Reduzir o risco da cadeia de suprimentos é normalmente uma prioridade baixa ao iniciar um novo projeto. A aquisição de dispositivos muitas vezes fica em segundo plano em relação a metas como a implementação de um novo recurso, melhorando o circuito exatidão, precisão ou aumento da vida útil da bateria.
Mas, com alguma criatividade e visão de futuro, é possível minimizar o risco da cadeia de suprimentos durante a seleção do dispositivo e ao trabalhar em esquemas e layout antes de gerar uma lista de materiais (BOM) final. Ao selecionar componentes em pacotes que funcionam em um layout de pegada dupla, você pode adicionar mais flexibilidade à cadeia de suprimentos e reduzir o risco, aumentando o número de dispositivos que podem ser usados em um determinado projeto de circuito.
Selecionando um dispositivo de pegada dupla
Embora este conceito se aplique a muitos tipos diferentes de dispositivos e pacotes de dispositivos, neste artigo explorarei o conceito de espaço duplo aproveitando um sistema linear de baixo abandono regulador (LDO) em contorno pequeno Transistor (SOT-23) e pacotes de esboço extra pequeno sem chumbo (X2SON). Como o X2SON é pequeno o suficiente para caber no espaço do SOT-23, você pode dobrar o número de componentes suportados pelo mesmo layout de placa de circuito impresso (PCB) sem aumentar o tamanho físico do design.
Vários outros pacotes podem funcionar em um layout duplo sem ocupar mais espaço da placa. No entanto, se houver muito espaço na placa de circuito impresso, é sempre possível colocar as duas pegadas lado a lado em vez de colocá-las uma em cima da outra.
Para este exemplo, vamos supor que o sistema seja alimentado por uma fonte de 5 V e precise fornecer 3.3 V a uma carga máxima de 100 mA para manter a energia de espera mais baixa possível. Vamos supor também que você usará um dispositivo externo, como um microcontrolador, para desabilitar o LDO com um pino de habilitação (EN). Para projetar para a flexibilidade da cadeia de suprimentos, é necessário pensar em maneiras diferentes de resolver um requisito de projeto específico com o maior número de dispositivos possível. Explorarei três abordagens diferentes que podem ser usadas para melhorar a flexibilidade da cadeia de suprimentos deste projeto.
Primeiro, considere os diferentes tipos de dispositivos que podem funcionar no sistema. Se você selecionar um dispositivo de saída fixa, existe um dispositivo com uma pegada semelhante que possui uma saída ajustável? O TLV755P e o TLV758P da Texas Instruments (TI), mostrado em Figura 1, são bons exemplos de LDOs de saída fixa e ajustável quase compatíveis pino a pino em um pacote SOT-23.
Figura 1: Pinagem TLV755P (esquerda) e TLV758P (direita) (Fonte: Texas Instruments) Clique para ampliar a imagem.
O pino nº 4 não está conectado (NC) no TLV755P de saída fixa, mas seria conectado a um Resistor divisor para definir a tensão de saída no TLV758P usando a Equação 1. Ao adicionar pegadas para resistores de feedback, o projeto pode suportar dois circuitos integrados diferentes (ICs) em vez de apenas um.
Em segundo lugar, pense se o dispositivo selecionado vem em vários pacotes. Para este exemplo, vamos nos concentrar na redução da quantidade de consumo de energia no sistema durante a ativação e o desligamento, selecionando a família de LDOs de corrente quiescente 25-nA da TI TPS7A02. A folha de dados TPS7A02 confirma que o pacote X1SON de 1 × 2 mm é pequeno o suficiente para caber entre as almofadas do pacote SOT-23, e o diagrama de pinagem mostra que é possível orientar o X2SON de forma que você possa conectar o VIN e VOUT do SOT-23 e do X2SON juntos de uma maneira que manterá a corrente fluindo na mesma direção, independentemente de qual pacote você usar no design final.
Terceiro, considere se há alguma peça compatível pino a pino com desempenho semelhante que você possa usar como alternativa. O TPS7A02 é compatível pino a pino com vários outros TI LDOs, como o TPS7A03 e o TPS7A05. Ao incorporar a prática de pegada dupla e encontrar alternativas pino a pino que atendam aos requisitos do sistema, seu projeto agora pode suportar seis LDOs diferentes em vez de um, ajudando a reduzir o risco da cadeia de suprimentos.
Esquemático e exemplo de layout
Semelhante a qualquer esquema em que você não instale (DNI) resistores ou capacitores para habilitar várias variantes de circuito no mesmo PCB, os dois ICs são desenhados em paralelo, conforme mostrado em Figura 2. Seguindo a prática DNI padrão, apenas um dispositivo é preenchido no PCB montado.
A folha de dados recomenda uma entrada cerâmica nominal de 1 µF capacitor e um capacitor de saída nominal de 1 µF com uma capacitância mínima efetiva de 0.5 µF necessária para estabilidade. No pacote SOT-23, você pode deixar o pino NC flutuando ou amarrado ao terra (GND). Neste exemplo, amarrar o pino NC ao GND fornece uma camada de aterramento superior mais contínua e tem cortes mínimos entre o capacitor de entrada GND, o IC GND e o capacitor de saída GND.
Figura 2: Exemplo esquemático de pegada dupla (Fonte: Texas Instruments)
Como mostrado em Figura 3, o pacote X2SON pode caber entre o pino nº 1 e o pino 5 (VIN e VOUT) do pacote SOT-23. Orientando o pacote X2SON de forma que o fluxo atual de VIN para VOUT é o mesmo em qualquer uma das variantes e não adiciona virtualmente nenhuma área à pegada geral devido ao tamanho pequeno da embalagem de 1 × 1 mm.
Figura 3: Exemplo de layout de pacotes TPS7A02 SOT-23 e X2SON de pegada dupla (Fonte: Texas Instruments)
Figura 3 mostra uma placa de duas camadas com múltiplas vias de aterramento, mas você pode adicionar uma segunda pegada do capacitor de saída para reduzir a área do loop de corrente de saída no caso do X2SON. Você pode interromper o sinal LDO_EN com um par de vias e executar um rastreamento na camada inferior para outra fonte para controlar o sequenciamento de energia, se necessário. O tamanho da área total da solução acaba sendo de aproximadamente 4 × 7 mm ao usar capacitores de entrada e saída 0603, conforme mostrado em Figuras 3 e 4.
Figura 4: modelo 3D de uma configuração de pegada dupla com cada pacote instalado (Fonte: Texas Instruments)
Conclusão
Considerando o tamanho da pegada do pacote do dispositivo e alternativas compatíveis pino a pino, e tendo a flexibilidade para suportar múltiplas variantes de construção de PCB, é possível reduzir o risco da cadeia de suprimentos durante os primeiros estágios de um projeto. Embora eu tenha me concentrado especificamente na flexibilidade do projeto LDO, você pode aplicar os mesmos princípios a muitos componentes, contanto que dê uma olhada crítica nos tamanhos de pacote e pinagem dos dispositivos que você está selecionando para um determinado projeto.
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