Adatlapok értelmezése és használata
Elektronika II
Gingl Zoltán - Műszaki Informatika Tanszék, Szegedi Tudományegyetem
2022 © CC BY 4.0,

Tartalom
Tartalomjegyzék, reviziók
Specifikációk
Tipikus, minimum és maximum értékek
Megjegyzések
Szakkifejezések magyarázata
Abszolút maximum értékek
Elektrosztatikus kisülés
Hőmérsékleti adatok
Tokozás
Az adatlap törzse
Grafikonok
Működési elv
Ajánlott alkalmazások, kapcsolások
Rendelési információk
Az elektronikai alkatrészekhez a gyártók részletes leírást adnak meg az adatlapban (data sheet). Az adatlapnak több funkcionálisan elkülönülő része van. A célok közé tartozik a figyelem felhívása (egyfajta reklámozás), a tulajdonságok leírása, használati, rendelési útmutatás is.
Főoldal
Az adatlapok első oldala összefoglalja az áramkör legfontosabb tulajdonságait, alkalmazási területeit. Jellemzően négy részre osztható fel.
- Features - Minden áramkörnek vannak kifejezetten előnyös tulajdonságai, bizonyos feladatok hatékony elvégzésére tervezték. Ez a rész ennek megfelelően címszavasan felsorolja a legalapvetőbb paramétereket.
- Applications - a tipikus alkalmazások megnevezéseit látjuk felsorolásszerűen, melyekben az áramkör előnyösen használható.
- Description - pár mondatos szövegben írja le, milyen célra fejlesztették az áramkört, milyen alapvető tulajdonságokkal, előnyökkel rendelkezik.
- Ábrát is láthatunk az első oldalon, ami többféle információt adhat meg jellemzően az alábbiak közül
egyet:
- Typical application - tipikus alkalmazást, kapcsolási rajzot
- Functional block diagram - működési vázlatot
- Pin connection - a tokozásokat és kivezetések írja le
Tartalomjegyzék, reviziók
A főoldalt tartalomjegyzék követi. Ez a szokásos módon segíti az egyes részek megismerését és megtalálását.
Ennél fontosabb, hogy a reviziókról is megad információt, melyek hibajavításokat, kiegészítéseket jelenthetnek. Láthatjuk a módosítások listáját, az aktuális verzió dátumát és betűjelét.
Az adatlapot mindig a gyártó oldaláról töltsük le, itt található a legújabb, megbízható változat.
Specifikációk
A specifikációk részben Electrical characteristics megnevezésű táblázatokban adják meg a működési paraméterek értékét. Ezeket kategóriák szerint csoportosítják, megadják a paraméterek nevét, jelölését, a kapcsolódó működési/tesztelési feltételeket, a pamatéterek értékeit és a kapcsolódó mértékegységet.
Több táblázat is lehet az adatlapban, a táblázatok fejlécében látható, milyen esetre vonatkozik a táblázat. Ilyen lehet a tápfeszültségek értéke vagy más általános jellemző.
Az alábbi táblázat egy jellemző részletet mutat be az OP07D műveleti erősítő adatlapjából.
Parameter | Symbol | Test Conditions/Comments | Min | Typ | Max | Unit |
---|---|---|---|---|---|---|
INPUT CHARACTERISTICS | ||||||
Offset Voltage | VOS | 40 | 150 | µV | ||
0ºC≤TA≤70ºC | 250 | µV | ||||
-40ºC≤TA≤+125ºC | 350 | µV | ||||
Input Bias Current | IB | 0.2 | 1 | nA | ||
-40ºC≤TA≤+125ºC | 1 | nA | ||||
Input Offset Current | IOS | 0.1 | 1 | nA | ||
-40ºC≤TA≤+125ºC | 1 | nA | ||||
Input Voltage Range | -3.5 | +3.5 | V | |||
Common-Mode Rejection Ratio | CMRR | VCM=±3 V | 120 | 127 | dB | |
-40ºC≤TA≤+125ºC | 120 | dB | ||||
Open-Loop Gain | AVO | RL=2kΩ to ground, VO=±3 V | 1000 | 10,000 | V/mV | |
-40ºC≤TA≤+125ºC | 1000 | V/mV | ||||
Offset Voltage Drift | ΔVOS/ΔT | 0ºC≤TA≤70ºC | 0.5 | 1.8 | µV/ºC | |
-40ºC≤TA≤+125ºC | 0.5 | 1.4 | µV/ºC | |||
OUTPUT CHARACTERISTICS | ||||||
Output Voltage Swing | VOUT | ±3.95 | 4.1 | V | ||
0ºC≤TA≤70ºC | ±3.95 | V | ||||
Short Circuit Current | ISC | 27 | mA | |||
Output Current | IO | VO=3.5V | 15 | mA | ||
POWER SUPPLY | ||||||
Power Supply Rejection Ratio | PSRR | VS=±4.0V to ±18.0V | 115 | 130 | dB | |
Supply Current/Amplifier | ISY | VO=0V | 1.1 | 1.25 | mA | |
0ºC≤TA≤70ºC | 1.45 | mA | ||||
-40ºC≤TA≤+125ºC | 1.75 | mA | ||||
DYNAMIC PERFORMANCE | ||||||
Slew Rate | SR | RL=10 kΩ | 0.2 | V/µs | ||
Gain Bandwidth Product | GBP | 0.6 | MHz | |||
Phase Margin | 80 | Degrees | ||||
NOISE PERFORMANCE | ||||||
Voltage Noise | en p-p | 0.1 Hz to 10 Hz | 0.28 | µV p-p | ||
Voltage Noise Density | en | f = 1 kHz | 10 | nV/√Hz | ||
Current Noise Density | in | 0.074 | pA/√Hz |
Tipikus, minimum és maximum értékek
Az adatlapban három oszlopban adják meg az egyes paraméterek értékeit.
- A tipikus értékeket statisztika alapján adják meg, tehát egyfajta jellemző értéknek tekinthetők. Így egy konkrét áramkör esetén nem tudhatjuk, hogy az érték ennél kisebb vagy nagyobb. Az adatlap törzsében gyakran adnak meg hisztogramokat, melyekből többet megtudhatunk arról, milyen eséllyel teljesülhet a megadott érték.
- A minimum és maximum határok garantált értékek, ezek minden egyes áramkörre teljesülnek. Ezeket vagy teszteléssel, vagy tervezésből adódóan biztosítják.
Megjegyzések
Az adatlapi paraméterekhez tartozhatnak megjegyzések is, melyekre fontos figyelni. Néhány példa:
Note 2: This parameter is specified by design and/or characterization and is not tested in production.
Note 4: The input bias current is the average of the currents into the positive and negative input pins.
Note 7: Full Power Bandwidth is calculated from slew rate using the following equation: FPBW = SR/(2 π ⋅ VPEAK)
Szakkifejezések magyarázata
Előfordulhat, hogy az adatlapban elmagyarázzák egy paraméter jelentését, annak ellenére, hogy ez elvileg ismert a szakmában. Ilyenre látunk példát a TL071 műveleti erősítő adatlapjában:
8.3.2 Slew Rate
The slew rate is the rate at which an operational amplifier can change the output when there is a change on the input. These devices have a 13-V/µs slew rate.
Abszolút maximum értékek
Az adatlap kiemelten fontos része megadja azokat határértékeket, melyeket a működés során maradéktalanul be kell tartani a károsodás, megbízhatatlanság elkerülése érdekében. Ezeknek a betartása nem jelenti azt, hogy az áramkör megfelelően működik, ahhoz a működési paramétereket kell alapul venni.
Az alábbi táblázat az ADA4522-2 műveleti erősítőre vonatkozó értékeket adja meg:
Parameter | Rating |
---|---|
Supply Voltage | 60 V |
Input Voltage | ±(V-)-300 mV to (V+)+300 mV |
Input Current (Note 1) | ±10 mA |
Differential Input Voltage | ±5 V |
Output Short-Circuit Duration to GND | Indefinite |
Storage Temperature Range | -65ºC to +150ºC |
Operating Temperature Range | -40ºC to +125ºC |
Junction Temperature Range | -65ºC to +150ºC |
Lead Temperature (Soldering, 60 sec) | 300ºC |
Egy kiegészítő megjegyzést is láthatunk:
Note 1: The input pins have clamp diodes to the power supply pins. Limit the input current to ± 10 mA or less whenever input signals exceed the power supply rail by 300 mV.
A paraméterek többsége közvetlenül értékekkel adott, de függhet más mennyiségtől is, mint például a bemeneti feszültség.
Gyártótól függetlenül szerepel az adatlapokban az alábbi szöveg, ami egyértelműen fogalmaz:
Stresses above those listed under Absolute Maximum Ratings may cause permanent damage to the device. This is a stress rating only; functional operation of the device at these or any other conditions above those indicated in the operational section of this specification is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.
Elektrosztatikus kisülés
Az integrált áramkörök érzékenyek az érintésre, ami több kV nagyságú feszültséget is jelenthet a sztatikus feltöltődés miatt. Bár tartalmaznak védőáramköröket, a megbízhatóság csak akkor teljes, ha megfelelő körülményeket biztosítunk a felhasználáskor. Erre is általános szövegezés figyelmeztet:
ESD (electrostatic discharge) sensitive device. Charged devices and circuit boards can discharge without detection. Although this product features patented or proprietary protection circuitry, damage may occur on devices subjected to high energy ESD. Therefore, proper ESD precautions should be taken to avoid performance degradation or loss of functionality.
Hőmérsékleti adatok
A félvezetők hőmérséklettűrése is korlátos, amit egyrészt láthatunk az ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS táblázatban, de további jellemzőket is megadnak annak érdekében, hogy kiszámítható legyen egy alkatrész belső hőmérséklete működés közben.
A chip belső hőmérséklete függ a környezeti hőmérséklettől és attól is, mekkora teljesítményt vesz fel az áramkör. Egy példát láthatunk a következő táblázatban, ami kétféle tokozáshoz ad meg jellemzőket.
Package Type | θJA | θJC | Unit |
---|---|---|---|
8-Lead DIP (N-8) | 103 | 43 | ºC/W |
8-Lead SOIC (R-8) | 158 | 43 | ºC/W |
A θJA thermal resistance paraméter annak kiszámítására alkalmas, hogy adott PD teljesítménydisszipáció esetén a félvezető lapka hőmérséklete (junction temperature) mennyivel magasabb a környezeti hőmérsékletnél (ambient temperature). Az értéke jelentősen függhet a tokozástól is. Mértékegysége ºC/W, vagy K/W.
Műveleti erősítőnél PD értéke két részből tevődik össze:
- az egyik a nyugalmi áram és a tápfeszültség szorzata
- a másik a kimeneti áram és a tápfeszültség és a kimeneti feszültség különbségének szorzata. Ha a kimenet árama befelé folyik, akkor a kimeneti feszültség és a negatív tápfeszültség különbségét kell használni.
A félvezető lapka hőmérséklete TJ=TA+θJA⋅PD, ahol TA az integrált áramkör környezetének hőmérséklete működés közben.
Nagyon fontos, hogy TJ mindig megbízhatóan az adatlapban megadott érték alatt maradjon a megfelelő működés és a károsodás elkerülése érdekében.
A θJC paraméterrel (juntion-to-case thermal resistance) a lapka és a tok hőmérsékletének viszonyát jellemezhetjük.
Tokozás
Az áramkört többféle tokozásban forgalmazzák, ezeknek a méreteit adja meg az adatlap vonatkozó része.
Az adatlap törzse
Grafikonok
Az adatlap törzsének első részében grafikonokat látunk, melyek a specifikációkban megadott paraméterekhez adnak további információkat. Tipikus hisztogramok, jelalakok és jelleggörbék láthatók ebben a részben.
Működési elv
A szöveges részekben részletesebben szerepel az áramkör működési elve, blokkvázlata, akár egyszerűsített kapcsolási rajza is. Ebben a részben fontos magyarázatok és kiegészítések szerepelnek, melyek ismerete és megértése szükséges ahhoz, hogy az áramkört megbízhatóan, rendeltetészerűen használjuk, az árámkörtervezést magas színvonalon végezhessük el.
Ajánlott alkalmazások, kapcsolások
Gyakran része az adatlapnak példaalkalmazások bemutatása, akár általánosabb, tankönyvi kapcsolások ismertetése is. Ez a rész ezért az általános műveltséget is növeli, tananyagként is szolgál.
Rendelési információk
Az áramkör nem csak többféle tokozásban, de akár különböző minőségi fokozatban, működési hőmérséklettartományban is elérhető lehet. A rendeléshez a kiválasztott fajtához tartozó kód szükséges, amit az adatlapban találhatunk meg.
- Az adatlapot mindig a gyártó oldaláról töltsük le.
- Az adatlapot a lehető legnagyobb alapossággal kell elolvasni és megérteni, ekkor lehetséges csak az áramkör megbízható, magas szintű alkalmazása.
- Az adatlapban közvetlenül és közvetve megadott információt is ismerni kell, amit csak megfelelő szakmai felkészültséggel lehet megérteni.
- Az abszolút határértékeket sosem, semennyi időre sem szabad meghaladni. Mindig kell biztonsági tartalékot tervezni, nem szabad a határértékek közelében működtetni a áramkört.
- Sosem szabad a specifikációkon kívül eső tulajdonságot feltételezni, ilyenre tervezést alapozni.
- Kritikus alkalmazásoknál szükséges a garantált határértékekkel tervezni.
Referenciák
- How to read a datasheet - Basic linear design - Analog Devices
- How to Read a Datasheet, presentation - David Kress, Analog Devices
- How to Read a Datasheet, Webcast - David Kress, Analog Devices 🎦
- How to make Sense of a Data Sheet, James Bryant, Analog Devices
- Data Sheet Intricacies— Absolute Maximum Ratings and Thermal Resistances, Wicky Wong, Analog Devices
- What's the big deal about ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS?, John Ardizzoni, Analog Devices
- Observing Maximum Ratings or How to Avoid Forecasts of Doom, James Bryant, Analog Devices