 × 0603 mm, wie in gezeigt Zahlen und 3 4.
Abbildung 4: 3D-Modell einer Dual-Footprint-Konfiguration mit jedem installierten Paket (Quelle: Texas Instruments)
Fazit
Durch die Berücksichtigung der Abmessungen des Gerätegehäuses und Pin-to-Pin-kompatiblen Alternativen sowie der Flexibilität, mehrere PCB-Bauvarianten zu unterstützen, ist es möglich, das Lieferkettenrisiko in den frühesten Phasen eines Designs zu reduzieren. Obwohl ich mich speziell auf die Flexibilität des LDO-Designs konzentriert habe, können Sie die gleichen Prinzipien auf viele Komponenten anwenden, solange Sie die Gehäusegrößen und Pinbelegung der Geräte, die Sie für ein bestimmtes Design auswählen, kritisch prüfen.
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