Debido a los numerosos fabricantes y miles de productos, es difícil calcular con precisión la cantidad específica. Esto no incluye variantes derivadas del modelo base que difieren sólo ligeramente en parámetros eléctricos, clasificaciones de temperatura o forma del paquete.
Estos componentes analógicos básicos, simples y versátiles desempeñan un papel clave en el front-end de simulación de procesamiento de señales (AFE), filtros e interfaces de sensores. Los circuitos ya tienen muchas funciones que implementar, pero la aparición de la inteligencia artificial (IA) de vanguardia, los controladores inteligentes y una infinidad de otras aplicaciones que necesitan interactuar con el mundo real alarga aún más la lista de requisitos funcionales.
Dada la gama completa de amplificadores operacionales disponibles en el mercado, que van desde la gama media suficiente hasta la precisión alta, es fácil suponer que ya no se necesitan nuevos productos. Sin embargo, los recientes lanzamientos de nuevos productos han demostrado una vez más lo ingenua que es esta suposición.
Últimas innovaciones en amplificadores operacionales para una deriva ultrabaja
Durante el año pasado, los proveedores principales y de nivel medio lanzaron docenas de nuevos amplificadores operacionales. Algunos de estos son productos altamente especializados, como amplificadores operacionales de alto voltaje o amplificadores operacionales aislados eléctricamente, pero la mayoría siguen siendo arquitecturas comunes, solo significativamente optimizadas en algunas especificaciones.
Los siguientes tres amplificadores operacionales lanzados recientemente tienen características de deriva ultrabaja:
Analog Devices MAX74810ARMZ-RL: amplificador operacional de deriva cero, doble canal, estable en helicóptero, de bajo consumo de energía y con bajo nivel de ruido, entrada de inducción de tierra y salida de riel a riel para mantener una alta precisión general a lo largo del tiempo, la temperatura y las variaciones de voltaje.
STMicroelectronics TSZ901IYLT: un amplificador operacional certificado por AEC-Q100, perteneciente a la serie TSZ de la compañía, con deriva cercana a cero y tensión de compensación ultrabaja, atributos clave para el acondicionamiento de señales de sensores de alto rendimiento
TLV488PWR de Texas Instruments: amplificador operacional de precisión CMOS compatible con multiplexor, 36 V, 14 MHz, deriva cero, estable y 4 canales
Dilemas comunes entre proveedores y diseñadores
Para este tipo de dispositivo tan popular, tanto el proveedor como el usuario tienen una actitud compleja y contradictoria hacia el amplificador operacional tradicional. Los proveedores quieren seguir produciendo estos dispositivos heredados porque son rentables y sus procesos de fabricación y prueba son predecibles; Los usuarios los necesitan porque comprenden su rendimiento y sus matices. Al mismo tiempo, ambas partes esperan obtener los beneficios potenciales de los nuevos productos: vinculación de mercado a largo plazo para los proveedores y un mejor rendimiento del sistema para los usuarios.
Aunque los amplificadores operacionales son módulos básicos simples en su funcionamiento, contienen una gran cantidad de parámetros de rendimiento importantes y, a menudo, muy sutiles. Aunque las pruebas requeridas y el análisis de datos posterior están altamente automatizados, el tiempo y el esfuerzo necesarios para iniciar, completar y documentar estos esfuerzos siguen siendo significativos.- g.
Uno de los parámetros clave y difíciles de probar por completo son las características de variación de la corriente de polarización de entrada (IB) con la temperatura, como se muestra en MAX74810ARMZ-RL (Fig. 1).
Figura 1: Curva IB de MAX74810ARMZ RL con temperatura; Estas curvas son fundamentales para los diseñadores de AFE precisos. Fuente de la imagen: dispositivos analógicos)
Las especificaciones de los amplificadores operacionales suelen proporcionar estadísticas de distribución de tensión de entrada sesgada (VIO) para miles de dispositivos sometidos a prueba. Estos gráficos (por ejemplo, Figura 2 para TSZ901IYLT) brindan al usuario la confianza de que el proceso de producción del proveedor es estable y manejable, mejorando así significativamente la confiabilidad de la simulación y la confianza en el diseño.
Figura 2: El diagrama de distribución VIO de TSZ901IYLT hace creer a los diseñadores que el proceso de producción está estrictamente controlado. Fuente de la imagen: STMicroelectronics)
El proveedor también debe indicar los valores máximos (o mínimos) para algunos parámetros, ya que los valores típicos son solo para una estimación preliminar y no cumplen con los requisitos para un análisis completo del sistema mediante herramientas como Spice. Las tablas de parámetros del amplificador operacional, como la Figura 3 para TLV488PWR, brindan valores típicos y máximos en todo el rango de temperatura para respaldar evaluaciones de ingeniería rigurosas. Estos parámetros generalmente se presentan en forma de tabla, incluidos valores típicos de parámetros como el voltaje de compensación y la corriente de polarización de entrada.
Figura 3: Se requieren valores típicos y máximos para una evaluación rigurosa del diseño de dispositivos como TLV488PWR; El proveedor del amplificador operacional proporcionará en forma de tabla según sea necesario. Fuente de la imagen: Texas Instruments)
¿Cuáles son los beneficios de que un proveedor lance un nuevo producto?
¿Vale la pena para los proveedores una inversión y un coste tan elevados en I+D? En general, la respuesta es sí. Un simulador exitoso a menudo puede generar ingresos estables y rentables de manera constante durante muchos años. Si el proveedor puede lograr una combinación precisa de funciones, características y especificaciones de rendimiento e igualar el producto exitoso del cliente, es probable que el amplificador operacional se utilice en los diseños actual y de próxima generación. Finalmente se logra una alternativa al modelo tradicional preferido.
No es fácil reemplazar un dispositivo maduro. A diferencia de los procesadores, un amplificador operacional confiable, una vez adoptado, generalmente se usa durante mucho tiempo en lugar de ser reemplazado fácilmente. ¿Por qué, entonces, los diseñadores no están dispuestos a reemplazar amplificadores operacionales viejos y relativamente pobres por modelos nuevos?
La razón es que los dispositivos analógicos son más susceptibles a características sutiles y diferencias individuales en diseño, disposición y procesos de producción que los dispositivos digitales. Los diseñadores de circuitos analógicos experimentados no están dispuestos a reemplazar fácilmente nuevos dispositivos y asumir costos de aprendizaje y verificación a menos que existan razones suficientes; Los diseñadores que tienden a ser digitales se muestran reacios a profundizar en los detalles de la simulación. Su idea general es: "Mientras sea suficiente, mantenlo sin cambios y sigue adelante con el proyecto".
Para los proveedores y diseñadores, el nuevo producto tiene otros beneficios a largo plazo:
Los procesos maduros de fabricación y prueba reducen significativamente los riesgos de producción y suministro.
Las mejoras en la tecnología de fabricación y un mayor rendimiento pueden generar mayores márgenes para los proveedores.
Las piezas se han incluido en las listas de componentes y proveedores aprobados de muchos diseñadores OEM, por lo que la empresa no tiene preocupaciones al agregarlas a la lista de materiales del producto (BOM).
Un ejemplo típico de este concepto de diseño "no fácil de reemplazar" son los amplificadores de instrumentos Burr Brown INA133, una topología de amplificador operacional especial. El dispositivo se introdujo alrededor de 1998 y todavía ofrece una variedad de paquetes y grados, como el INA133UA/2K5 de Texas Instruments (adquirido cuando se adquirió Burr-Brown en 2000).
Por supuesto, al enfrentar una gran cantidad de productos de amplificadores operacionales nuevos y antiguos, cómo seleccionar el modelo más apropiado para aplicaciones específicas se ha convertido en un gran desafío. Algunos diseñadores comienzan con un pequeño número de proveedores confiables, mientras que otros confían en la experiencia de la industria. La IA puede ayudar aquí ingresando los valores mínimo/máximo de los parámetros requeridos, los parámetros esperados y otros parámetros, lo que devuelve una lista de amplificadores operacionales adecuados ordenados por prioridad.
Este es un buen punto de entrada, pero no hay mejor manera de limitar la selección y comprender realmente los matices de estos dispositivos que buscar documentación y comunicarse uno a uno con los contactos de los proveedores.