نظرًا لوجود العديد من الشركات المصنعة وآلاف المنتجات، فمن الصعب حساب الكمية المحددة بدقة. لا يشمل هذا المتغيرات المشتقة من النموذج الأساسي والتي تختلف قليلاً فقط في المعلمات الكهربائية أو درجات الحرارة أو شكل العبوة.
تلعب هذه المكونات التناظرية الأساسية والبسيطة والمتعددة الاستخدامات دورًا رئيسيًا في الواجهة الأمامية لمحاكاة معالجة الإشارات (AFE) والمرشحات وواجهات الاستشعار. لدى الدوائر بالفعل العديد من الوظائف التي يتعين تنفيذها، ولكن ظهور الذكاء الاصطناعي الطرفي (AI)، ووحدات التحكم الذكية، وعدد لا يحصى من التطبيقات الأخرى التي تحتاج إلى التفاعل مع العالم الحقيقي، يزيد من إطالة قائمة المتطلبات الوظيفية.
نظرًا للمجموعة الكاملة من مكبرات الصوت التشغيلية المتوفرة في السوق، والتي تتراوح من الدقة المتوسطة الكافية إلى الدقة العالية، فمن السهل الافتراض أنه لم تعد هناك حاجة إلى منتجات جديدة. ومع ذلك، فقد أظهرت الإصدارات الأخيرة من المنتجات الجديدة مرة أخرى مدى سذاجة هذا الافتراض.
أحدث ابتكارات مكبر الصوت التشغيلي للانجراف المنخفض للغاية
خلال العام الماضي، أطلق الموردون الرئيسيون والمتوسطة العشرات من مكبرات الصوت التشغيلية الجديدة. بعض هذه المنتجات عبارة عن منتجات متخصصة للغاية، مثل مكبرات الصوت التشغيلية عالية الجهد أو مكبرات الصوت التشغيلية المعزولة كهربائيًا، ولكن معظمها لا يزال بنيات شائعة، ولم يتم تحسينها بشكل كبير إلا في بعض المواصفات.
تتميز مكبرات الصوت التشغيلية الثلاثة التالية التي تم إصدارها مؤخرًا بخصائص انجراف منخفضة للغاية:
الأجهزة التناظرية MAX74810ARMZ-RL: مضخم تشغيلي مستقر، واستهلاك منخفض للطاقة، وقناة مزدوجة، وانجراف صفري مع ضوضاء منخفضة، وإدخال حث أرضي وإخراج من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية للحفاظ على دقة إجمالية عالية بمرور الوقت وتغيرات درجة الحرارة والجهد
STMicroelectronics TSZ901IYLT: مضخم تشغيلي معتمد من قبل AEC-Q100، ينتمي إلى سلسلة TSZ الخاصة بالشركة، مع انجراف قريب من الصفر وجهد إزاحة منخفض للغاية، وكلاهما من السمات الرئيسية لتكييف الإشارة لأجهزة الاستشعار عالية الأداء
TLV488PWR من شركة Texas Instruments: A 36 V، 14 MHz Chopper Stable، Zero Drift، 4 Channel، مضخم تشغيلي دقيق CMOS متعدد الإرسال
المعضلات المشتركة بين الموردين والمصممين
بالنسبة لهذا النوع من الأجهزة التي تحظى بشعبية كبيرة، يكون لدى كل من المورد والمستخدم موقف معقد ومتناقض تجاه مكبر الصوت التشغيلي التقليدي. يرغب الموردون في الاستمرار في إنتاج هذه الأجهزة القديمة لأنها مربحة ويمكن التنبؤ بعمليات التصنيع والاختبار الخاصة بهم؛ يحتاجها المستخدمون لأنهم يفهمون أدائهم والفروق الدقيقة. وفي الوقت نفسه، يأمل الجانبان في الحصول على الفوائد المحتملة للمنتجات الجديدة: ربط السوق على المدى الطويل بالموردين وتحسين أداء النظام للمستخدمين.
على الرغم من أن مكبرات الصوت التشغيلية عبارة عن وحدات أساسية بسيطة في الوظيفة، إلا أنها تحتوي على عدد كبير من معلمات الأداء المهمة والتي غالبًا ما تكون دقيقة للغاية. على الرغم من أن الاختبارات المطلوبة وتحليل البيانات اللاحقة تتم بشكل آلي للغاية، إلا أن الوقت والجهد اللازمين لبدء هذه الجهود وإكمالها وتوثيقها لا يزال كبيرًا.- ز.
إحدى المعلمات الرئيسية والتي يصعب اختبارها بشكل كامل هي خصائص التباين لتيار انحياز الإدخال (IB) مع درجة الحرارة، كما هو موضح في MAX74810ARMZ-RL (الشكل 1).
الشكل 1: منحنى IB لـ MAX74810ARMZ RL مع درجة الحرارة؛ تعتبر هذه المنحنيات ضرورية لمصممي AFE الدقيقين. مصدر الصورة: الأجهزة التناظرية)
توفر مواصفات مكبر الصوت التشغيلي عادةً إحصائيات توزيع جهد انحراف الإدخال (VIO) لآلاف الأجهزة قيد الاختبار. توفر هذه المخططات (على سبيل المثال الشكل 2 لـ TSZ901IYLT) للمستخدم الثقة في أن عملية الإنتاج الخاصة بالمورد مستقرة ويمكن التحكم فيها، وبالتالي تحسين موثوقية المحاكاة والثقة في التصميم بشكل كبير.
الشكل 2: مخطط توزيع VIO لـ TSZ901IYLT يجعل المصممين يعتقدون أن عملية الإنتاج يتم التحكم فيها بشكل صارم. مصدر الصورة: إس تي ميكروإلكترونيكس)
يجب على المورد أيضًا الإشارة إلى القيم القصوى (أو الدنيا) لبعض المعلمات حيث أن القيم النموذجية مخصصة فقط للتقدير الأولي ولا تلبي متطلبات تحليل النظام الكامل بواسطة أدوات مثل Spice. توفر جداول معلمات مضخم التشغيل، مثل الشكل 3 لـ TLV488PWR، القيم النموذجية والحد الأقصى على نطاق درجة الحرارة الكامل لدعم التقييمات الهندسية الصارمة. عادةً ما يتم عرض هذه المعلمات في شكل جدول، بما في ذلك القيم النموذجية للمعلمات مثل جهد الإزاحة وتيار تحيز الإدخال.
الشكل 3: القيم النموذجية والحد الأقصى مطلوبة لتقييم التصميم الدقيق للأجهزة مثل TLV488PWR؛ سيقدم مورد مكبر الصوت التشغيلي في شكل جدول كما هو مطلوب. مصدر الصورة: تكساس إنسترومنتس)
ما هي فوائد قيام المورد بإطلاق منتج جديد؟
هل هذا الاستثمار الضخم في البحث والتطوير والتكلفة جدير بالاهتمام بالنسبة للموردين؟ على العموم، الجواب هو نعم. غالبًا ما يكون جهاز المحاكاة الناجح قادرًا على المساهمة باستمرار في تحقيق إيرادات مستقرة ومربحة على مدار سنوات عديدة. إذا تمكن المورد من تحقيق مجموعة دقيقة من الوظائف والخصائص ومواصفات الأداء، ومطابقة المنتج الناجح للعميل، فمن المرجح أن يتم استخدام مكبر الصوت التشغيلي في تصميمات الجيل الحالي والقادم. وفي النهاية يتم التوصل إلى بديل للنموذج التقليدي المفضل.
ليس من السهل استبدال جهاز ناضج. على عكس المعالجات، عادةً ما يتم استخدام مضخم تشغيلي موثوق به، بمجرد اعتماده، لفترة طويلة بدلاً من استبداله بسهولة. لماذا إذن لا يرغب المصممون في استبدال مكبرات الصوت التشغيلية القديمة والرديئة نسبيًا بنماذج جديدة؟
والسبب هو أن الأجهزة التناظرية أكثر عرضة للميزات الدقيقة والاختلافات الفردية في التصميم والتخطيط وعمليات الإنتاج من الأجهزة الرقمية. لا يرغب مصممو الدوائر التناظرية ذوي الخبرة في استبدال الأجهزة الجديدة بسهولة وتحمل تكاليف التعلم والتحقق ما لم تكن هناك أسباب كافية؛ يتردد المصممون الذين يميلون إلى التحول الرقمي في التعمق في تفاصيل المحاكاة. فكرتهم العامة هي: "طالما أنها كافية، أبقِها دون تغيير واستمر في المضي قدمًا في المشروع".
بالنسبة للموردين والمصممين، هناك فوائد أخرى طويلة المدى للمنتج الجديد:
تعمل عمليات التصنيع والاختبار الناضجة على تقليل مخاطر الإنتاج والعرض بشكل كبير.
يمكن أن يؤدي تحسين تكنولوجيا التصنيع وزيادة العائد إلى زيادة هوامش الربح للموردين.
لقد تم إدراج الأجزاء في العديد من البائعين المعتمدين لدى مصممي OEM وقوائم المكونات، لذلك ليس لدى الشركة أي مخاوف عند إضافتها إلى قائمة مواد المنتج (BOM).
من الأمثلة النموذجية على مفهوم التصميم "الذي ليس من السهل استبداله" مكبرات الصوت Burr Brown INA133، وهي طوبولوجيا مضخم تشغيلي خاص. تم طرح الجهاز في عام 1998 تقريبًا ولا يزال يقدم مجموعة متنوعة من الحزم والدرجات، مثل INA133UA/2K5 من شركة Texas Instruments (تم الحصول عليها عندما تم الاستحواذ على Burr-Brown في عام 2000).
وبطبيعة الحال، في مواجهة عدد كبير من منتجات مكبرات الصوت التشغيلية الجديدة والقديمة، أصبحت كيفية اختيار النموذج الأكثر ملاءمة لتطبيقات محددة تحديًا كبيرًا. يبدأ بعض المصممين بعدد صغير من الموردين الموثوقين، بينما يعتمد البعض الآخر على الخبرة الصناعية. قد يكون الذكاء الاصطناعي قادرًا على المساعدة هنا عن طريق إدخال القيم الدنيا/القصوى للمعلمات المطلوبة والمعلمات المتوقعة والمعلمات الأخرى، مما يؤدي إلى إرجاع قائمة بمكبرات الصوت التشغيلية المناسبة مرتبة حسب الأولوية.
تعد هذه نقطة دخول جيدة، ولكن لا توجد طريقة أفضل لتضييق نطاق الاختيار وفهم الفروق الدقيقة في هذه الأجهزة أفضل من البحث عن الوثائق والتواصل وجهًا لوجه مع جهات اتصال البائعين.