Ze względu na dużą liczbę producentów i tysiące produktów, trudno jest dokładnie obliczyć konkretną ilość. Nie obejmuje to wariantów wywodzących się z modelu podstawowego, które różnią się jedynie nieznacznie parametrami elektrycznymi, temperaturami znamionowymi lub formą opakowania.
Te podstawowe, proste i wszechstronne komponenty analogowe odgrywają kluczową rolę w interfejsie symulacji przetwarzania sygnału (AFE), filtrach i interfejsach czujników. Obwody mają już wiele funkcji do wdrożenia, ale pojawienie się brzegowej sztucznej inteligencji (AI), inteligentnych kontrolerów i niezliczonej liczby innych aplikacji, które muszą wchodzić w interakcję ze światem rzeczywistym, jeszcze bardziej wydłuża listę wymagań funkcjonalnych.
Biorąc pod uwagę pełną gamę wzmacniaczy operacyjnych dostępnych na rynku, począwszy od średniej półki po wysokiej klasy precyzję, łatwo założyć, że nowe produkty nie są już potrzebne. Jednak ostatnie premiery nowych produktów po raz kolejny pokazały, jak naiwne jest to założenie.
Najnowsze innowacje we wzmacniaczach operacyjnych zapewniające wyjątkowo niski dryft
W ciągu ostatniego roku dostawcy głównego i średniego szczebla wprowadzili na rynek dziesiątki nowych wzmacniaczy operacyjnych. Niektóre z nich to produkty wysoce wyspecjalizowane, takie jak wzmacniacze operacyjne wysokiego napięcia lub izolowane elektrycznie wzmacniacze operacyjne, ale większość z nich to nadal popularne architektury, jedynie znacznie zoptymalizowane w niektórych specyfikacjach.
Następujące trzy niedawno wprowadzone na rynek wzmacniacze operacyjne charakteryzują się bardzo niskim dryftem:
Urządzenia analogowe MAX74810ARMZ-RL: Stabilny przerywacz, dwukanałowy wzmacniacz operacyjny o zerowym dryfcie, charakteryzujący się niskim poziomem szumów, wejściem indukcji uziemienia i wyjściem typu szyna-szyna, zapewniającym wysoką ogólną dokładność w czasie, przy zmianach temperatury i napięcia
STMicroelectronics TSZ901IYLT: wzmacniacz operacyjny certyfikowany przez AEC-Q100, należący do firmowej serii TSZ, charakteryzujący się niemal zerowym dryfem i bardzo niskim napięciem offsetowym, które są kluczowymi atrybutami kondycjonowania sygnału czujników o wysokiej wydajności
TLV488PWR firmy Texas Instruments: stabilny przerywacz 36 V, 14 MHz, zerowy dryft, 4 kanały, precyzyjny wzmacniacz operacyjny CMOS obsługujący multiplekser
Najczęstsze dylematy dostawców i projektantów
W przypadku tego rodzaju niezwykle popularnych urządzeń zarówno dostawca, jak i użytkownik mają złożone i sprzeczne podejście do tradycyjnego wzmacniacza operacyjnego. Dostawcy chcą w dalszym ciągu produkować te starsze urządzenia, ponieważ są one opłacalne, a ich procesy produkcyjne i testowe są przewidywalne; Użytkownicy ich potrzebują, ponieważ rozumieją ich działanie i niuanse. Jednocześnie obie strony mają nadzieję uzyskać potencjalne korzyści z nowych produktów: długoterminowe związanie rynku z dostawcami i lepszą wydajność systemu dla użytkowników.
Chociaż wzmacniacze operacyjne są prostymi, podstawowymi modułami w działaniu, zawierają dużą liczbę ważnych i często bardzo subtelnych parametrów wydajnościowych. Chociaż wymagane testy i późniejsza analiza danych są w dużym stopniu zautomatyzowane, czas i wysiłek wymagany do zainicjowania, zakończenia i udokumentowania tych wysiłków są nadal znaczne.
Jednym z kluczowych i trudnych do pełnego przetestowania parametrów jest charakterystyka zmienności wejściowego prądu polaryzacji (IB) w zależności od temperatury, jak pokazano na MAX74810ARMZ-RL (rys. 1).
Rysunek 1: Krzywa IB MAX74810ARMZ RL z temperaturą; Krzywe te mają kluczowe znaczenie dla precyzyjnych projektantów AFE. Źródło obrazu: urządzenia analogowe)
Specyfikacje wzmacniaczy operacyjnych zazwyczaj zapewniają statystyki rozkładu napięcia wejściowego skośnego (VIO) dla tysięcy testowanych urządzeń. Wykresy te (np. rysunek 2 dla TSZ901IYLT) dają użytkownikowi pewność, że proces produkcyjny dostawcy jest stabilny i łatwy w zarządzaniu, co znacznie poprawia niezawodność symulacji i pewność projektu.
Rysunek 2: Schemat rozkładu VIO TSZ901IYLT utwierdza projektantów w przekonaniu, że proces produkcyjny jest ściśle kontrolowany. Źródło obrazu: STMicroelectronics)
Dostawca musi również wskazać wartości maksymalne (lub minimalne) dla niektórych parametrów, ponieważ wartości typowe służą jedynie do wstępnego oszacowania i nie spełniają wymagań pełnej analizy systemu za pomocą narzędzi takich jak Spice. Tabele parametrów wzmacniacza operacyjnego, takie jak rysunek 3 dla TLV488PWR, podają typowe i maksymalne wartości w pełnym zakresie temperatur, co ułatwia rygorystyczne oceny inżynieryjne. Parametry te są zwykle przedstawiane w formie tabelarycznej, zawierającej typowe wartości parametrów, takie jak napięcie niezrównoważenia i wejściowy prąd polaryzacji.
Rysunek 3: Do rygorystycznej oceny projektu urządzeń takich jak TLV488PWR wymagane są wartości typowe i maksymalne; W razie potrzeby dostawca wzmacniacza operacyjnego dostarczy dane w formie tabelarycznej. Źródło obrazu: Texas Instruments)
Jakie są korzyści z wprowadzenia przez dostawcę nowego produktu?
Czy tak ogromne inwestycje w badania i rozwój oraz koszty są opłacalne dla dostawców? Ogólnie rzecz biorąc, odpowiedź brzmi: tak. Skuteczny symulator często jest w stanie konsekwentnie generować stabilne i rentowne przychody przez wiele lat. Jeśli dostawcy uda się uzyskać dokładną kombinację funkcji, cech i specyfikacji wydajności oraz dopasować produkt klienta, który odniósł sukces, wzmacniacz operacyjny będzie prawdopodobnie stosowany w projektach obecnej i następnej generacji. Ostatecznie opracowano alternatywę dla preferowanego tradycyjnego modelu.
Nie jest łatwo zastąpić dojrzałe urządzenie. W przeciwieństwie do procesorów, niezawodny wzmacniacz operacyjny, raz zastosowany, zwykle służy przez długi czas i nie można go łatwo wymienić. Dlaczego zatem projektanci nie chcą zastępować starych, stosunkowo słabych wzmacniaczy operacyjnych nowymi modelami?
Powodem jest to, że urządzenia analogowe są bardziej podatne na subtelne cechy i indywidualne różnice w projektowaniu, układzie i procesach produkcyjnych niż urządzenia cyfrowe. Doświadczeni projektanci obwodów analogowych nie chcą łatwo wymieniać nowych urządzeń i ponosić kosztów nauki i weryfikacji, chyba że istnieją wystarczające powody; Projektanci, którzy zazwyczaj pracują cyfrowo, niechętnie zagłębiają się w szczegóły symulacji. Ich ogólna idea jest następująca: „Tak długo, jak to wystarczy, pozostaw to bez zmian i kontynuuj projekt”.
Dla dostawców i projektantów nowy produkt przynosi inne długoterminowe korzyści:
Dojrzałe procesy produkcyjne i testowe znacznie zmniejszają ryzyko związane z produkcją i dostawami.
Ulepszenia technologii produkcji i wyższa wydajność mogą prowadzić do wyższych marż dla dostawców.
Części zostały wymienione na listach komponentów i dostawców zatwierdzonych przez wielu projektantów OEM, więc firma nie ma żadnych obaw podczas dodawania ich do zestawienia materiałów produktu (BOM).
Typowym przykładem tej koncepcji projektowej „niełatwej do wymiany” są wzmacniacze instrumentalne Burr Brown INA133, czyli specjalna topologia wzmacniacza operacyjnego. Urządzenie zostało wprowadzone na rynek około 1998 roku i nadal jest oferowane w różnych obudowach i wersjach, takich jak INA133UA/2K5 firmy Texas Instruments (nabyty podczas przejęcia Burr-Brown w 2000 roku).
Oczywiście w obliczu dużej liczby nowych i starych produktów wzmacniaczy operacyjnych, wybór najodpowiedniejszego modelu do konkretnych zastosowań stał się poważnym wyzwaniem. Niektórzy projektanci zaczynają od niewielkiej liczby zaufanych dostawców, inni natomiast opierają się na doświadczeniu branżowym. Sztuczna inteligencja może tu pomóc wpisując minimalne/maksymalne wartości wymaganych parametrów, oczekiwanych parametrów i innych parametrów, co zwraca listę odpowiednich wzmacniaczy operacyjnych posortowaną według priorytetów.
To dobry punkt wyjścia, ale nie ma lepszego sposobu na zawężenie wyboru i rzeczywiste zrozumienie niuansów tych urządzeń niż przejrzenie dokumentacji i bezpośrednia komunikacja z kontaktami z dostawcami.