La riduzione del rischio della catena di approvvigionamento è in genere una priorità bassa quando si avvia un nuovo progetto. L'approvvigionamento di dispositivi spesso passa in secondo piano rispetto a obiettivi come l'implementazione di una nuova funzionalità, il miglioramento circuito accuratezza, precisione o aumento della durata della batteria.
Ma con un po' di creatività e lungimiranza, è possibile ridurre al minimo il rischio della catena di approvvigionamento durante la selezione dei dispositivi e quando si lavora su schemi e layout prima di generare una distinta base finale (BOM). Selezionando componenti in pacchetti che funzionano in un layout a doppia impronta, è possibile aggiungere maggiore flessibilità alla catena di approvvigionamento e ridurre i rischi aumentando il numero di dispositivi che possono essere utilizzati in un determinato progetto di circuito.
Selezione di un dispositivo a doppia impronta
Sebbene questo concetto si applichi a molti tipi diversi di dispositivi e pacchetti di dispositivi, in questo articolo esplorerò il concetto di doppio ingombro sfruttando un sistema lineare a basso dropout regolatore (LDO) in piccolo contorno Transistor (SOT-23) ed extra-small outline no-lead (X2SON). Poiché l'X2SON è sufficientemente piccolo da adattarsi all'ingombro del SOT-23, è possibile raddoppiare il numero di componenti supportati dallo stesso layout del circuito stampato (PCB) senza aumentare le dimensioni fisiche del progetto.
Più altri pacchetti potrebbero funzionare in un doppio layout senza occupare più spazio sulla scheda. Tuttavia, se c'è molto spazio sul PCB, è sempre possibile affiancare le due impronte anziché sovrapporle.
Per questo esempio, supponiamo che il sistema sia alimentato da una sorgente a 5 V e debba fornire 3.3 V a un carico massimo di 100 mA per mantenere la potenza di standby più bassa possibile. Supponiamo inoltre che utilizzerai un dispositivo esterno, come un microcontrollore, per disabilitare l'LDO con un pin di abilitazione (EN). Per progettare per la flessibilità della catena di fornitura, è necessario pensare a diversi modi per risolvere una specifica esigenza di progettazione con il maggior numero possibile di dispositivi. Esplorerò tre diversi approcci che possono essere utilizzati per migliorare la flessibilità della catena di approvvigionamento di questo design.
Innanzitutto, considera i diversi tipi di dispositivi che potrebbero funzionare nel sistema. Se selezioni un dispositivo a uscita fissa, c'è un dispositivo con un ingombro simile che ha un'uscita regolabile? TLV755P e TLV758P di Texas Instruments (TI), mostrato in Figure 1 , sono buoni esempi di LDO a uscita fissa e regolabile quasi compatibili pin-to-pin in un pacchetto SOT-23.
Figura 1: piedinatura TLV755P (sinistra) e TLV758P (destra) (Fonte: Texas Instruments) Fare clic per ingrandire l'immagine.
Il pin n. 4 non è collegato (NC) sull'uscita fissa TLV755P, ma sarebbe collegato a a Resistore divisore per impostare la tensione di uscita sul TLV758P utilizzando l'equazione 1. Aggiungendo le impronte per i resistori di retroazione, il design può supportare due diversi circuiti integrati (IC) invece di uno solo.
In secondo luogo, pensa se il dispositivo selezionato è disponibile in più pacchetti. Per questo esempio, concentriamoci sulla riduzione della quantità di consumo energetico nel sistema durante l'accensione e lo spegnimento selezionando la famiglia di LDO TPS25A7 a corrente di riposo da 02 nA di TI. La scheda tecnica TPS7A02 conferma che il pacchetto X1SON da 1 × 2 mm è abbastanza piccolo da adattarsi tra i pad del pacchetto SOT-23 e il diagramma dei piedini mostra che è possibile orientare l'X2SON in modo da poter collegare il VIN e VOUT del SOT-23 e dell'X2SON insieme in un modo che manterrà la corrente che scorre nella stessa direzione indipendentemente dal pacchetto utilizzato nel progetto finale.
Terzo, considera se ci sono parti compatibili pin-to-pin con prestazioni simili che potresti usare come alternative. Il TPS7A02 è compatibile pin-to-pin con molti altri LDO TI, come il TPS7A03 e il TPS7A05. Incorporando la pratica della doppia impronta e trovando alternative pin-to-pin che soddisfino i requisiti di sistema, il tuo design può ora supportare sei diversi LDO anziché uno, contribuendo a ridurre il rischio della catena di approvvigionamento.
Esempio schematico e di layout
Simile a qualsiasi schema in cui non si installano resistori o condensatori (DNI) per abilitare più varianti di circuito sullo stesso PCB, i due circuiti integrati sono disegnati in parallelo, come mostrato in Figure 2 . Seguendo la pratica DNI standard, un solo dispositivo viene popolato sul PCB assemblato.
La scheda tecnica consiglia un ingresso ceramico nominale da 1 µF condensatore e un condensatore di uscita nominale da 1 µF con una capacità minima effettiva di 0.5 µF richiesta per la stabilità. Sul pacchetto SOT-23 è possibile lasciare il pin NC flottante o collegato a terra (GND). In questo esempio, collegare il pin NC a GND fornisce uno strato di terra sul lato superiore più continuo e presenta ritagli minimi tra il condensatore di ingresso GND, l'IC GND e il condensatore di uscita GND.
Figura 2: Esempio schematico a doppia impronta (Fonte: Texas Instruments)
Come mostrato in Figure 3 , il pacchetto X2SON può essere inserito tra il pin n. 1 e il pin n. 5 (VIN e VOUT) del pacchetto SOT-23. Orientare il pacchetto X2SON in modo che la corrente fluisca da VIN a VOUT è lo stesso in entrambe le varianti non aggiunge praticamente alcuna area all'ingombro complessivo a causa delle dimensioni ridotte del pacchetto di 1 × 1 mm.
Figura 3: Esempio di layout dei pacchetti TPS7A02 SOT-23 e X2SON a doppia impronta (Fonte: Texas Instruments)
Figure 3 mostra una scheda a due strati con più vie di messa a terra, ma è possibile aggiungere un secondo ingombro del condensatore di uscita per ridurre l'area del circuito di corrente di uscita nel caso X2SON. È possibile interrompere il segnale LDO_EN con una coppia di via ed eseguire una traccia sul livello inferiore su un'altra sorgente per controllare il sequenziamento dell'alimentazione, se necessario. L'area della dimensione totale della soluzione risulta essere di circa 4 × 7 mm quando si utilizzano condensatori di ingresso e uscita 0603, come mostrato in Figure 3 e 4.
Figura 4: Modello 3D di una configurazione a doppia impronta con ogni pacchetto installato (Fonte: Texas Instruments)
Conclusione
Considerando le dimensioni dell'ingombro del pacchetto del dispositivo e le alternative compatibili pin-to-pin e avendo la flessibilità di supportare più varianti di costruzione PCB, è possibile ridurre il rischio della catena di approvvigionamento durante le prime fasi di un progetto. Anche se mi sono concentrato in modo specifico sulla flessibilità del design LDO, puoi applicare gli stessi principi a molti componenti, a patto di dare un'occhiata critica alle dimensioni del pacchetto e alla piedinatura dei dispositivi che stai selezionando per un determinato design.
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