Devido aos numerosos fabricantes e milhares de produtos, é difícil calcular com precisão a quantidade específica. Isso não inclui variantes derivadas do modelo básico que diferem apenas ligeiramente em parâmetros elétricos, classificações de temperatura ou formato da embalagem.
Esses componentes analógicos básicos, simples e versáteis desempenham um papel fundamental no front-end de simulação de processamento de sinais (AFE), filtros e interfaces de sensores. Os circuitos já têm muitas funções para implementar, mas o surgimento da inteligência artificial (IA) de ponta, dos controladores inteligentes e de uma infinidade de outras aplicações que precisam interagir com o mundo real aumenta ainda mais a lista de requisitos funcionais.
Dada a gama completa de amplificadores operacionais disponíveis no mercado, desde gama média suficiente até precisão topo de gama, é fácil assumir que novos produtos já não são necessários. No entanto, os recentes lançamentos de novos produtos mostraram mais uma vez quão ingénua é esta suposição.
Últimas inovações em amplificadores operacionais para desvio ultrabaixo
Durante o ano passado, os fornecedores convencionais e intermediários lançaram dezenas de novos amplificadores operacionais. Alguns deles são produtos altamente especializados, como amplificadores operacionais de alta tensão ou amplificadores operacionais eletricamente isolados, mas a maioria ainda são arquiteturas comuns, apenas significativamente otimizadas em algumas especificações.
Os três amplificadores operacionais lançados recentemente têm características de desvio ultrabaixo:
Analog Devices MAX74810ARMZ-RL: Um chopper estável, baixo consumo de energia, canal duplo, amplificador operacional de desvio zero com baixo ruído, entrada de indução de aterramento e saída trilho a trilho para manter alta precisão geral ao longo do tempo, temperatura e variações de tensão
STMicroelectronics TSZ901IYLT: amplificador operacional certificado pela AEC-Q100, pertencente à série TSZ da empresa, com desvio próximo de zero e tensão de deslocamento ultrabaixa, ambos atributos essenciais para condicionamento de sinal de sensores de alto desempenho
TLV488PWR da Texas Instruments: Um amplificador operacional de precisão CMOS de 36 V, 14 MHz estável, desvio zero, 4 canais, compatível com multiplexador
Dilemas comuns entre fornecedores e designers
Para este tipo de dispositivo altamente popular, tanto o fornecedor quanto o usuário têm uma atitude complexa e contraditória em relação ao amplificador operacional tradicional. Os fornecedores querem continuar a produzir estes dispositivos legados porque são rentáveis e os seus processos de fabrico e testes são previsíveis; Os usuários precisam deles porque entendem seu desempenho e suas nuances. Ao mesmo tempo, ambas as partes esperam obter os benefícios potenciais dos novos produtos: vinculação de mercado a longo prazo para os fornecedores e melhor desempenho do sistema para os utilizadores.
Embora os amplificadores operacionais sejam módulos básicos simples em função, eles contêm um grande número de parâmetros de desempenho importantes e muitas vezes muito sutis. Embora os testes necessários e a análise de dados subsequente sejam altamente automatizados, o tempo e o esforço necessários para iniciar, concluir e documentar esses esforços ainda são significativos.- g.
Um dos parâmetros principais e difíceis de testar completamente são as características de variação da corrente de polarização de entrada (IB) com a temperatura, conforme mostrado em MAX74810ARMZ-RL (Fig. 1).
Figura 1: Curva IB do MAX74810ARMZ RL com temperatura; Essas curvas são críticas para projetistas precisos de AFE. Fonte da imagem: dispositivos analógicos)
As especificações do amplificador operacional normalmente fornecem estatísticas de distribuição de tensão de entrada distorcida (VIO) para milhares de dispositivos em teste. Esses gráficos (por exemplo, Figura 2 para TSZ901IYLT) proporcionam ao usuário a confiança de que o processo de produção do fornecedor é estável e gerenciável, melhorando significativamente a confiabilidade da simulação e a confiança no projeto.
Figura 2: O diagrama de distribuição VIO do TSZ901IYLT faz os projetistas acreditarem que o processo de produção é estritamente controlado. Fonte da imagem: STMicroelectronics)
O fornecedor também deve indicar os valores máximos (ou mínimos) para alguns parâmetros, pois os valores típicos são apenas para estimativa preliminar e não atendem aos requisitos para uma análise completa do sistema por ferramentas como o Spice. As tabelas de parâmetros do amplificador operacional, como a Figura 3 para TLV488PWR, fornecem valores típicos e máximos em toda a faixa de temperatura para apoiar avaliações de engenharia rigorosas. Esses parâmetros são geralmente apresentados em forma de tabela, incluindo valores típicos de parâmetros como tensão de deslocamento e corrente de polarização de entrada.
Figura 3: Valores típicos e máximos são necessários para avaliação rigorosa do projeto de dispositivos como TLV488PWR; O fornecedor do amplificador operacional fornecerá em formato tabular, conforme necessário. Fonte da imagem: Texas Instruments)
Quais são os benefícios de um fornecedor lançar um novo produto?
Esse enorme investimento e custo em P&D vale a pena para os fornecedores? No geral, a resposta é sim. Um simulador de sucesso muitas vezes é capaz de contribuir consistentemente com receitas estáveis e lucrativas ao longo de muitos anos. Se o fornecedor conseguir obter uma combinação precisa de funções, características e especificações de desempenho e corresponder ao produto de sucesso do cliente, o amplificador operacional provavelmente será usado nos projetos da geração atual e da próxima. Eventualmente, uma alternativa ao modelo tradicional preferido é alcançada.
Não é fácil substituir um dispositivo antigo. Ao contrário dos processadores, um amplificador operacional confiável, uma vez adotado, geralmente é usado por um longo período de tempo, em vez de ser facilmente substituído. Por que, então, os projetistas não estão dispostos a substituir amplificadores operacionais antigos e relativamente ruins por novos modelos?
A razão é que os dispositivos analógicos são mais suscetíveis a recursos sutis e diferenças individuais no design, layout e processos de produção do que os dispositivos digitais. Projetistas de circuitos analógicos experientes não estão dispostos a substituir facilmente novos dispositivos e arcar com custos de aprendizado e verificação, a menos que haja motivos suficientes; Os designers que tendem a ser digitais relutam em se aprofundar nos detalhes da simulação. A ideia geral deles é: “Enquanto for suficiente, mantenha-o inalterado e siga em frente com o projeto”.
Para fornecedores e designers, existem outros benefícios de longo prazo para o novo produto:
Processos maduros de fabricação e testes reduzem significativamente os riscos de produção e fornecimento.
Melhorias na tecnologia de fabricação e maior rendimento podem levar a margens mais altas para os fornecedores.
As peças foram listadas em listas de fornecedores e componentes aprovados por muitos projetistas OEM, portanto a empresa não se preocupa ao adicioná-las à lista de materiais do produto (BOM).
Um exemplo típico desse conceito de design "não é fácil de substituir" são os amplificadores de instrumento Burr Brown INA133, uma topologia de amplificador operacional especial. O dispositivo foi lançado por volta de 1998 e ainda oferece uma variedade de pacotes e classes, como o INA133UA/2K5 da Texas Instruments (adquirido quando a Burr-Brown foi adquirida em 2000).
É claro que, diante de um grande número de novos e antigos produtos de amplificadores operacionais, como selecionar o modelo mais apropriado para aplicações específicas tornou-se um grande desafio. Alguns designers começam com um pequeno número de fornecedores confiáveis, enquanto outros confiam na experiência do setor. A IA pode ajudar aqui inserindo os valores mínimo/máximo dos parâmetros necessários, parâmetros esperados e outros parâmetros, o que retorna uma lista de amplificadores operacionais adequados classificados por prioridade.
Este é um bom ponto de entrada, mas não há melhor maneira de restringir a seleção e realmente compreender as nuances desses dispositivos do que consultar a documentação e comunicar-se individualmente com os contatos do fornecedor.