eng
Выпуск #8/2008
Г.Скоропад.
Отечественные оптоэлектронные микросхемы в миниатюрных корпусах SOP
Отечественные оптоэлектронные микросхемы в миниатюрных корпусах SOP
Просмотры: 3485
Сегодня в России освоено серийное производство оптопар и оптоэлектронных (твердотельных) реле в пластмассовых корпусах DIP и DIP SMD с числом выводов 4, 6, 8 и шагом между выводами 2,5 мм. В связи с тенденцией к миниатюризации электронной аппаратуры и переходом на автоматизированный монтаж компонентов на поверхность печатных плат на российском рынке с 2001 года ежегодно растет потребность в оптоэлектронных микросхемах в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа типа SOP и SOIC. Эта потребность оценивается сейчас в 10 млн. штук в год. Пока она удовлетворяется поставками зарубежных компонентов, в основном из Юго-Восточной Азии, где имеется как собственное производство, так и заводы известных мировых производителей. А как обстоят дела в России?
Что заставляет разработчиков отказываться от электромагнитных реле и использовать вместо них твердотельные? В числе основных и неоспоримых достоинств твердотельных реле следует отметить:
* высокую надежность благодаря отсутствию механических контактов и, как следствие, высокую наработку на отказ (не менее 10 млрд. переключений, что в 1000 раз больше, чем у лучших образцов электромагнитных реле);
* неизменное контактное сопротивление (сопротивление во включенном состоянии) в течение всего срока службы, составляющего не менее 100 тыс. ч, или 12 лет;
* отсутствие дребезга контактов, что снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность ее работы;
* отсутствие акустического шума;
* совместимость по входу с логическими микросхемами, что облегчает интеграцию оптореле в цифровые устройства;
* отсутствие индуктивности, приводящей в электромагнитных реле к нежелательным выбросам напряжения при переключении;
* низкоуровневые сигналы управления (ток 0,5–3 мА при напряжении 1,5–5 В), что существенно упрощает схему управления твердотельным реле в отличие от электромагнитного, для управления которым необходим электронный ключ с диодной защитой от выбросов напряжения;
* высокие виброустойчивость и ударостойкость, обусловленные отсутствием подвижных механических контактов;
* хорошие изоляционные свойства между входом и выходом (Uиз = 1500 В) и высокое сопротивление изоляции корпуса (не менее 109 Ом);
* высокое быстродействие (0,05–1 мс);
* высокую устойчивость к воздействию внешних электромагнитных полей;
* малое энергопотребление (на 95% меньше, чем у электромагнитных реле);
* малые габариты и массу.
Оптическая развязка между входной управляющей цепью и выходным каскадом обеспечивает полную гальваническую развязку по напряжению между входом и выходом.
При выполнении выходных каскадов твердотельных реле на МОП-транзисторах их характеристики с точки зрения коммутации аналоговых сигналов лучше, чем у твердотельных реле с тиристорными или биполярными ключами. По сравнению с тиристорным выходом МОП-ключ обладает линейной зависимостью тока от напряжения во включенном состоянии, причем падение напряжения на ключе не превышает 0,5 В. Выходной ключ на основе сдвоенного МОП-транзистора обеспечивает двунаправленное переключение нагрузок и допускает работу с переменным током. Условные электрические схемы твердотельных реле с выходными каскадами на МОП-транзиторах приведены на рис.1.
В России оптоэлектронные микросхемы в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа серийно не выпускались до 2005 года, когда был начат проект по освоению производства твердотельных МОП-реле и оптопар в корпусах типа SOP и SOIC. Шаг выводов таких корпусов составляет 2,54 мм (SOP) и 1,27 мм (SOIC). Их габариты значительно меньше, чем у корпусов DIP и DIP SMD: SOP4 – 4,3×4,4 мм, SOP8 – 9,38×4,4 мм при высоте 2 мм (рис.2).
Отечественные твердотельные МОП-реле в корпусах SOP отвечают требованиям директивы, ограничивающей содержание вредных веществ (RoHS). При этом их цены не намного выше цен электромагнитных и герконовых реле и сопоставимы (а по некоторым позициям даже ниже) с ценами зарубежных аналогов (0,3–1,5 долл. в зависимости от типа МОП-реле).
Применение твердотельных МОП-реле в корпусах SOP в телекоммуникационных системах позволяет уменьшить их массогабаритные показатели за счет уменьшения и уплотнения печатных плат, что особенно важно в носимой аппаратуре. Малые масса и габариты наряду с повышенной стойкостью к ударам, вибрации, температуре и влажности окружающей среды делают эти реле идеальными для использования в бортовой аппаратуре, а также в аппаратуре железнодорожной связи и автоматики.
Проведенные исследования образцов отечественных твердотельных МОП-реле в корпусах SOP подтвердили соответствие их электрических параметров заданным нормам в диапазоне температур -60…100°С. Фактически их электрические параметры соответствуют нормам и при температуре 110°С, кроме сопротивления в открытом состоянии, которое увеличивается на 17–25%. Результаты исследований твердотельных МОП-реле PRAB34S и PRAG71S приведены на рис.3.
Последние 15 лет твердотельные МОП-реле широко применяются в аппаратуре телефонии – как на АТС для непосредственной замены электромагнитных реле, так и в устройствах абонентской связи – телефонных аппаратах, таксофонах, факсах, модемах (в схемах регистрации поднятия трубки, подачи вызывного сигнала, импульсного набора номера). Электромагнитные реле в таких устройствах наиболее часто выходят из строя.
Для примера на рис.4 приведены схемы входного узла телефонного аппарата (ТА) или факс-модема с электромагнитным реле, с твердотельным реле типа PRAB30S, которым заменено электромагнитное реле, и с микросхемой TR115F1 (DA2), в которой в одном корпусе объединены МОП-реле и оптопара. Из рисунка ясно видно, что при переходе на твердотельные реле не только повышается надежность устройства, но и требуется меньше компонентов для него. Это достигнуто за счет исключения цепи подавления дребезга контактов (R1C1) и отказа от применения предохранительных резисторов R2 и R3. Последнее стало возможным благодаря токоограничивающим свойствам МОП-реле, что является наиболее важным преимуществом, так как в результате перенапряжения, например при грозовом разряде, предохранительные резисторы в ТА или модеме с электромагнитным реле перегорают, что неизбежно требует ремонта. При использовании твердотельного реле такая проблема не возникает.
В числе других преимуществ такой замены – экономия места на печатной плате (особенно при монтаже МОП-реле и оптопары в одном корпусе – TR115F1), а также экономия в затратах примерно на 15% (при больших объемах производства). Электрические схемы с применением твердотельных МОП-реле используются в системах охранной и пожарной сигнализации для автоматического подключения объекта к телефонной линии при срабатывании сигнала тревоги (табл.1). Кроме того, все указанные в таблице твердотельные МОП-реле могут коммутировать аналоговый сигнал частотой до 5 кГц. Это позволяет их применять для коммутации звукового сигнала в переговорных устройствах систем безопасности (домофонах, видеодомофонах), железнодорожных и транспортных системах диспетчерской связи, промышленных, торговых и прочих предприятиях.
Развить линейку твердотельных МОП-реле планируется за счет быстродействующих устройств для коммутации аналоговых сигналов с частотой от 2 до 25 кГц (PRAB50S, PRAB51S). Эти реле имеют малые значения проходной (1 пФ) и выходной (3 пФ) емкости, а также линейную выходную характеристику. С их помощью можно будет значительно улучшить технические характеристики таких устройств, как сканеры, мультиплексоры, многоканальные устройства выборки и хранения, коммутаторы уровня сигналов, измерительное оборудование.
Твердотельные МОП-реле в корпусах SOP отечественного производства могут полностью заменить аналогичные реле зарубежных компаний. При переходе от монтажа в отверстия к автоматизированному поверхностному монтажу они способны заменять как зарубежные МОП-реле (например, PVT322A), так и отечественные реле серий К293 (КР293) и К449, выпускаемые в корпусах DIP и SMD (табл.2, 3). Кроме твердотельных МОП-реле в подобных корпусах для поверхностного монтажа поставляются оптроны, например транзисторная оптопара PB181S с отличной электрической изоляцией между входом и выходом (минимум 2500 В), высокими быстродействием и временной стабильностью электрических параметров (табл.4). Поставляется оптопара в миниатюрном корпусе SOP4 размером 4,3×4,4×2 мм (рис.5).
Основное назначение оптронов – обеспечение электрической и электростатической развязки между электронными устройствами или различными блоками одного электронного устройства. По своему назначению оптопары аналогичны трансформаторам, но при этом их стоимость (0,15–0,07 долл.) и габариты в несколько раз меньше. Наиболее распространены транзисторные оптопары.
Отечественные оптопары типа PB181S в корпусах SOP напрямую заменяют известные зарубежные аналоги: TLP181, TLP121, TLP124, PC357NT, PS2701-1, KPC357NT, HMA124, а при переходе с монтажа в отверстия на автоматизированный поверхностный монтаж – KP1010, PC817, PS2501-1, PS2561-1, TLP421, TLP521, TLP621 и отечественный оптрон АОТ174. Хотя отечественные оптопары PB181S появились на рынке лишь в 2007 году, они уже нашли широкое применение в системах управления лифтами и системах безопасности (переговорных устройствах видеодомофонов). Они могут использоваться и в телекоммуникационной аппаратуре, источниках электропитания, где широко применяются подобные оптопары зарубежных производителей.
Развивать линейку оптопар в корпусах SOP и SOIC планируется за счет транзисторных оптопар на переменный входной сигнал (аналоги TLP180, KPC354NT), оптопар с базовым выводом транзистора (для замены 4N35 и АОТ128), многоканальных оптопар (два и четыре канала).
В заключение отметим основные достоинства применения отечественных оптоэлектронных микросхем в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа типа SOP, SOIC:
* исключительно высокое качество изделий, достигаемое благодаря использованию технологии автоматизированной сборки, гарантирующей стабильность и повторяемость параметров, надежность изделий;
* поставка в упаковке для автоматизированного монтажа на печатные платы (в блистер-ленте на катушках или в антистатических пеналах);
* широкий диапазон рабочих температур (-55…100°С);
* соответствие европейской директиве RoHS;
* выгодные цены и сроки поставки благодаря наличию складов в России, минимизации транспортных, логистических и таможенных расходов;
* гибкость и оперативность работы с потребителями благодаря предоставлению скидок в зависимости от объема и регулярности заказов, отсрочек платежа, квотированию заказов поквартально, на полугодие и год;
* информационная и техническая поддержка, консультации технических специалистов;
* готовность расширять номенклатуру и изменять технические параметры или выполнять отбор по параметрам в соответствии с требованиями заказчиков.
* высокую надежность благодаря отсутствию механических контактов и, как следствие, высокую наработку на отказ (не менее 10 млрд. переключений, что в 1000 раз больше, чем у лучших образцов электромагнитных реле);
* неизменное контактное сопротивление (сопротивление во включенном состоянии) в течение всего срока службы, составляющего не менее 100 тыс. ч, или 12 лет;
* отсутствие дребезга контактов, что снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность ее работы;
* отсутствие акустического шума;
* совместимость по входу с логическими микросхемами, что облегчает интеграцию оптореле в цифровые устройства;
* отсутствие индуктивности, приводящей в электромагнитных реле к нежелательным выбросам напряжения при переключении;
* низкоуровневые сигналы управления (ток 0,5–3 мА при напряжении 1,5–5 В), что существенно упрощает схему управления твердотельным реле в отличие от электромагнитного, для управления которым необходим электронный ключ с диодной защитой от выбросов напряжения;
* высокие виброустойчивость и ударостойкость, обусловленные отсутствием подвижных механических контактов;
* хорошие изоляционные свойства между входом и выходом (Uиз = 1500 В) и высокое сопротивление изоляции корпуса (не менее 109 Ом);
* высокое быстродействие (0,05–1 мс);
* высокую устойчивость к воздействию внешних электромагнитных полей;
* малое энергопотребление (на 95% меньше, чем у электромагнитных реле);
* малые габариты и массу.
Оптическая развязка между входной управляющей цепью и выходным каскадом обеспечивает полную гальваническую развязку по напряжению между входом и выходом.
При выполнении выходных каскадов твердотельных реле на МОП-транзисторах их характеристики с точки зрения коммутации аналоговых сигналов лучше, чем у твердотельных реле с тиристорными или биполярными ключами. По сравнению с тиристорным выходом МОП-ключ обладает линейной зависимостью тока от напряжения во включенном состоянии, причем падение напряжения на ключе не превышает 0,5 В. Выходной ключ на основе сдвоенного МОП-транзистора обеспечивает двунаправленное переключение нагрузок и допускает работу с переменным током. Условные электрические схемы твердотельных реле с выходными каскадами на МОП-транзиторах приведены на рис.1.
В России оптоэлектронные микросхемы в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа серийно не выпускались до 2005 года, когда был начат проект по освоению производства твердотельных МОП-реле и оптопар в корпусах типа SOP и SOIC. Шаг выводов таких корпусов составляет 2,54 мм (SOP) и 1,27 мм (SOIC). Их габариты значительно меньше, чем у корпусов DIP и DIP SMD: SOP4 – 4,3×4,4 мм, SOP8 – 9,38×4,4 мм при высоте 2 мм (рис.2).
Отечественные твердотельные МОП-реле в корпусах SOP отвечают требованиям директивы, ограничивающей содержание вредных веществ (RoHS). При этом их цены не намного выше цен электромагнитных и герконовых реле и сопоставимы (а по некоторым позициям даже ниже) с ценами зарубежных аналогов (0,3–1,5 долл. в зависимости от типа МОП-реле).
Применение твердотельных МОП-реле в корпусах SOP в телекоммуникационных системах позволяет уменьшить их массогабаритные показатели за счет уменьшения и уплотнения печатных плат, что особенно важно в носимой аппаратуре. Малые масса и габариты наряду с повышенной стойкостью к ударам, вибрации, температуре и влажности окружающей среды делают эти реле идеальными для использования в бортовой аппаратуре, а также в аппаратуре железнодорожной связи и автоматики.
Проведенные исследования образцов отечественных твердотельных МОП-реле в корпусах SOP подтвердили соответствие их электрических параметров заданным нормам в диапазоне температур -60…100°С. Фактически их электрические параметры соответствуют нормам и при температуре 110°С, кроме сопротивления в открытом состоянии, которое увеличивается на 17–25%. Результаты исследований твердотельных МОП-реле PRAB34S и PRAG71S приведены на рис.3.
Последние 15 лет твердотельные МОП-реле широко применяются в аппаратуре телефонии – как на АТС для непосредственной замены электромагнитных реле, так и в устройствах абонентской связи – телефонных аппаратах, таксофонах, факсах, модемах (в схемах регистрации поднятия трубки, подачи вызывного сигнала, импульсного набора номера). Электромагнитные реле в таких устройствах наиболее часто выходят из строя.
Для примера на рис.4 приведены схемы входного узла телефонного аппарата (ТА) или факс-модема с электромагнитным реле, с твердотельным реле типа PRAB30S, которым заменено электромагнитное реле, и с микросхемой TR115F1 (DA2), в которой в одном корпусе объединены МОП-реле и оптопара. Из рисунка ясно видно, что при переходе на твердотельные реле не только повышается надежность устройства, но и требуется меньше компонентов для него. Это достигнуто за счет исключения цепи подавления дребезга контактов (R1C1) и отказа от применения предохранительных резисторов R2 и R3. Последнее стало возможным благодаря токоограничивающим свойствам МОП-реле, что является наиболее важным преимуществом, так как в результате перенапряжения, например при грозовом разряде, предохранительные резисторы в ТА или модеме с электромагнитным реле перегорают, что неизбежно требует ремонта. При использовании твердотельного реле такая проблема не возникает.
В числе других преимуществ такой замены – экономия места на печатной плате (особенно при монтаже МОП-реле и оптопары в одном корпусе – TR115F1), а также экономия в затратах примерно на 15% (при больших объемах производства). Электрические схемы с применением твердотельных МОП-реле используются в системах охранной и пожарной сигнализации для автоматического подключения объекта к телефонной линии при срабатывании сигнала тревоги (табл.1). Кроме того, все указанные в таблице твердотельные МОП-реле могут коммутировать аналоговый сигнал частотой до 5 кГц. Это позволяет их применять для коммутации звукового сигнала в переговорных устройствах систем безопасности (домофонах, видеодомофонах), железнодорожных и транспортных системах диспетчерской связи, промышленных, торговых и прочих предприятиях.
Развить линейку твердотельных МОП-реле планируется за счет быстродействующих устройств для коммутации аналоговых сигналов с частотой от 2 до 25 кГц (PRAB50S, PRAB51S). Эти реле имеют малые значения проходной (1 пФ) и выходной (3 пФ) емкости, а также линейную выходную характеристику. С их помощью можно будет значительно улучшить технические характеристики таких устройств, как сканеры, мультиплексоры, многоканальные устройства выборки и хранения, коммутаторы уровня сигналов, измерительное оборудование.
Твердотельные МОП-реле в корпусах SOP отечественного производства могут полностью заменить аналогичные реле зарубежных компаний. При переходе от монтажа в отверстия к автоматизированному поверхностному монтажу они способны заменять как зарубежные МОП-реле (например, PVT322A), так и отечественные реле серий К293 (КР293) и К449, выпускаемые в корпусах DIP и SMD (табл.2, 3). Кроме твердотельных МОП-реле в подобных корпусах для поверхностного монтажа поставляются оптроны, например транзисторная оптопара PB181S с отличной электрической изоляцией между входом и выходом (минимум 2500 В), высокими быстродействием и временной стабильностью электрических параметров (табл.4). Поставляется оптопара в миниатюрном корпусе SOP4 размером 4,3×4,4×2 мм (рис.5).
Основное назначение оптронов – обеспечение электрической и электростатической развязки между электронными устройствами или различными блоками одного электронного устройства. По своему назначению оптопары аналогичны трансформаторам, но при этом их стоимость (0,15–0,07 долл.) и габариты в несколько раз меньше. Наиболее распространены транзисторные оптопары.
Отечественные оптопары типа PB181S в корпусах SOP напрямую заменяют известные зарубежные аналоги: TLP181, TLP121, TLP124, PC357NT, PS2701-1, KPC357NT, HMA124, а при переходе с монтажа в отверстия на автоматизированный поверхностный монтаж – KP1010, PC817, PS2501-1, PS2561-1, TLP421, TLP521, TLP621 и отечественный оптрон АОТ174. Хотя отечественные оптопары PB181S появились на рынке лишь в 2007 году, они уже нашли широкое применение в системах управления лифтами и системах безопасности (переговорных устройствах видеодомофонов). Они могут использоваться и в телекоммуникационной аппаратуре, источниках электропитания, где широко применяются подобные оптопары зарубежных производителей.
Развивать линейку оптопар в корпусах SOP и SOIC планируется за счет транзисторных оптопар на переменный входной сигнал (аналоги TLP180, KPC354NT), оптопар с базовым выводом транзистора (для замены 4N35 и АОТ128), многоканальных оптопар (два и четыре канала).
В заключение отметим основные достоинства применения отечественных оптоэлектронных микросхем в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа типа SOP, SOIC:
* исключительно высокое качество изделий, достигаемое благодаря использованию технологии автоматизированной сборки, гарантирующей стабильность и повторяемость параметров, надежность изделий;
* поставка в упаковке для автоматизированного монтажа на печатные платы (в блистер-ленте на катушках или в антистатических пеналах);
* широкий диапазон рабочих температур (-55…100°С);
* соответствие европейской директиве RoHS;
* выгодные цены и сроки поставки благодаря наличию складов в России, минимизации транспортных, логистических и таможенных расходов;
* гибкость и оперативность работы с потребителями благодаря предоставлению скидок в зависимости от объема и регулярности заказов, отсрочек платежа, квотированию заказов поквартально, на полугодие и год;
* информационная и техническая поддержка, консультации технических специалистов;
* готовность расширять номенклатуру и изменять технические параметры или выполнять отбор по параметрам в соответствии с требованиями заказчиков.
Отзывы читателей
