Λόγω πολλών κατασκευαστών και χιλιάδων προϊόντων, είναι δύσκολο να υπολογιστεί με ακρίβεια η συγκεκριμένη ποσότητα. Αυτό δεν περιλαμβάνει παραλλαγές που προέρχονται από το βασικό μοντέλο που διαφέρουν ελάχιστα μόνο σε ηλεκτρικές παραμέτρους, τιμές θερμοκρασίας ή μορφή συσκευασίας.
Αυτά τα βασικά, απλά και ευέλικτα αναλογικά εξαρτήματα παίζουν βασικό ρόλο στην προσομοίωση επεξεργασίας σήματος (AFE), στα φίλτρα και στις διεπαφές αισθητήρων. Τα κυκλώματα έχουν ήδη πολλές λειτουργίες προς υλοποίηση, αλλά η εμφάνιση της τεχνητής νοημοσύνης αιχμής (AI), των ευφυών ελεγκτών και μιας μυριάδας άλλων εφαρμογών που πρέπει να αλληλεπιδράσουν με τον πραγματικό κόσμο επιμηκύνει περαιτέρω τη λίστα των λειτουργικών απαιτήσεων.
Δεδομένης της πλήρους σειράς λειτουργικών ενισχυτών που διατίθενται στην αγορά, που κυμαίνονται από επαρκή μεσαία έως υψηλής ακρίβειας, είναι εύκολο να υποθέσουμε ότι νέα προϊόντα δεν χρειάζονται πλέον. Ωστόσο, οι πρόσφατες εκδόσεις νέων προϊόντων έδειξαν και πάλι πόσο αφελής είναι αυτή η υπόθεση.
Τελευταίες καινοτομίες λειτουργικών ενισχυτών για εξαιρετικά χαμηλή μετατόπιση
Κατά τη διάρκεια του περασμένου έτους, οι κύριοι και μεσαίου επιπέδου προμηθευτές κυκλοφόρησαν δεκάδες νέους λειτουργικούς ενισχυτές. Μερικά από αυτά είναι προϊόντα υψηλής εξειδίκευσης, όπως λειτουργικοί ενισχυτές υψηλής τάσης ή ηλεκτρικά απομονωμένοι λειτουργικοί ενισχυτές, αλλά τα περισσότερα εξακολουθούν να είναι κοινές αρχιτεκτονικές, που έχουν βελτιστοποιηθεί σημαντικά μόνο σε ορισμένες προδιαγραφές.
Οι ακόλουθοι τρεις λειτουργικοί ενισχυτές που κυκλοφόρησαν πρόσφατα έχουν χαρακτηριστικά εξαιρετικά χαμηλής μετατόπισης:
Αναλογικές συσκευές MAX74810ARMZ-RL: Λειτουργικός ενισχυτής με σταθερό κόφτη, χαμηλή κατανάλωση ισχύος, διπλού καναλιού, μηδενικής μετατόπισης με χαμηλό θόρυβο, είσοδο επαγωγής εδάφους και έξοδο από ράγα προς ράγα για διατήρηση υψηλής συνολικής ακρίβειας με την πάροδο του χρόνου, τις μεταβολές της θερμοκρασίας και της τάσης
STMicroelectronics TSZ901IYLT: ένας λειτουργικός ενισχυτής πιστοποιημένος από την AEC-Q100, που ανήκει στη σειρά TSZ της εταιρείας, με σχεδόν μηδενική μετατόπιση και εξαιρετικά χαμηλή τάση μετατόπισης, τα οποία αποτελούν βασικά χαρακτηριστικά για τη ρύθμιση σήματος αισθητήρων υψηλής απόδοσης
TLV488PWR της Texas Instruments: Λειτουργικός ενισχυτής ακριβείας CMOS 36 V, 14 MHz, Zero Drift, 4 καναλιών, φιλικός προς πολυπλέκτης
Κοινά διλήμματα μεταξύ προμηθευτών και σχεδιαστών
Για αυτό το είδος της εξαιρετικά δημοφιλής συσκευής, τόσο ο προμηθευτής όσο και ο χρήστης έχουν μια περίπλοκη και αντιφατική στάση απέναντι στον παραδοσιακό λειτουργικό ενισχυτή. Οι προμηθευτές θέλουν να συνεχίσουν να παράγουν αυτές τις παλαιού τύπου συσκευές επειδή είναι κερδοφόρες και οι διαδικασίες κατασκευής και δοκιμών τους είναι προβλέψιμες. Οι χρήστες τα χρειάζονται γιατί κατανοούν την απόδοση και τις αποχρώσεις τους. Ταυτόχρονα, και οι δύο πλευρές ελπίζουν να αποκτήσουν τα πιθανά οφέλη των νέων προϊόντων: μακροπρόθεσμη δέσμευση της αγοράς για τους προμηθευτές και καλύτερη απόδοση του συστήματος για τους χρήστες.
Αν και οι λειτουργικοί ενισχυτές είναι απλές βασικές λειτουργικές μονάδες, περιέχουν μεγάλο αριθμό σημαντικών και συχνά πολύ λεπτών παραμέτρων απόδοσης. Παρόλο που οι απαιτούμενες δοκιμές και η επακόλουθη ανάλυση δεδομένων είναι εξαιρετικά αυτοματοποιημένες, ο χρόνος και η προσπάθεια που απαιτείται για την έναρξη, την ολοκλήρωση και την τεκμηρίωση αυτών των προσπαθειών είναι ακόμα σημαντικός.- g.
Μία από τις βασικές και δύσκολες παραμέτρους για πλήρη δοκιμή είναι τα χαρακτηριστικά διακύμανσης του ρεύματος πόλωσης εισόδου (IB) με τη θερμοκρασία, όπως φαίνεται στο MAX74810ARMZ-RL (Εικ. 1).
Εικόνα 1: Καμπύλη IB του MAX74810ARMZ RL με θερμοκρασία. Αυτές οι καμπύλες είναι κρίσιμες για ακριβείς σχεδιαστές AFE. Πηγή εικόνας: Αναλογικές συσκευές)
Οι προδιαγραφές λειτουργικού ενισχυτή παρέχουν συνήθως στατιστικά στοιχεία κατανομής λοξής τάσης εισόδου (VIO) για χιλιάδες συσκευές υπό δοκιμή. Αυτά τα οικόπεδα (π.χ. Εικόνα 2 για το TSZ901IYLT) παρέχουν στον χρήστη τη σιγουριά ότι η διαδικασία παραγωγής του προμηθευτή είναι σταθερή και διαχειρίσιμη, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την αξιοπιστία της προσομοίωσης και την εμπιστοσύνη του σχεδιασμού.
Εικόνα 2: Το διάγραμμα διανομής VIO του TSZ901IYLT κάνει τους σχεδιαστές να πιστεύουν ότι η διαδικασία παραγωγής ελέγχεται αυστηρά. Πηγή εικόνας: STMicroelectronics)
Ο προμηθευτής πρέπει επίσης να υποδεικνύει τις μέγιστες (ή ελάχιστες) τιμές για ορισμένες παραμέτρους, καθώς οι τυπικές τιμές προορίζονται μόνο για προκαταρκτική εκτίμηση και δεν πληρούν τις απαιτήσεις για πλήρη ανάλυση συστήματος από εργαλεία όπως το Spice. Οι πίνακες παραμέτρων λειτουργικού ενισχυτή, όπως το Σχήμα 3 για το TLV488PWR, δίνουν τυπικές και μέγιστες τιμές σε όλο το εύρος θερμοκρασίας για να υποστηρίζουν αυστηρές μηχανολογικές αξιολογήσεις. Αυτές οι παράμετροι παρουσιάζονται συνήθως σε μορφή πίνακα, συμπεριλαμβανομένων τυπικών τιμών παραμέτρων όπως η τάση μετατόπισης και το ρεύμα πόλωσης εισόδου.
Εικόνα 3: Απαιτούνται τυπικές και μέγιστες τιμές για την αυστηρή αξιολόγηση σχεδιασμού συσκευών όπως το TLV488PWR. Ο προμηθευτής λειτουργικού ενισχυτή θα παρέχει σε μορφή πίνακα όπως απαιτείται. Πηγή εικόνας: Texas Instruments)
Ποια είναι τα οφέλη από έναν προμηθευτή που λανσάρει ένα νέο προϊόν;
Είναι τόσο τεράστιες επενδύσεις Ε&Α και κόστος για τους προμηθευτές; Συνολικά, η απάντηση είναι ναι. Ένας επιτυχημένος προσομοιωτής είναι συχνά σε θέση να συνεισφέρει σταθερά σε σταθερά και κερδοφόρα έσοδα για πολλά χρόνια. Εάν ο προμηθευτής μπορεί να επιτύχει έναν ακριβή συνδυασμό λειτουργιών, χαρακτηριστικών και προδιαγραφών απόδοσης και να ταιριάζει με το επιτυχημένο προϊόν του πελάτη, ο λειτουργικός ενισχυτής είναι πιθανό να χρησιμοποιηθεί στα σχέδια της τρέχουσας και επόμενης γενιάς. Τελικά επιτυγχάνεται μια εναλλακτική λύση στο παραδοσιακό προτιμώμενο μοντέλο.
Δεν είναι εύκολο να αντικαταστήσετε μια ώριμη συσκευή. Σε αντίθεση με τους επεξεργαστές, ένας αξιόπιστος λειτουργικός ενισχυτής, αφού εγκριθεί, χρησιμοποιείται συνήθως για μεγάλο χρονικό διάστημα αντί να αντικαθίσταται εύκολα. Γιατί, λοιπόν, οι σχεδιαστές είναι απρόθυμοι να αντικαταστήσουν τους παλιούς, σχετικά κακούς λειτουργικούς ενισχυτές με νέα μοντέλα;
Ο λόγος είναι ότι οι αναλογικές συσκευές είναι πιο ευαίσθητες σε διακριτικά χαρακτηριστικά και μεμονωμένες διαφορές στο σχεδιασμό, τη διάταξη και τις διαδικασίες παραγωγής από τις ψηφιακές συσκευές. Οι έμπειροι σχεδιαστές αναλογικών κυκλωμάτων δεν είναι πρόθυμοι να αντικαταστήσουν εύκολα νέες συσκευές και να αντεπεξέλθουν στο κόστος εκμάθησης και επαλήθευσης, εκτός εάν υπάρχουν επαρκείς λόγοι. Οι σχεδιαστές που τείνουν να είναι ψηφιακοί διστάζουν να εμβαθύνουν σε λεπτομέρειες προσομοίωσης. Η γενική τους ιδέα είναι: «Εφόσον είναι αρκετό, διατηρήστε το αμετάβλητο και συνεχίστε να προχωράτε με το έργο».
Για τους προμηθευτές και τους σχεδιαστές, υπάρχουν άλλα μακροπρόθεσμα οφέλη από το νέο προϊόν:
Οι ώριμες διαδικασίες παραγωγής και δοκιμών μειώνουν σημαντικά τους κινδύνους παραγωγής και προσφοράς.
Οι βελτιώσεις της τεχνολογίας κατασκευής και η υψηλότερη απόδοση μπορούν να οδηγήσουν σε υψηλότερα περιθώρια κέρδους για τους προμηθευτές.
Τα ανταλλακτικά έχουν καταχωρηθεί σε εγκεκριμένους προμηθευτές και λίστες εξαρτημάτων πολλών σχεδιαστών OEM, επομένως η εταιρεία δεν έχει καμία ανησυχία όταν τα προσθέτει στο Product Bill of Material (BOM).
Χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτής της σχεδιαστικής ιδέας «δεν είναι εύκολο να αντικατασταθεί» είναι οι ενισχυτές οργάνων Burr Brown INA133, μια ειδική τοπολογία λειτουργικού ενισχυτή. Η συσκευή παρουσιάστηκε γύρω στο 1998 και εξακολουθεί να προσφέρει μια ποικιλία πακέτων και ποιοτήτων, όπως το INA133UA/2K5 της Texas Instruments (που αποκτήθηκε όταν εξαγοράστηκε η Burr-Brown το 2000).
Φυσικά, αντιμετωπίζοντας έναν μεγάλο αριθμό νέων και παλαιών προϊόντων λειτουργικών ενισχυτών, ο τρόπος επιλογής του καταλληλότερου μοντέλου για συγκεκριμένες εφαρμογές έχει γίνει μια μεγάλη πρόκληση. Μερικοί σχεδιαστές ξεκινούν με μικρό αριθμό αξιόπιστων προμηθευτών, ενώ άλλοι βασίζονται στην εμπειρία του κλάδου. Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να είναι σε θέση να βοηθήσει εδώ εισάγοντας τις ελάχιστες/μέγιστες τιμές των απαιτούμενων παραμέτρων, των αναμενόμενων παραμέτρων και άλλων παραμέτρων, γεγονός που επιστρέφει μια λίστα κατάλληλων λειτουργικών ενισχυτών ταξινομημένων κατά προτεραιότητα.
Αυτό είναι ένα καλό σημείο εισόδου, αλλά δεν υπάρχει καλύτερος τρόπος για να περιορίσετε την επιλογή και να κατανοήσετε πραγματικά τις αποχρώσεις αυτών των συσκευών από το να αναζητήσετε τεκμηρίωση και να επικοινωνήσετε ένας προς έναν με τις επαφές του προμηθευτή.