การลดความเสี่ยงในห่วงโซ่อุปทานมักจะมีความสำคัญต่ำเมื่อเริ่มโครงการใหม่ การจัดซื้ออุปกรณ์มักจะทำให้เป้าหมายล้มเหลว เช่น การนำคุณลักษณะใหม่ไปใช้ การปรับปรุง วงจรไฟฟ้า ความแม่นยํา ความแม่นยํา หรืออายุแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น
แต่ด้วยความคิดสร้างสรรค์และการคิดไปข้างหน้า การลดความเสี่ยงของห่วงโซ่อุปทานจึงเป็นไปได้ในระหว่างการเลือกอุปกรณ์ และเมื่อทำงานกับแผนผังและเลย์เอาต์ก่อนที่จะสร้างรายการวัสดุขั้นสุดท้าย (BOM) การเลือกส่วนประกอบในแพ็คเกจที่ทำงานในรูปแบบสองขั้นตอน คุณสามารถเพิ่มความยืดหยุ่นให้กับห่วงโซ่อุปทานและลดความเสี่ยงโดยการเพิ่มจำนวนอุปกรณ์ที่สามารถใช้ได้ในการออกแบบวงจรที่กำหนด
การเลือกอุปกรณ์รอยเท้าคู่
แม้ว่าแนวคิดนี้จะนำไปใช้กับอุปกรณ์และแพ็คเกจอุปกรณ์ประเภทต่างๆ มากมาย ในบทความนี้ ผมจะสำรวจแนวคิดแบบ dual-footprint ที่ใช้ประโยชน์จากเส้นตรงที่ออกกลางคันต่ำ เครื่องควบคุม (LDO) ในโครงร่างขนาดเล็ก ทรานซิสเตอร์ (SOT-23) และแพ็คเกจไม่มีตะกั่ว (X2SON) โครงร่างขนาดเล็กพิเศษ เนื่องจาก X2SON มีขนาดเล็กพอที่จะใส่ลงในรอยเท้า SOT-23 คุณจึงเพิ่มจำนวนส่วนประกอบที่รองรับโดยเค้าโครงแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เดียวกันได้เป็นสองเท่าโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดจริงของการออกแบบ
แพ็คเกจอื่นๆ หลายตัวสามารถทำงานในรูปแบบคู่โดยไม่ต้องใช้พื้นที่บอร์ดเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม หาก PCB มีพื้นที่เหลือเฟือ ก็เป็นไปได้ที่จะวางรอยเท้าทั้งสองข้างไว้ข้างกัน แทนที่จะวางทับกัน
สำหรับตัวอย่างนี้ สมมติว่าระบบได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ 5-V และจำเป็นต้องจ่ายไฟ 3.3 V ให้กับโหลดสูงสุด 100 mA เพื่อรักษาพลังงานสแตนด์บายต่ำสุดที่เป็นไปได้ สมมติว่าคุณจะใช้อุปกรณ์ภายนอก เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อปิดใช้งาน LDO ด้วยพินเปิดใช้งาน (EN) เพื่อออกแบบให้มีความยืดหยุ่นในห่วงโซ่อุปทาน จำเป็นต้องคิดหาวิธีต่างๆ ในการแก้ไขข้อกำหนดการออกแบบเฉพาะด้วยอุปกรณ์ให้ได้มากที่สุด ฉันจะสำรวจสามแนวทางที่แตกต่างกันซึ่งสามารถนำไปใช้ในการปรับปรุงความยืดหยุ่นของห่วงโซ่อุปทานของการออกแบบนี้ได้
ขั้นแรก ให้พิจารณาอุปกรณ์ประเภทต่างๆ ที่สามารถทำงานได้ในระบบ หากคุณเลือกอุปกรณ์ที่มีเอาต์พุตคงที่ มีอุปกรณ์ที่มีรอยเท้าที่คล้ายกันที่มีเอาต์พุตที่ปรับได้หรือไม่ TLV755P และ TLV758P จาก Texas Instruments (TI) แสดงใน รูป 1เป็นตัวอย่างที่ดีของ LDO เอาต์พุตคงที่และเอาต์พุตที่ปรับได้เกือบแบบพินต่อพินในแพ็คเกจ SOT-23
รูปที่ 1: TLV755P (ซ้าย) และ TLV758P (ขวา) pinouts (ที่มา: Texas Instruments) คลิกเพื่อดูภาพขนาดใหญ่
พินหมายเลข 4 ไม่ได้เชื่อมต่อ (NC) บนเอาต์พุตคงที่ TLV755P แต่จะเชื่อมต่อกับ ตัวต้านทาน ตัวแบ่งเพื่อกำหนดแรงดันเอาต์พุตบน TLV758P โดยใช้สมการที่ 1 โดยการเพิ่มรอยเท้าสำหรับตัวต้านทานป้อนกลับ การออกแบบสามารถรองรับวงจรรวม (IC) ที่แตกต่างกันสองวงจร แทนที่จะเป็นเพียงวงจรเดียว
ประการที่สอง ลองนึกถึงว่าอุปกรณ์ที่เลือกมาในแพ็คเกจหลายชุดหรือไม่ สำหรับตัวอย่างนี้ เรามาเน้นที่การลดปริมาณการใช้พลังงานในระบบระหว่างการเปิดและปิดเครื่องโดยการเลือกกลุ่ม LDOs ของตระกูล TPS25A7 กระแสไฟที่หยุดนิ่ง 02-nA ของ TI แผ่นข้อมูล TPS7A02 ยืนยันว่าแพ็คเกจ X1SON ขนาด 1 × 2 มม. มีขนาดเล็กพอที่จะใส่ระหว่างแผ่นรองของแพ็คเกจ SOT-23 และแผนภาพ pinout แสดงว่าเป็นไปได้ที่จะปรับทิศทาง X2SON เพื่อให้คุณสามารถเชื่อมต่อ VIN และโวลต์OUT ของ SOT-23 และ X2SON ร่วมกันในลักษณะที่จะทำให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียวกัน ไม่ว่าคุณจะใช้แพ็คเกจใดในการออกแบบขั้นสุดท้าย
ประการที่สาม พิจารณาว่ามีชิ้นส่วนที่เข้ากันได้แบบพินต่อพินที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงกันซึ่งคุณสามารถใช้เป็นทางเลือกได้หรือไม่ TPS7A02 เป็นแบบ pin-to-pin ที่เข้ากันได้กับ TI LDO อื่นๆ เช่น TPS7A03 และ TPS7A05 ด้วยการผสมผสานแนวทางปฏิบัติแบบสองขั้นตอนและการค้นหาทางเลือกแบบพินต่อพินที่ตรงตามข้อกำหนดของระบบ ขณะนี้การออกแบบของคุณสามารถรองรับ LDO ที่แตกต่างกันหกรายการซึ่งต่างจากหนึ่งรายการ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของห่วงโซ่อุปทาน
ตัวอย่างแผนผังและเลย์เอาต์
คล้ายกับแผนผังใด ๆ ที่คุณไม่ได้ติดตั้งตัวต้านทานหรือตัวเก็บประจุ (DNI) เพื่อเปิดใช้งานรูปแบบวงจรหลายแบบบน PCB เดียวกัน ไอซีสองตัวจะถูกวาดขนานกันดังที่แสดงใน รูป 2. ตามแนวทางปฏิบัติของ DNI มาตรฐาน จะมีเพียงอุปกรณ์เดียวเท่านั้นที่บรรจุอยู่บน PCB ที่ประกอบ
เอกสารข้อมูลแนะนำอินพุตเซรามิกขนาด 1 µF ที่ระบุ capacitor และตัวเก็บประจุเอาต์พุตที่กำหนดขนาด 1 µF พร้อมความจุขั้นต่ำที่มีประสิทธิผล 0.5 µF ซึ่งจำเป็นสำหรับความเสถียร บนแพ็คเกจ SOT-23 คุณสามารถปล่อยให้พิน NC ลอยหรือผูกอยู่กับกราวด์ (GND) ได้ ในตัวอย่างนี้ การผูกพิน NC เข้ากับ GND จะทำให้ชั้นกราวด์ด้านบนต่อเนื่องกันมากขึ้น และมีรอยตัดระหว่างตัวเก็บประจุอินพุต GND, IC GND และตัวเก็บประจุเอาต์พุต GND น้อยที่สุด
รูปที่ 2: ตัวอย่างแผนผัง Dual-footprint (ที่มา: Texas Instruments)
ดังที่แสดงไว้ รูป 3, แพ็คเกจ X2SON สามารถใส่ได้ระหว่างพินหมายเลข 1 และพินหมายเลข 5 (VIN และโวลต์OUT) ของแพ็คเกจ SOT-23 การวางแนวแพ็คเกจ X2SON เพื่อให้กระแสไหลจากVIN ถึง VOUT เหมือนกันในรุ่นใดรุ่นหนึ่งแทบไม่เพิ่มพื้นที่ให้กับรอยเท้าโดยรวมเนื่องจากขนาดบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก 1 × 1 มม.
รูปที่ 3: ตัวอย่างโครงร่างของแพ็คเกจ TPS7A02 SOT-23 และ X2SON แบบ dual-footprint (ที่มา: Texas Instruments)
รูป 3 แสดงบอร์ดสองชั้นที่มีจุดแวะกราวด์หลายจุด แต่คุณสามารถเพิ่มฟุตเทจของตัวเก็บประจุเอาท์พุตที่สองเพื่อลดพื้นที่วนรอบกระแสเอาต์พุตในกรณี X2SON คุณสามารถแยกสัญญาณ LDO_EN ด้วยคู่ของ Vias และเรียกใช้หนึ่งการติดตามที่ชั้นล่างไปยังแหล่งอื่นเพื่อควบคุมการจัดลำดับพลังงานหากจำเป็น พื้นที่ขนาดโซลูชันทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 4 × 7 มม. เมื่อใช้ตัวเก็บประจุอินพุตและเอาต์พุต 0603 ดังแสดงใน ตัวเลข 3 และ 4.
รูปที่ 4: โมเดล 3 มิติของการกำหนดค่ารอยเท้าคู่โดยติดตั้งแต่ละแพ็คเกจ (ที่มา: Texas Instruments)
สรุป
เมื่อพิจารณาขนาดของแพ็คเกจอุปกรณ์และทางเลือกที่เข้ากันได้กับ pin-to-pin และมีความยืดหยุ่นในการรองรับรูปแบบ PCB ที่หลากหลาย ลดความเสี่ยงของห่วงโซ่อุปทานในช่วงแรกสุดของการออกแบบ แม้ว่าฉันจะเน้นไปที่ความยืดหยุ่นในการออกแบบ LDO โดยเฉพาะ คุณสามารถใช้หลักการเดียวกันนี้กับส่วนประกอบต่างๆ ได้ ตราบใดที่คุณพิจารณาอย่างมีวิจารณญาณที่ขนาดบรรจุภัณฑ์และพินเอาต์ของอุปกรณ์ที่คุณเลือกสำหรับการออกแบบที่กำหนด
เกี่ยวกับ Texas Instruments