Het verminderen van het supply chain-risico heeft doorgaans een lage prioriteit bij het starten van een nieuw project. De aanschaf van apparaten neemt vaak een achterbank in voor doelen zoals de implementatie van een nieuwe functie, het verbeteren van circuit nauwkeurigheid, precisie of een langere levensduur van de batterij.
Maar met wat creativiteit en vooruitdenken is het mogelijk om het supply chain-risico te minimaliseren tijdens de apparaatselectie en bij het werken aan schema's en lay-out voordat een definitieve stuklijst (BOM) wordt gegenereerd. Door componenten in pakketten te selecteren die werken in een lay-out met twee voetafdrukken, kunt u meer flexibiliteit toevoegen aan de toeleveringsketen en het risico verminderen door het aantal apparaten te vergroten dat in een bepaald circuitontwerp kan worden gebruikt.
Een apparaat met dubbele voetafdruk selecteren
Hoewel dit concept van toepassing is op veel verschillende soorten apparaten en apparaatpakketten, zal ik in dit artikel het dual-footprint-concept onderzoeken, waarbij gebruik wordt gemaakt van een lineaire benadering met lage uitval. regelaar (LDO) in kleine omtrek Transistor (SOT-23) en extra-small outline no-lead (X2SON) pakketten. Omdat de X2SON klein genoeg is om in de SOT-23-footprint te passen, kunt u het aantal componenten dat wordt ondersteund door dezelfde printplaat-layout (PCB) verdubbelen zonder de fysieke afmetingen van het ontwerp te vergroten.
Meerdere andere pakketten zouden in een dubbele lay-out kunnen werken zonder meer bordruimte in beslag te nemen. Als er echter voldoende ruimte op de printplaat is, is het altijd mogelijk om de twee footprints naast elkaar te plaatsen in plaats van ze op elkaar te plaatsen.
Laten we voor dit voorbeeld aannemen dat het systeem wordt gevoed door een 5-V-bron en 3.3 V moet leveren tot een maximale belasting van 100 mA om het laagst mogelijke stand-byvermogen te behouden. Laten we er ook van uitgaan dat u een extern apparaat, zoals een microcontroller, gaat gebruiken om de LDO uit te schakelen met een enable (EN) pin. Om te ontwerpen voor supply chain-flexibiliteit, is het noodzakelijk om na te denken over verschillende manieren om een specifieke ontwerpvereiste met zoveel mogelijk apparaten op te lossen. Ik zal drie verschillende benaderingen onderzoeken die kunnen worden gebruikt om de supply chain-flexibiliteit van dit ontwerp te verbeteren.
Overweeg eerst de verschillende soorten apparaten die in het systeem zouden kunnen werken. Als u een apparaat met een vast uitgangsvermogen selecteert, is er dan een apparaat met een vergelijkbare footprint met een instelbare uitgang? De TLV755P en TLV758P van Texas Instruments (TI), getoond in Figuur 1, zijn goede voorbeelden van bijna pin-to-pin-compatibele LDO's met vaste en instelbare output in een SOT-23-pakket.
Figuur 1: TLV755P (links) en TLV758P (rechts) pinouts (Bron: Texas Instruments) Klik voor grotere afbeelding.
Pin nr. 4 is niet aangesloten (NC) op de TLV755P met vaste uitgang, maar zou worden aangesloten op een Weerstand verdeler om de uitgangsspanning op de TLV758P in te stellen met behulp van vergelijking 1. Door footprints voor feedbackweerstanden toe te voegen, kan het ontwerp twee verschillende geïntegreerde circuits (IC's) ondersteunen in plaats van slechts één.
Ten tweede, bedenk of het geselecteerde apparaat in meerdere pakketten wordt geleverd. Laten we ons voor dit voorbeeld concentreren op het verminderen van het stroomverbruik in het systeem tijdens het in- en uitschakelen door TI's 25-nA ruststroom TPS7A02-familie van LDO's te selecteren. Het TPS7A02-gegevensblad bevestigt dat het 1 × 1-mm X2SON-pakket klein genoeg is om tussen de pads van het SOT-23-pakket te passen, en het pinout-diagram laat zien dat het mogelijk is om de X2SON zo te oriënteren dat u de V kunt aansluitenIN en VOUT van de SOT-23 en X2SON samen op een manier die ervoor zorgt dat de stroom in dezelfde richting blijft stromen, ongeacht welk pakket u in het uiteindelijke ontwerp gebruikt.
Ten derde, overweeg of er pin-to-pin-compatibele onderdelen zijn met vergelijkbare prestaties die u als alternatief zou kunnen gebruiken. De TPS7A02 is pin-to-pin compatibel met verschillende andere TI LDO's, zoals de TPS7A03 en TPS7A05. Door de dual-footprint-praktijk te integreren en pin-to-pin-alternatieven te vinden die voldoen aan de systeemvereisten, kan uw ontwerp nu zes verschillende LDO's ondersteunen in plaats van één, waardoor het supply chain-risico wordt verminderd.
Schema en lay-outvoorbeeld
Net als bij elk schema waarbij u geen (DNI) weerstanden of condensatoren installeert om meerdere circuitvarianten op dezelfde PCB mogelijk te maken, worden de twee IC's parallel getekend, zoals weergegeven in Figuur 2. Volgens de standaard DNI-praktijk wordt er slechts één apparaat op de geassembleerde PCB geplaatst.
Het gegevensblad beveelt een nominale keramische ingang van 1 µF aan condensator en een nominale uitgangscondensator van 1 µF met een effectieve minimale capaciteit van 0.5 µF, vereist voor stabiliteit. Op het SOT-23-pakket kunt u de NC-pin zwevend laten of aan aarde (GND) binden. In dit voorbeeld zorgt het verbinden van de NC-pin met GND voor een meer continue aardlaag aan de bovenzijde en minimale uitsnijdingen tussen ingangscondensator GND, de IC GND en de uitgangscondensator GND.
Figuur 2: Schematisch voorbeeld met dubbele voetafdruk (Bron: Texas Instruments)
Zoals getoond in Figuur 3, het X2SON-pakket past tussen pin nr. 1 en pin nr. 5 (VIN en VOUT) van het SOT-23-pakket. Het X2SON-pakket zodanig oriënteren dat de stroom van VIN naar VOUT is hetzelfde in beide varianten voegt vrijwel geen gebied toe aan de totale voetafdruk vanwege de kleine verpakkingsgrootte van 1 × 1 mm.
Afbeelding 3: Lay-outvoorbeeld van TPS7A02 SOT-23- en X2SON-pakketten met dubbele voetafdruk (Bron: Texas Instruments)
Figuur 3 toont een tweelaags bord met meerdere aarde via's, maar u kunt een tweede uitgangscondensatorvoetafdruk toevoegen om het uitgangsstroomlusgebied in de X2SON-behuizing te verkleinen. U kunt het LDO_EN-signaal doorbreken met een paar via's en een spoor op de onderste laag naar een andere bron laten lopen om de stroomsequencing indien nodig te regelen. Het totale oppervlak van de oplossing wordt ongeveer 4 × 7 mm bij gebruik van 0603 ingangs- en uitgangscondensatoren, zoals weergegeven in Cijfers 3 en 4.
Afbeelding 4: 3D-model van een configuratie met dubbele voetafdruk met elk geïnstalleerd pakket (Bron: Texas Instruments)
Conclusie
Door rekening te houden met de afmetingen van het apparaatpakket en pin-to-pin-compatibele alternatieven, en door de flexibiliteit te hebben om meerdere PCB-buildvarianten te ondersteunen, is het mogelijk om het supply chain-risico tijdens de vroegste stadia van een ontwerp te verminderen. Hoewel ik me specifiek heb gericht op LDO-ontwerpflexibiliteit, kun je dezelfde principes toepassen op veel componenten, zolang je maar kritisch kijkt naar de pakketgroottes en pinouts van de apparaten die je selecteert voor een bepaald ontwerp.
over Texas Instruments