全硅延遲線的設(shè)計考慮因素

本應(yīng)用簡報討論了固態(tài)延遲線和混合延遲線之間的架構(gòu)和結(jié)構(gòu)差異。在許多情況下，固態(tài)延遲塊以更低的成本、更小的更輕的封裝和更高的可靠性，為混合延遲塊提供了一種功能性（如果不是引腳對引腳）的替代品。本文概述了較舊的模塊化延遲塊的操作，并解釋了如何使用這些全硅替代品執(zhí)行相同的功能。

討論了重要的功能和參數(shù)差異，使電子設(shè)計人員能夠概述和理解硅延遲塊技術(shù)，以簡化與需要或已經(jīng)使用延遲塊技術(shù)的新設(shè)計和現(xiàn)有設(shè)計的集成。

硅延遲線與混合 L-C 網(wǎng)絡(luò)

圖1顯示了典型的5抽頭混合延遲塊及其硅對應(yīng)物的內(nèi)部視圖。混合型是使用市售的六角逆變器 DIP（例如 74LS04）制造的，頂部放置一個小型 PC 板以提供接地層。接下來，將幾根引線向上彎曲并越過印刷電路板的頂部。5個片式電容器和一個終端電阻焊接到接地層，上方放置一個<>抽頭鐵氧體電感器。請注意，需要近二十個焊點來電連接各種組件。最后，將整個組件放入一個超大的塑料桶中，并填充灌封材料。

圖1.內(nèi)部視圖。

相比之下，硅延遲塊由激光優(yōu)化的芯片組成，該芯片鍵合到傳統(tǒng)引線框架上，模制成可自動插入的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIP或表面貼裝SOIC封裝。該芯片是一種低功耗CMOS設(shè)計，由達(dá)拉斯半導(dǎo)體的Class 6工廠在1英寸晶圓上制造。使用激光器對成品晶圓進(jìn)行后期定義可提供經(jīng)濟(jì)性和最大的靈活性;上升沿和下降沿都可以在很寬的值范圍內(nèi)編程為標(biāo)準(zhǔn)或自定義延遲。激光后最終鈍化步驟通過在包裝前覆蓋激光熔斷器窗口來防止污染。

硅延遲塊的基本構(gòu)建模塊由一個斜坡發(fā)生器和相關(guān)邏輯組成（圖 2）。輸入信號觸發(fā)斜坡發(fā)生器，提供激光調(diào)整的電壓時間關(guān)系（圖 3 和圖 4）。比較器用于檢測達(dá)到基準(zhǔn)電壓（V裁判);這將設(shè)置或重置輸出鎖存器。DS1013系列具有三個獨立的模塊并聯(lián)，而DS1000、DS1005和DS1010系列則通過單個外部輸入串聯(lián)連接這些模塊（圖5）。與大多數(shù)基于TTL的混合器件不同，所有硅延遲線都具有真正的CMOS輸出電平。

圖2.基本構(gòu)建基塊。

圖3.電壓到時間轉(zhuǎn)換。

圖4.擴(kuò)展的基本塊。

圖5.延遲線系列。

線性斜坡發(fā)生器采用恒流源充電電容實現(xiàn)（圖 6）。通過使用多個大電流源和電容器以及二進(jìn)制加權(quán)的較小電流源和電容器的組合，可以在單個硅芯片上通過亞納秒級調(diào)整獲得最大的靈活性（圖 7）。在分辨率為20皮秒的計算機控制測試儀的指導(dǎo)下，通過引導(dǎo)激光去除不必要的電流源和電容器來獲得斜坡的適當(dāng)斜率（圖8）。這是通過打開多晶硅保險絲來實現(xiàn)的（圖 9）。

圖6.基本斜坡發(fā)生器。

圖7.激光可編程元件。

圖8.調(diào)整范圍。

圖9.激光熔斷多晶硅保險絲。

圖 10.延遲與溫度的關(guān)系。

混合線路上的時序由線圈繞組和/或電容器選擇或調(diào)整決定。同時實現(xiàn)上升沿和下降沿精度是困難的，而且代價很高。此外，時間取決于從其他制造商處采購的74LS04設(shè)備的變化。在硅延遲線上，通過平衡CMOS邏輯的正溫度系數(shù)與斜坡發(fā)生器的負(fù)系數(shù)來實現(xiàn)溫度補償。圖10顯示，電路的邏輯部分（如一般的混合延遲塊）隨溫度升高而線性減慢。由于斜坡非線性加速，這兩種效應(yīng)趨于抵消，從而最大限度地減少溫度的影響。由于最終結(jié)果類似于拋物線形狀，因此以百萬分之一（ppm）為單位的溫度系數(shù)不適合描述硅延遲塊的行為。更有意義的參數(shù)是額定溫度范圍內(nèi)從標(biāo)稱任何地方的最大偏移。圖11比較了兩種技術(shù)在溫度范圍內(nèi)的變化。雖然一些硅延遲線系列（DS1000和DS1010）提供最小的電壓獨立性（4%電源變化時延遲變化為5%），但較新的設(shè)計（DS1005和DS1013）提供更高程度的電源隔離（= 1%電源變化時<5%的延遲變化）。較新的設(shè)計通過使用以地為基準(zhǔn)的正斜坡而不是以V為基準(zhǔn)的負(fù)斜坡來實現(xiàn)電源電壓獨立性抄送 (圖 12）。

圖 11.混合與硅在溫度范圍內(nèi)。

圖 12.延遲設(shè)計比較。

雖然混合封裝的靈活性很小，但硅生產(chǎn)線采用各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIP和SOIC封裝（參見下面的封裝選項）。為了保持與基于缺少引腳的混合動力車的現(xiàn)有設(shè)計的兼容性，提供了削波引線版本。最后，對于表面貼裝應(yīng)用，提供兩種解決方案：300mil DIP，引線經(jīng)過修整和“鷗翼”，以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SOIC封裝。

表1總結(jié)了混合設(shè)計的一些缺點和硅解決方案的一些優(yōu)點。

表 1.

封裝選項

雙列直插式 （DIP）

DIP 封裝的引腳數(shù)為 8、14 和 16 引腳。提供三種引線成型選項：

直引線：
這是傳統(tǒng)封裝，用于PCB中的通孔安裝.

鷗翼：
引線的形成為平放在PCB表面，用于表面貼裝應(yīng)用。

剪切常閉
所有“無連接”（NC） 引線均從封裝上剪下。該封裝通常用于混合替代應(yīng)用。

注意：
對于新設(shè)計，不鼓勵使用鷗翼或剪切 NC 包;但是，這些封裝將繼續(xù)用于現(xiàn)有設(shè)計。

小外形

提供小外形表面貼裝封裝，引腳數(shù)為 8、14 和 16 引腳。兩個封裝 還提供寬度：150密耳和300密耳。

*默認(rèn)包裝，無需字母指示符。

還提供卷帶包裝;請聯(lián)系工廠了解更多信息。

常見問題

硅定時延遲與混合設(shè)備有何不同？

典型的混合型器件由一個六角逆變器 DIP、一個用作接地層的 PC 板和片式電容器、一個終端電阻和一個多抽頭鐵氧體電感器組成。時序由線圈繞組和/或電容器選擇或調(diào)整決定。達(dá)拉斯半導(dǎo)體硅定時電路 （STC） 設(shè)計使用激光優(yōu)化芯片，該芯片鍵合到傳統(tǒng)引線框架上，模制成可自動插入的 DIP 或 SOIC 封裝。

與混合器件相比，硅定時電路有哪些優(yōu)勢？

STC在設(shè)計，包裝和制造方面比混合動力車更具優(yōu)勢。具體而言，STC提供了硅的更高可靠性以及上升沿和下降沿的精度。與TTL器件不同，STC是CMOS器件，提供真正的輸出電平。STC 采用標(biāo)準(zhǔn) DIP 和 SOIC 封裝，非常適合標(biāo)準(zhǔn) IC 處理，包括回流焊接。

硅延遲塊器件的基本操作是什么？

硅延遲塊的基本構(gòu)建模塊是斜坡發(fā)生器和相關(guān)邏輯。輸入信號觸發(fā)斜坡發(fā)生器，提供激光調(diào)整的電壓-時間關(guān)系。

有沒有辦法將硅時間延遲的性能與混合動力車相關(guān)聯(lián)？

遵循此過程將提供相關(guān)性。在具有 3/0 V 邏輯電平的快速 （3ns） 上升/下降輸入脈沖下，使用 0.01 至 0.1 μF 電容器的低電感去耦技術(shù)，將低電容測量探頭放置在盡可能靠近封裝的位置，并放寬時序（500ns 脈沖寬度，1μs 周期），將有助于在 1.5 V 電平下測量時實現(xiàn)時序相關(guān)。

激光調(diào)整如何計時延遲？

在分辨率為20皮秒的計算機控制測試儀的指導(dǎo)下，通過將激光引導(dǎo)到多晶硅保險絲上，去除不必要的電流源和電容器，可以獲得適當(dāng)?shù)男逼滦甭省?/p>

我可以得到我需要的任何延遲時間嗎？

是的，硅延遲塊可以定制以滿足您的設(shè)計時序要求。我們甚至可以提供陶瓷封裝的樣品數(shù)量進(jìn)行評估。

STC是否需要像混合動力車一樣補償溫度？

在硅延遲線上，通過平衡CMOS邏輯的正溫度系數(shù)與斜坡發(fā)生器的負(fù)系數(shù)來實現(xiàn)溫度補償。電路的邏輯部分隨溫度升高線性加速，而斜坡則非線性加速。這兩種效應(yīng)往往會抵消，從而最大限度地減少溫度的影響。硅延遲塊不是以百萬分之一為單位測量系數(shù)，而是有意義地測量為額定溫度范圍內(nèi)從標(biāo)稱任何地方的最大偏移。

硅定時延遲是否需要去耦？

STC包含噪聲敏感電壓檢測電路和快速上升時間輸出電路，因此指示去耦。應(yīng)在靠近延遲塊的地方使用0.01至0.1 μF低電感電容，以確保最高性能。

硅延遲線是否也可用作毛刺鑒別器？

是的。如果脈沖或毛刺小于60抽頭或5抽頭串行器件（DS10、DS1000或DS1005）第一級延遲的1010%左右，或小于三合60并行器件（DS3）任何抽頭的1%左右，則沒有輸出。

硅延遲塊可以用來對方波進(jìn)行時移嗎？

是的，這是一個很好的解決方案。只要確保滿足周期規(guī)范即可。

硅定時延遲滿足哪些溫度參數(shù)？

STC在整個軍用（-55°C至+125°C）溫度范圍內(nèi)工作，但已針對商用（0°C至+70°C）范圍進(jìn)行了優(yōu)化。DS1000-IND是一個產(chǎn)品系列，可在工業(yè)溫度范圍使用。其他部件可以定制為工業(yè)溫度范圍。

我可以添加或菊花鏈連接多個設(shè)備以實現(xiàn)更長的延遲嗎？

菊花鏈?zhǔn)焦柩舆t線存在一個問題，隨著鏈中封裝數(shù)量的增加而增加。設(shè)計中的電壓斬波穩(wěn)定電路會在輸出端引起輕微的時間抖動（完全符合規(guī)格，對電路幾乎透明）。當(dāng)封裝以菊花鏈形式連接時，時間抖動是累積的，會降低下線級的精度。如果將四到六個包串聯(lián)在一起，則結(jié)果通常是不可接受的。

如何菊花鏈連接并行 STC 的各個階段？

當(dāng)添加到系列中時，每個階段都會增加一些抖動。在大多數(shù)情況下，這不會成為問題。用戶報告說，菊花鏈?zhǔn)菍崿F(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)延遲的便捷方法。

審核編輯：郭婷