Giảm rủi ro chuỗi cung ứng thường không được ưu tiên cao khi bắt đầu một dự án mới. Việc mua sắm thiết bị thường xếp sau các mục tiêu như triển khai tính năng mới, cải thiện mạch độ chính xác, độ chính xác hoặc tăng tuổi thọ pin.
Nhưng với một chút sáng tạo và tư duy cầu tiến, bạn có thể giảm thiểu rủi ro chuỗi cung ứng trong quá trình lựa chọn thiết bị cũng như khi làm việc trên sơ đồ và bố cục trước khi tạo hóa đơn nguyên liệu cuối cùng (BOM). Bằng cách chọn các thành phần trong gói hoạt động theo bố cục dấu chân kép, bạn có thể tăng thêm tính linh hoạt cho chuỗi cung ứng và giảm rủi ro bằng cách tăng số lượng thiết bị có thể được sử dụng trong một thiết kế mạch nhất định.
Chọn thiết bị dấu chân kép
Mặc dù khái niệm này áp dụng cho nhiều loại thiết bị và gói thiết bị khác nhau, nhưng trong bài viết này, tôi sẽ khám phá khái niệm dấu chân kép tận dụng tuyến tính có tỷ lệ bỏ cuộc thấp. điều chỉnh (LDO) ở dạng phác thảo nhỏ Transistor (SOT-23) và các gói không chì có đường viền cực nhỏ (X2SON). Vì X2SON đủ nhỏ để vừa với kích thước SOT-23 nên bạn có thể tăng gấp đôi số lượng linh kiện được hỗ trợ bởi cùng một bố cục bảng mạch in (PCB) mà không cần tăng kích thước vật lý của thiết kế.
Nhiều gói khác có thể hoạt động theo bố cục kép mà không chiếm nhiều không gian bảng. Tuy nhiên, nếu có nhiều không gian trên PCB, bạn luôn có thể đặt hai dấu chân cạnh nhau thay vì đặt chúng chồng lên nhau.
Trong ví dụ này, giả sử rằng hệ thống được cấp nguồn từ nguồn 5-V và cần cung cấp 3.3 V cho tải tối đa 100 mA để duy trì nguồn điện dự phòng thấp nhất có thể. Cũng giả sử bạn sẽ sử dụng một thiết bị bên ngoài, như bộ vi điều khiển, để tắt LDO bằng chân bật (EN). Để thiết kế mang lại tính linh hoạt cho chuỗi cung ứng, cần phải suy nghĩ về các cách khác nhau để giải quyết yêu cầu thiết kế cụ thể với càng nhiều thiết bị càng tốt. Tôi sẽ khám phá ba cách tiếp cận khác nhau có thể được sử dụng để cải thiện tính linh hoạt của chuỗi cung ứng trong thiết kế này.
Đầu tiên, hãy xem xét các loại thiết bị khác nhau có thể hoạt động trong hệ thống. Nếu bạn chọn một thiết bị đầu ra cố định, có thiết bị nào có kích thước tương tự mà có đầu ra có thể điều chỉnh được không? TLV755P và TLV758P của Texas Instruments (TI), được hiển thị trong Hình 1, là những ví dụ điển hình về LDO đầu ra cố định và có thể điều chỉnh gần như tương thích pin-to-pin trong gói SOT-23.
Hình 1: Sơ đồ chân TLV755P (trái) và TLV758P (phải) (Nguồn: Texas Instruments) Nhấp vào để xem hình ảnh lớn hơn.
Chân số 4 không được kết nối (NC) trên TLV755P đầu ra cố định, nhưng sẽ được kết nối với một Điện trở bộ chia để đặt điện áp đầu ra trên TLV758P bằng Phương trình 1. Bằng cách thêm dấu chân cho điện trở phản hồi, thiết kế có thể hỗ trợ hai mạch tích hợp (IC) khác nhau thay vì chỉ một.
Thứ hai, hãy suy nghĩ xem liệu thiết bị đã chọn có có nhiều gói hay không. Trong ví dụ này, hãy tập trung vào việc giảm lượng điện năng tiêu thụ trong hệ thống trong quá trình bật và tắt nguồn bằng cách chọn dòng TPS25A7 dòng tĩnh 02-nA của TI. Bảng dữ liệu TPS7A02 xác nhận rằng gói X1SON 1 × 2 mm đủ nhỏ để vừa giữa các miếng đệm của gói SOT-23 và sơ đồ chân ra cho thấy có thể định hướng X2SON sao cho bạn có thể kết nối VIN và VOUT của SOT-23 và X2SON theo cách giữ cho dòng điện chạy theo cùng một hướng bất kể bạn sử dụng gói nào trong thiết kế cuối cùng.
Thứ ba, hãy cân nhắc xem có bất kỳ bộ phận nào tương thích với pin-to-pin có hiệu suất tương tự mà bạn có thể sử dụng làm vật thay thế hay không. TPS7A02 tương thích pin-to-pin với một số LDO TI khác, chẳng hạn như TPS7A03 và TPS7A05. Bằng cách kết hợp thực hành dấu chân kép và tìm các giải pháp thay thế pin-to-pin đáp ứng yêu cầu hệ thống, thiết kế của bạn giờ đây có thể hỗ trợ sáu LDO khác nhau thay vì một LDO, giúp giảm rủi ro chuỗi cung ứng.
Ví dụ về sơ đồ và bố cục
Tương tự như bất kỳ sơ đồ nào mà bạn không lắp điện trở hoặc tụ điện (DNI) để kích hoạt nhiều biến thể mạch trên cùng một PCB, hai IC được vẽ song song, như minh họa trong hình. Hình 2. Theo thông lệ DNI tiêu chuẩn, chỉ có một thiết bị được lắp đặt trên PCB đã lắp ráp.
Bảng dữ liệu khuyến nghị đầu vào gốm 1-µF danh nghĩa tụ và tụ điện đầu ra 1-µF danh nghĩa có điện dung hiệu dụng tối thiểu là 0.5 µF cần thiết để đảm bảo độ ổn định. Trên gói SOT-23, bạn có thể để chân NC nổi hoặc buộc xuống đất (GND). Trong ví dụ này, việc buộc chân NC vào GND sẽ tạo ra lớp nối đất phía trên liên tục hơn và có khoảng cách tối thiểu giữa tụ điện đầu vào GND, IC GND và tụ điện đầu ra GND.
Hình 2: Ví dụ về sơ đồ dấu chân kép (Nguồn: Texas Instruments)
Như được hiển thị trong Hình 3, gói X2SON có thể vừa với chân số 1 và chân số 5 (VIN và VOUT) của gói SOT-23. Định hướng gói X2SON sao cho dòng điện từ VIN đến VOUT giống nhau ở cả hai biến thể, hầu như không có diện tích nào trên tổng diện tích do kích thước gói nhỏ 1 × 1 mm.
Hình 3: Ví dụ về bố cục của gói TPS7A02 SOT-23 và X2SON dấu chân kép (Nguồn: Texas Instruments)
Hình 3 hiển thị bảng hai lớp có nhiều lỗ nối đất, nhưng bạn có thể thêm dấu chân tụ điện đầu ra thứ hai để giảm diện tích vòng lặp dòng điện đầu ra trong trường hợp X2SON. Bạn có thể ngắt tín hiệu LDO_EN bằng một cặp vias và chạy một dấu vết ở lớp dưới cùng tới một nguồn khác để kiểm soát trình tự nguồn nếu cần. Tổng diện tích kích thước giải pháp cuối cùng là khoảng 4 × 7 mm khi sử dụng tụ điện đầu vào và đầu ra 0603, như thể hiện trong Hình 3 và 4.
Hình 4: Mô hình 3D của cấu hình dấu chân kép với mỗi gói được cài đặt (Nguồn: Texas Instruments)
Kết luận
Bằng cách xem xét kích thước dấu chân của gói thiết bị và các lựa chọn thay thế tương thích pin-to-pin, đồng thời có tính linh hoạt để hỗ trợ nhiều biến thể bản dựng PCB, có thể giảm rủi ro chuỗi cung ứng trong giai đoạn đầu của thiết kế. Mặc dù tôi đặc biệt tập trung vào tính linh hoạt của thiết kế LDO, nhưng bạn có thể áp dụng các nguyên tắc tương tự cho nhiều thành phần, miễn là bạn xem xét kỹ lưỡng kích thước gói và sơ đồ chân của thiết bị mà bạn đang chọn cho một thiết kế nhất định.
về Texas Instruments