ทางเลือกแทน ULN2003: คู่มือการเลือก Darlington Transistor Array

ทางเลือกสำหรับ Darlington transistor array คือคำถามที่ตามมาหลังจากโซลูชันไดรเวอร์ที่พบบ่อยที่สุดในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจาก Darlington array คือวิธีที่สัญญาณใช้ขับโหลดแบบเหนี่ยวนำและโหลดกระแสสูง และ ULN2003 คืออุปกรณ์ที่แผงวงจรเกือบทุกแผงเลือกใช้สำหรับงานนี้ Darlington transistor array คือวงจรรวมที่บรรจุคู่ทรานซิสเตอร์ Darlington หลายคู่ไว้ในแพ็คเกจเดียว โดยแต่ละคู่จะรวมทรานซิสเตอร์สองตัวเข้าด้วยกันเพื่อขยายสัญญาณอินพุตขนาดเล็กให้เป็นเอาต์พุตแบบ open-collector ที่มีกระแสสูง และ ULN2003 คือรุ่นแบบ 7 ช่องสัญญาณที่ใช้ขับรีเลย์, มอเตอร์, โซลินอยด์, LED และขดลวดสเต็ปเปอร์จากพินลอจิกขนาดเล็กของไมโครคอนโทรลเลอร์ คำถามเรื่องทางเลือกถูกตอบในทางหนึ่งโดยตระกูลของมันเอง เนื่องจากฟังก์ชันและตำแหน่งพินของ Darlington array ถูกผลิตซ้ำในกลุ่มชิ้นส่วนจากผู้ผลิตหลายราย และถูกตอบอย่างระมัดระวังในอีกทางหนึ่ง เนื่องจากการแทนที่ต้องคำนึงถึงช่องสัญญาณ, กระแส, แรงดันไฟฟ้า และ flyback diodes บนชิปที่คู่มือนี้ระบุไว้ คู่มือนี้จะอธิบายว่า Darlington array ทำหน้าที่อะไร, ULN2003 และรุ่นพี่น้องแบบ 8 ช่องสัญญาณอย่าง ULN2803 มีความเหมาะสมอย่างไร, วิธีหาอุปกรณ์ที่เทียบเท่า และวิธีเปลี่ยนแทนอย่างปลอดภัย เพื่อให้การเลือกบล็อกไดรเวอร์เป็นไปตามหลักฐานที่ปรากฏ

คู่มือนี้ยังอ่านคำถามที่ชุมชนถามจริงๆ เพราะผลการค้นหาสำหรับทางเลือกของ Darlington array สะท้อนถึงข้อสงสัยทางวิศวกรรมที่แท้จริง คำถามที่ว่า "IC ตัวไหนที่เทียบเท่ากับ ULN2003?" เป็นคำถามที่เกิดขึ้นทุกวัน และคำตอบคือแผนผังตระกูลอุปกรณ์ ทั้ง MC1413, TD62083, ชิ้นส่วน ULN2003 จากผู้ผลิตในประเทศ และ ULN2803 แบบ 8 ช่องสัญญาณ ซึ่งคู่มือนี้จะให้แผนผังพร้อมการตรวจสอบที่ทำให้การใช้งานปลอดภัย Darlington array เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่เปลี่ยนแทนได้ง่ายที่สุดในแคตตาล็อก เนื่องจากฟังก์ชันและตำแหน่งพินเป็นมาตรฐานและมีตระกูลที่หลากหลาย และวิธีการที่ทำให้การเปลี่ยนแทนปลอดภัยคือการตรวจสอบสามชั้นแบบเดียวกับที่เว็บไซต์นี้ใช้กับทุกส่วน ได้แก่ แพ็คเกจ, พิน และพฤติกรรมทางไฟฟ้า พร้อมด้วยคุณสมบัติพิเศษที่กำหนดตัวตนของอุปกรณ์นี้ นั่นคือ flyback diode

Darlington Transistor Array ทำหน้าที่อะไร

Darlington transistor array คืออินเทอร์เฟซจากดิจิทัลไปสู่กำลังไฟฟ้าในแพ็คเกจเดียว และเป็นส่วนประกอบที่ช่วยให้สัญญาณลอจิกขนาดเล็กสามารถสวิตช์โหลดขนาดใหญ่ได้ แต่ละช่องสัญญาณของอาเรย์คือ Darlington pair ซึ่งเป็นทรานซิสเตอร์สองตัวเชื่อมต่อกันเพื่อให้ตัวแรกขยายกระแสเบสของตัวที่สอง และคู่ทรานซิสเตอร์นี้จะให้เกนของกระแสที่สูงมาก ดังนั้นกระแสอินพุตเพียงไม่กี่มิลลิแอมป์จึงสามารถขับเอาต์พุตได้ถึงหลายร้อยมิลลิแอมป์ เอาต์พุตของแต่ละช่องสัญญาณเป็นแบบ open-collector โดยขาคอลเลกเตอร์ของทรานซิสเตอร์จะถูกต่อออกมาที่พินและขาอีมิตเตอร์จะต่อลงกราวด์ ดังนั้นช่องสัญญาณจึงทำหน้าที่ดึงกระแส (sink current) จากโหลดที่เชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟบวกผ่านโหลดมายังพินเอาต์พุต ซึ่งเป็นการจัดวงจรแบบ low-side driver มาตรฐาน นอกจากนี้อาเรย์ยังรวม flyback diodes ซึ่งเป็นไดโอดคร่อมเอาต์พุตแต่ละช่องเพื่อแคลมป์แรงดันย้อนกลับจากการเหนี่ยวนำ (inductive kickback) เมื่อรีเลย์หรือคอยล์ของมอเตอร์หยุดทำงาน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ทำให้ Darlington array กลายเป็นตัวขับรีเลย์มาตรฐาน หน้าที่ของอาเรย์ ทั้งการเป็นอินเทอร์เฟซ, ขยายสัญญาณ, สวิตช์ และแคลมป์ คือเหตุผลที่ ULN2003 มีอยู่ทุกที่ และตัวเลือกทดแทนจะต้องทำหน้าที่เดียวกันนี้ได้

ชิ้นส่วนอ้างอิงสองรุ่นเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของโลกแห่งอาเรย์ ULN2003 คือ Darlington array แบบ 7 ช่องสัญญาณในแพ็คเกจ 16 พิน ซึ่งเป็นรุ่นที่พบบ่อยที่สุดที่ขับโหลดเจ็ดตัวจากอินพุตลอจิกเจ็ดช่อง และ ULN2803 คือรุ่น 8 ช่องสัญญาณในแพ็คเกจ 18 พินสำหรับโหลดแปดตัว ทั้งคู่รองรับกระแสต่อช่องสัญญาณและมีไดโอดบนชิปที่เหมือนกัน โดยความแตกต่างอยู่ที่จำนวนช่องสัญญาณและแพ็คเกจ ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงประการแรกในการเลือกตัวเลือกทดแทน การออกแบบที่ขับโหลดเจ็ดตัวจะใช้ ULN2003 และรุ่นที่เทียบเท่า ส่วนการออกแบบที่ขับโหลดแปดตัวจะใช้ ULN2803 และตระกูล 18 พิน และการแทนที่นั้นจะต้องพิจารณาจำนวนช่องสัญญาณก่อนสิ่งอื่นใด ความนิยมของ Darlington array คือเหตุผลที่คู่มือตัวเลือกทดแทนเริ่มต้นที่ ULN2003 และจำนวนช่องสัญญาณคือมิติแรกของแผนผังนี้

วิธีที่ ULN2003 ขับรีเลย์และมอเตอร์

ULN2003 ขับรีเลย์, มอเตอร์ และโซลินอยด์ผ่านช่องสัญญาณแบบ open-collector และไดโอดบนชิป ในการขับรีเลย์ โหลดจะเชื่อมต่อจากรางไฟบวกไปยังเอาต์พุตของช่องสัญญาณ อินพุตของช่องสัญญาณจะเชื่อมต่อกับพินลอจิก และเมื่อลอจิกมีสถานะสูง (high) Darlington pair จะทำงานและดึงกระแสผ่านคอยล์ของรีเลย์เพื่อกระตุ้นการทำงาน และเมื่อลอจิกมีสถานะต่ำ (low) คู่ทรานซิสเตอร์จะหยุดทำงาน และแรงดันย้อนกลับจากการเหนี่ยวนำของคอยล์จะถูกแคลมป์โดย flyback diode บนชิป ในการขับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ คู่ของช่องสัญญาณ ULN2003 หรือโมดูลที่ใช้ ULN2003 โดยเฉพาะ จะขับเฟสของคอยล์มอเตอร์ตามลำดับ และอาเรย์มีทั้งกระแสและไดโอดที่เพียงพอสำหรับงานนี้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม ULN2003 จึงเป็นตัวขับสเต็ปเปอร์มาตรฐาน กระแสเอาต์พุตต่อช่องสัญญาณในระดับ 500 มิลลิแอมป์ และการจัดวงจรแบบ open-collector คือพารามิเตอร์ที่การออกแบบโหลดต้องพิจารณา และบทบาทของอาเรย์คืออินเทอร์เฟซที่แยกส่วนลอจิกและโลกของกระแสสูงออกจากกัน หน้าที่ของ ULN2003 คือตัวอ้างอิงที่ตัวเลือกทดแทนต้องทำให้ได้เท่ากัน และโหลด, คอยล์, ไดโอด รวมถึงกระแส คือข้อกำหนดสำหรับการเทียบเคียงนั้น

ULN2003 ในฐานะมาตรฐานอ้างอิงของ Darlington Array

ULN2003 คือ Darlington array ที่เป็นมาตรฐานอ้างอิง และการทำความเข้าใจแพ็คเกจ พิน และตัวเลขของมันจะช่วยให้เห็นภาพรวมของตัวเลือกอื่นได้อย่างชัดเจน ULN2003 มาในแพ็คเกจ 16 พิน ทั้งแบบ DIP-16 และ SOIC-16 โดยมีพินอินพุตเจ็ดพินและพินเอาต์พุตเจ็ดพิน พินกราวด์ และพินไดโอดร่วม (common-diode) ซึ่งการจัดวางพิน (pinout) จากอินพุต 1 ถึง 7 ที่ด้านหนึ่งและเอาต์พุต 1 ถึง 7 ที่ฝั่งตรงข้ามนั้นเป็นมาตรฐานเดียวกันในทุกผู้ผลิต แต่ละช่องสัญญาณของ ULN2003 รองรับกระแสเอาต์พุตในระดับ 500-milliamp ทำงานกับแรงดันเอาต์พุตได้สูงสุดถึงระดับ 50-volt และรับอินพุตลอจิก 5-volt ที่รองรับ TTL ได้ ซึ่งเป็นเหตุผลที่มันสามารถขับเคลื่อนได้โดยตรงจาก microcontrollers และวงจรลอจิก พินไดโอดร่วมจะเชื่อมต่อกับแคโทดของ flyback diodes ช่วยให้นักออกแบบสามารถเชื่อมต่อกับรางบวกเพื่อทำหน้าที่แคลมป์ (clamp) และการรวมไดโอดนี้คือคุณสมบัติที่ทำให้ ULN2003 เป็นตัวขับรีเลย์ที่สมบูรณ์ในชิ้นส่วนเดียว ตัวเลขและพินเหล่านี้คือจุดอ้างอิงที่ใช้เปรียบเทียบกับตัวเลือกอื่นๆ

ความนิยมของ ULN2003 ยังเป็นเหตุผลที่ทำให้ตระกูลของมันมีความหลากหลายมาก เพราะฟังก์ชันและการจัดวางพินถูกผลิตซ้ำโดยผู้จำหน่ายและผู้ผลิตในประเทศต่างๆ ชิ้นส่วนอย่าง TD62083, MC1413 และ ULN2003 จากแหล่งอื่นๆ ต่างใช้เลย์เอาต์ 16 พินและตัวเลขต่อช่องสัญญาณแบบเดียวกัน ทำให้การจัดหาอุปกรณ์สามารถสลับเปลี่ยนภายในตระกูลบนฟุตพริ้นท์ (footprint) และวงจรขับเดิมได้ ชิ้นส่วนอ้างอิงนี้ทำหน้าที่เป็นจุดยึดหลัก โดยมีชิ้นส่วนจากผู้จำหน่ายรายอื่นและรุ่นต่างๆ ในตระกูลล้อมรอบอยู่ และการแทนที่อุปกรณ์จะพิจารณาจากกลุ่มเหล่านี้ก่อนที่จะดู datasheet วิธีการของคู่มือนี้คือการใช้ ULN2003 เป็นตัวอ้างอิงและอ่านค่าตัวเลือกอื่นๆ ทั้งในด้านแพ็คเกจ พิน ช่องสัญญาณ กระแส แรงดัน และไดโอด เปรียบเทียบกับมัน ซึ่งเป็นระเบียบวิธีเดียวกับการแทนที่อุปกรณ์ที่เชื่อถือได้ทุกประเภท

ULN2003 แบบ 7 ช่องสัญญาณ เทียบกับ ULN2803 แบบ 8 ช่องสัญญาณ

ULN2003 แบบ 7 ช่องสัญญาณ และ ULN2803 แบบ 8 ช่องสัญญาณ คือจำนวนช่องสองรูปแบบในโลกของ Darlington และการเลือกระหว่างสองรุ่นนี้ขึ้นอยู่กับจำนวนช่องที่ต้องการ ULN2003 ในแพ็คเกจ 16 พิน ขับโหลดได้เจ็ดตัว และเป็นชิ้นส่วนที่เลือกใช้สำหรับบล็อกที่มีเอาต์พุตหกหรือเจ็ดช่อง เช่น สเต็ปเปอร์มอเตอร์ 28BYJ, ชุดรีเลย์สี่หรือเจ็ดตัว และตัวขับจอแสดงผลแบบเจ็ดส่วน (seven segments) ส่วน ULN2803 ในแพ็คเกจ 18 พิน ขับโหลดได้แปดตัว และเป็นชิ้นส่วนที่เลือกใช้สำหรับบล็อกที่มีเอาต์พุตแปดช่อง พอร์ตเต็มแปดพอร์ต และชุดตัวขับแบบขนาน ข้อมูลจำเพาะต่อช่องสัญญาณนั้นเหมือนกัน ทั้งระดับกระแส 500-milliamp ระดับแรงดันเอาต์พุต 50-volt และไดโอดบนชิป ดังนั้นการเลือกระหว่างสองรุ่นนี้จึงขึ้นอยู่กับจำนวนช่องและแพ็คเกจ โดย 2803 จะเติมเต็ม 8 ช่อง และ 2003 จะเติมเต็ม 7 ช่อง และไม่สามารถใช้แทนกันได้โดยตรงหากไม่มีการเปลี่ยนจำนวนช่องและฟุตพริ้นท์ จำนวนช่องคือการตัดสินใจลำดับแรกในโลกของ Darlington และคู่มือนี้จะพิจารณาสิ่งนี้ก่อนข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญของตัวเลือกทดแทน Darlington Array

การอ่านข้อมูลจำเพาะของตัวเลือกทดแทน Darlington Array ครอบคลุมถึงช่องสัญญาณ (channels), กระแสไฟฟ้า, แรงดันไฟฟ้า, อินพุต และไดโอด ซึ่งเป็นระดับที่ชื่อตระกูลไม่ได้ระบุไว้อย่างครบถ้วน ช่องสัญญาณจะเป็นตัวกำหนดจำนวน ไม่ว่าจะเป็นเจ็ดหรือแปดช่อง และตัวเลือกทดแทนต้องมีจำนวนตรงกับที่การออกแบบต้องการขับเคลื่อน กระแสเอาต์พุตต่อช่องสัญญาณ ซึ่งอยู่ในระดับ 500-milliamp ของตระกูล ULN จะเป็นตัวกำหนดว่าช่องสัญญาณสามารถรับโหลดได้เท่าใด และการออกแบบที่ขับเคลื่อนโหลดใกล้ขีดจำกัดจะพิจารณาจากกระแสและอุณหภูมิของแพ็คเกจมากกว่าเพียงแค่ป้ายระบุ แรงดันเอาต์พุตในระดับ 50-volt จะกำหนดแรงดันไฟเลี้ยงที่เอาต์พุตแบบ open-collector สามารถสวิตช์ได้ และการออกแบบบนแรงดันไฟเลี้ยง 12-volt หรือ 24-volt จะต้องอ่านค่าพิกัดเทียบกับแรงดันไฟเลี้ยงและแรงดัน flyback ของโหลด อินพุตซึ่งเป็นเกณฑ์ที่รองรับ TTL ของตระกูล ULN จะกำหนดว่าวงจรลอจิกสามารถขับเคลื่อนอาเรย์ได้โดยตรงหรือไม่ และการออกแบบที่มีแหล่งจ่ายแบบ open-collector หรือระดับลอจิกที่แตกต่างกันจะต้องอ่านข้อกำหนดของอินพุต ไดโอดบนชิปซึ่งทำหน้าที่เป็น flyback clamp จะกำหนดว่าอาเรย์นั้นเป็นวงจรขับรีเลย์ที่สมบูรณ์หรือไม่ และตัวเลือกทดแทนที่ไม่มีไดโอดเหล่านี้จะบังคับให้ต้องใช้ไดโอดภายนอก การอ่านค่าทั้งสี่ประการนี้คือระดับข้อมูลใน datasheet ของตัวเลือกทดแทน และเป็นระดับที่การออกแบบโหลดต้องตรวจสอบ

การอ่านข้อมูลยังครอบคลุมถึงขีดจำกัดทางไฟฟ้าที่ปกป้องชิ้นส่วนและโหลด พลังงานรวม ซึ่งคำนวณจากกระแสของช่องสัญญาณคูณด้วยแรงดันอิ่มตัว (saturation voltage) คูณด้วยจำนวนช่องสัญญาณ จะเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของแพ็คเกจ และ Darlington Array จะคายความร้อนจากค่า dropout ของคู่ทรานซิสเตอร์ที่อิ่มตัว ซึ่งสูงกว่าวงจรขับแบบ MOSFET และการอ่านค่าความร้อนที่จำนวนช่องสัญญาณสูงสุดจะช่วยให้อาเรย์อยู่ในพิกัดที่กำหนด ค่าแรงดันย้อนกลับและค่าชั่วขณะ (transient) เช่น แรงดัน flyback และกระแสกระชาก (inrush) คือสภาวะที่ไดโอดและการป้องกันภายนอกต้องจัดการ และการออกแบบจะต้องอ่านค่าพิกัดสูงสุดเด็ดขาด (absolute maximum ratings) เทียบกับกรณีที่เลวร้ายที่สุด ข้อมูลจำเพาะเหล่านี้คือพื้นฐานร่วมกันของตระกูลอุปกรณ์ และการแทนที่ด้วยการเปลี่ยนตัวเลข เช่น กระแสที่ต่ำกว่า แรงดันที่ต่ำกว่า หรือไดโอดที่หายไป จะเปลี่ยนการออกแบบโหลด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวเลือกทดแทนจึงต้องได้รับการตรวจสอบกับโหลดจริงมากกว่าเพียงแค่ตรวจสอบกับชื่อตระกูล

ความสำคัญของ flyback diode ใน Darlington array

flyback diode คือคุณสมบัติที่ทำให้ Darlington Array เป็นวงจรขับที่สมบูรณ์ และมีความสำคัญเนื่องจากโหลดแบบเหนี่ยวนำจะทำลายช่องสัญญาณหากไม่มีไดโอดนี้ เมื่อขดลวดรีเลย์หรือขดลวดมอเตอร์ถูกปิด สนามแม่เหล็กที่ยุบตัวจะสร้างแรงดัน flyback ซึ่งเป็นแรงดันกระชากคร่อมขดลวดที่อาจสูงกว่าแหล่งจ่ายหลายเท่า และหากไม่มีตัวแคลมป์ (clamp) แรงดันกระชากนี้จะผลักดันให้ช่องสัญญาณเข้าสู่สภาวะพังทลาย (breakdown) Darlington Array ได้รวมตัวแคลมป์ในรูปแบบของไดโอดคร่อมแต่ละช่องสัญญาณ โดยเชื่อมต่อผ่านพิน common ไปยังแรงดันไฟเลี้ยงบวก ดังนั้นกระแสจากแรงดันกระชากขณะปิดจะไหลผ่านไดโอดแทนที่จะผ่านทรานซิสเตอร์ ทำให้อาเรย์อยู่รอดและโหลดสวิตช์ได้อย่างสะอาดหมดจด ตัวเลือกทดแทนต้องมีการรวมไดโอดแบบเดียวกัน หรือการออกแบบต้องเพิ่มไดโอดภายนอก ซึ่งจะเปลี่ยนแผงวงจรและต้นทุน การตรวจสอบไดโอดคือคุณสมบัติพิเศษของ Darlington Array และเป็นเหตุผลว่าทำไมการแทนที่โดยตัดไดโอดออกจึงเป็นการออกแบบใหม่โดยไม่รู้ตัว ไดโอดคือการป้องกันของอาเรย์ และการป้องกันคือข้อกำหนดของตัวเลือกทดแทน

วิธีการค้นหาอุปกรณ์ที่เทียบเท่า Darlington Array

การค้นหาอุปกรณ์ที่เทียบเท่า Darlington Array ดำเนินการผ่านช่องทางเดียวกับการค้นหาชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป โดยใช้จำนวนช่องสัญญาณ (channel count) และแพ็คเกจ (package) เป็นตัวกรอง อุปกรณ์ที่เทียบเท่ากับ ULN2003 สามารถค้นหาได้จากการอ้างอิงข้ามรุ่น (cross-reference) ฟีเจอร์ชิ้นส่วนทางเลือกของผู้จัดจำหน่าย แพลตฟอร์มรวบรวมข้อมูล หรือเครื่องมือค้นหา cross-reference โดยเฉพาะ ซึ่งการค้นหาจะส่งคืนข้อมูลในตระกูลเดียวกัน เช่น TD62083, MC1413 และชิ้นส่วน ULN2003 ที่ผลิตในประเทศ จากนั้นจึงกรองด้วยการตรวจสอบ datasheet ตามจำนวนช่องสัญญาณ กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และแพ็คเกจ สำหรับ ULN2803 แบบ 8 ช่องสัญญาณ ก็ใช้วิธีค้นหาในตระกูลของตัวเองในลักษณะเดียวกัน เช่น TD62064 และ 2803 จากผู้ผลิตต่างๆ บนเลย์เอาต์แบบ 18 พิน นิสัยในการค้นหายังคงเป็นรูปแบบเดิมที่ใช้ในซีรีส์นี้ คือรวบรวมจากแหล่งข้อมูลมากกว่าหนึ่งแห่ง จัดลำดับตามระดับความน่าเชื่อถือ และตรวจสอบกับ datasheet ซึ่งขั้นตอนการตรวจสอบนี้คือขั้นตอนที่เปลี่ยนจากรายชื่อผู้สมัครในแผนผังตระกูลให้กลายเป็นการตัดสินใจ ความหลากหลายของตระกูล Darlington ทำให้การค้นหานั้นสะดวก และระเบียบวินัยในการตรวจสอบทำให้เกิดความปลอดภัย

การค้นหายังรวมถึงการพิจารณาอุปกรณ์ข้างเคียงที่มีฟังก์ชันใกล้เคียงกัน เพราะ Darlington Array มีอุปกรณ์ญาติที่ทำงานแบบเดียวกันแต่มีการนำไปใช้งานที่ต่างออกไป เช่น MOSFET drivers ระดับลอจิก และ IC สำหรับขับรีเลย์ (relay-driver ICs) ที่มาพร้อมการป้องกันและฟีเจอร์อินพุต รวมถึง open-collector logic buffers ซึ่งสามารถแทนที่ Darlington Array ในการออกแบบที่ให้ความสำคัญกับค่าแรงดันตกคร่อม (drop) ความเร็ว หรือฟีเจอร์ของช่องสัญญาณ โดยการแทนที่ต้องพิจารณาความแตกต่างของค่า saturation drop, ความเร็วในการสวิตช์ (switching speed) และอินพุตอินเทอร์เฟซเทียบกับการออกแบบ ค่าแรงดันตกคร่อมที่ต่ำกว่าและการสวิตช์ที่เร็วกว่าของ MOSFET driver มักจะเข้ามาแทนที่ Darlington ในการออกแบบใหม่ๆ ในขณะที่ Darlington ยังคงเป็นตัวเลือกที่เรียบง่ายและมีการป้องกันที่ดีสำหรับโหลดแบบคลาสสิก อุปกรณ์ข้างเคียงเหล่านี้คือทางเลือกที่นอกเหนือจากตระกูลหลัก และการแทนที่ต้องอ่านข้อมูลด้วยการตรวจสอบสามชั้นแบบเดียวกัน ซึ่งเป็นวิธีการที่ทำให้การเลือกใช้อุปกรณ์ในขอบเขตที่กว้างขึ้นนั้นปลอดภัย

ULN2803 และตระกูลทางเลือกแบบ 8 ช่องสัญญาณ

ULN2803 และตระกูลของมันทำหน้าที่เป็นตัวขับสัญญาณแบบแปดช่องสัญญาณ และมีทางเลือกอยู่รอบตัวในลักษณะเดียวกับ ULN2003 โดย ULN2803 ในแพ็คเกจแบบ 18 พิน ให้คุณสมบัติในแต่ละช่องสัญญาณเหมือนกับ ULN2003 ได้แก่ กระแสไฟระดับ 500 มิลลิแอมป์ แรงดันเอาต์พุตระดับ 50 โวลต์ และมีไดโอดในตัว โดยมีแปดช่องสัญญาณแทนที่จะเป็นเจ็ดช่อง และเวอร์ชันจากผู้ผลิตต่างๆ เช่น TD62064 และ 2803 ที่ผลิตในประเทศ จะใช้เลย์เอาต์ 18 พินร่วมกัน การแทนที่ภายในตระกูล 2803 สามารถสลับไปมาระหว่างผู้ผลิตบนฟุตพริ้นท์เดียวกันได้ และการออกแบบที่ต้องขับโหลดแปดตัวจะจัดหาอุปกรณ์ในกลุ่ม 2803 ด้วยวิธีเดียวกับการจัดหากลุ่ม 2003 สำหรับการออกแบบที่ต้องการมากกว่าแปดช่องสัญญาณจะใช้การต่อพ่วง (cascade) หรือเพิ่มจำนวนอาเรย์ โดยพิจารณาเอาต์พุตที่ใช้ร่วมกันและกระแสรวม ส่วนการออกแบบที่ต้องการช่องสัญญาณน้อยกว่าจะยังคงใช้ 2003 ตระกูล 8 ช่องสัญญาณคือภาพสะท้อนของตระกูล 7 ช่องสัญญาณ และคู่มือนี้ให้อ่านข้อมูลทั้งสองภายใต้วิธีการเดียวกัน คือ จำนวนช่อง, แพ็คเกจ และผู้ผลิตที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว

รูปแบบแพ็คเกจของ Darlington Array

รูปแบบแพ็คเกจของ Darlington array คือส่วนประกอบด้านฟุตพริ้นท์ของการเลือกใช้ตัวแทน และแพ็คเกจแบบ 16-พิน และ 18-พิน ครอบคลุมบอร์ดทั่วไปส่วนใหญ่ แพ็คเกจ 16-พิน ของ ULN2003 ปรากฏในรูปแบบ DIP-16 สำหรับโลกของ through-hole, SOIC-16 สำหรับการผลิตแบบ surface-mount และรูปแบบ SOP ที่ผู้ผลิตและชิ้นส่วนภายในประเทศเลือกใช้ โดยที่ pinout ซึ่งมีเจ็ดอินพุตตรงข้ามกับเจ็ดเอาต์พุต พร้อมด้วยพินกราวด์และพินไดโอดร่วม ถูกทำซ้ำในทุกรูปแบบแพ็คเกจ แพ็คเกจ 18-พิน ของ ULN2803 ก็เป็นไปในทิศทางเดียวกัน ทั้ง DIP-18 และรูปแบบ surface-mount ที่มีแปดช่องสัญญาณบนเลย์เอาต์ที่กว้างกว่า ตัวแทนที่เลือกใช้ต้องตรงกับฟุตพริ้นท์ที่บอร์ดได้วางแบบไว้ เพราะบอร์ดที่มีรูปแบบ SOIC-16 ไม่สามารถติดตั้ง DIP-16 ได้โดยไม่มีอะแดปเตอร์ และการทดแทนกันนั้นจะคงแพ็คเกจให้คงที่ในขณะที่เปลี่ยนผู้ผลิตและตระกูลของอุปกรณ์ การตรวจสอบแพ็คเกจคือข้อตกลงทางกลไกของตัวแทน และเป็นข้อเท็จจริงแรกที่วงจร schematic ต้องตัดสินใจ

รูปแบบแพ็คเกจยังส่งผลต่อเรื่องความร้อนด้วย เนื่องจากความร้อนของ Darlington array จะขึ้นอยู่กับจำนวนช่องสัญญาณและความสามารถของแพ็คเกจในการระบายความร้อน SOIC-16 ในรูปแบบ surface-mount ระบายความร้อนผ่านขาและทองแดงบนบอร์ด ส่วน DIP-16 ในรูปแบบ through-hole ระบายผ่านขาและซ็อกเก็ตเสริม และการออกแบบที่ใช้งานหลายช่องสัญญาณใกล้ขีดจำกัดกระแสไฟฟ้าจะพิจารณาเส้นทางความร้อนของแพ็คเกจและพื้นที่ทองแดงของบอร์ดมากกว่าชื่อตระกูลอุปกรณ์ SOIC-16 ที่มีพื้นที่ทองแดงกว้างขวางสามารถรันช่องสัญญาณได้มากกว่าชิ้นส่วนเดียวกันบนแพดขนาดเล็ก และเลย์เอาต์ของทองแดงใต้แพ็คเกจเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบทางความร้อนของไดรเวอร์ ดังนั้นแพ็คเกจและฟุตพริ้นท์จึงเป็นส่วนประกอบทางกายภาพของการเลือกตัวแทน และการพิจารณาด้านความร้อนจะทำให้ส่วนนี้สมบูรณ์ ซึ่งเป็นหลักการที่ป้องกันไม่ให้ array แบบหลายช่องสัญญาณเกิดความร้อนสูงเกินไปในบอร์ดที่มีความหนาแน่นสูง รูปแบบแพ็คเกจคือฟังก์ชันเดียวกันในข้อตกลงทางกายภาพที่แตกต่างกัน และการทดแทนจะพิจารณาข้อตกลงนี้ก่อนตัวผู้ผลิต

วิธีการทดสอบการเปลี่ยน Darlington Array

การทดสอบการเปลี่ยน Darlington Array คือผู้ตัดสินที่การออกแบบโหลดต้องการ และมันดำเนินการตามลำดับขั้นตอนเดียวกับการแทนที่ทุกครั้ง ติดตั้งตัวแทนที่ลงบนบอร์ดที่เคยติดตั้งตัวเดิม และขับแต่ละช่องสัญญาณด้วยอินพุตเดียวกับที่การออกแบบใช้ ทั้งระดับลอจิกและค่าตัวต้านทาน จากนั้นวัดแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวขาออก (saturation voltage) ที่กระแสโหลดตามการออกแบบ เพราะแรงดันตกคร่อมในช่วงอิ่มตัวของ Darlington คือความสูญเสียที่โหลดต้องจ่าย ขับโหลดจริง ไม่ว่าจะเป็นรีเลย์ มอเตอร์ หรือชุด LED และยืนยันว่าแต่ละช่องสัญญาณสลับการเปิดและปิดได้เหมือนกับตัวเดิม ด้วยจังหวะเวลาและสถานะที่ถูกต้อง ทดสอบการทำงานของ flyback โดยการปิดโหลดแบบเหนี่ยวนำซ้ำๆ และยืนยันว่าไดโอดบนชิปช่วยแคลมป์แรงดัน kickback และช่องสัญญาณยังคงอยู่รอด เพราะไดโอดคือการป้องกันที่การปิดโหลดต้องพึ่งพา ดำเนินการทดสอบด้านความร้อน โดยเปิดช่องสัญญาณสูงสุดที่โหลดสูงสุดและอุณหภูมิแวดล้อม และยืนยันว่าตัวถังยังคงอยู่ภายใต้พิกัดรอยต่อ (junction rating) การทดสอบจะเปลี่ยนข้อมูลจาก datasheet ของตัวเลือกให้กลายเป็นหลักฐานของการออกแบบ และตัวแทนที่ผ่านการทดสอบคือตัวแทนที่บอร์ดสามารถไว้วางใจได้ ในขณะที่ตัวที่ล้มเหลวจะถูกส่งกลับไปยังรายการตัวเลือกพร้อมกับบันทึกผล

การทดสอบยังอ่านค่าอินเทอร์เฟซและจังหวะเวลาที่เฟิร์มแวร์ต้องพึ่งพา ยืนยันว่าเกณฑ์อินพุตยอมรับระดับลอจิกที่การออกแบบขับออกมา เช่น อินพุต 5 โวลต์ที่รองรับ TTL ของตระกูล ULN เมื่อเทียบกับเอาต์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ และยืนยันความเร็วในการสลับ ทั้งเวลาในการเปิดและปิด ว่าเหมาะสมกับอัตราการอัปเดตของการออกแบบหรือไม่ เพราะช่องสัญญาณที่เร็วขึ้นหรือช้าลงจะเปลี่ยนจังหวะเวลาของรีเลย์และการจัดลำดับของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ ยืนยันการแยกช่องสัญญาณ (channel isolation) และสัญญาณรบกวนข้ามช่อง (cross-talk) ในจุดที่การออกแบบใช้งานช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันอย่างหนัก และยืนยันว่าพินไดโอดร่วม (common diode pin) ถูกต่อสายตามการใช้งานใน datasheet โดยเชื่อมต่อกับรางบวก เพื่อให้การแคลมป์แบบ flyback ทำงาน การอ่านค่าอินเทอร์เฟซและจังหวะเวลาจะทำให้การทดสอบบนโต๊ะปฏิบัติงานเสร็จสมบูรณ์ และผลลัพธ์ที่บันทึกไว้ ทั้งแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัว พฤติกรรมของโหลด การผ่านการทดสอบ flyback และบันทึกความร้อน คือหลักฐานที่ย้ายตัวแทนที่ไปสู่การผลิต การเปลี่ยน Darlington จะถูกทดสอบกับโหลด และโหลดคือผู้ตัดสิน ซึ่งเป็นวิธีการที่ซื่อสัตย์ที่คู่มือนี้นำไปใช้ตลอดทั้งเล่ม

เมื่อใดควรเปลี่ยน Darlington Array และเมื่อใดที่ไม่ควร

การเปลี่ยน Darlington array เป็นขั้นตอนที่ถูกต้องภายในตระกูลเดียวกันและเป็นขั้นตอนที่ต้องระมัดระวังในการนำไปใช้งาน โดยข้อจำกัดของคู่มือนี้เหมือนกับการเปลี่ยนชิ้นส่วนอื่นๆ ทั่วไป ควรเปลี่ยนภายในตระกูล ULN2003 และ ULN2803 รวมถึงผู้ผลิตรายอื่นและอุปกรณ์ที่เทียบเท่าแบบ pin-compatible เมื่อซัพพลาย ราคา หรือแหล่งผลิตสำรองมีความจำเป็น เนื่องจากชิ้นส่วนในตระกูลเดียวกันจะรักษาโครงสร้างของบอร์ดและวงจรไดรเวอร์ไว้ได้ ควรเปลี่ยนไปใช้ MOSFET drivers หรืออุปกรณ์ใกล้เคียงเมื่อการออกแบบสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงของอินเทอร์เฟซและการป้องกันได้ โดยต้องผ่านการตรวจสอบทั้งสามชั้นและการทดสอบโหลดอย่างครบถ้วน ห้ามเปลี่ยนโดยไม่อ่านจำนวนช่องสัญญาณ กระแส แรงดัน และไดโอด เพราะบอร์ดแบบเจ็ดช่องสัญญาณไม่สามารถใช้ footprint แบบแปดช่องสัญญาณได้ และโหลดที่ระดับกระแสสูงสุดไม่สามารถใช้ช่องสัญญาณที่มีพิกัดต่ำกว่าได้ และต้องตรวจสอบการทดสอบบนโต๊ะทดลอง โหลด อุณหภูมิ และ flyback ก่อนการผลิตจำนวนมาก เพราะหน้าที่ของ Darlington คือการจัดการโหลด และโหลดคือตัวตัดสิน การเปลี่ยนชิ้นส่วนทำได้ง่ายภายในตระกูลเดียวกัน และระเบียบวินัยคือขอบเขตจำกัด

การตอบสนองต่อข้อจำกัดในการเปลี่ยนชิ้นส่วนคือมาตรฐานการจัดหา การเปลี่ยน หรือการออกแบบใหม่ จัดหาชิ้นส่วนดั้งเดิมในที่ที่มีจำหน่าย เปลี่ยนเป็นสมาชิกในตระกูลที่ผ่านการตรวจสอบแล้วในกรณีที่จำนวนและ footprint ตรงกัน และออกแบบอินเทอร์เฟซโหลดใหม่โดยใช้ MOSFET driver หรือชิ้นส่วนที่มีกระแสสูงกว่าเมื่อกระแส แรงดันตกคร่อม หรือความเร็วมีความจำเป็น โดยบันทึกการตัดสินใจพร้อมหลักฐานประกอบ Darlington array เนื่องจากมีความแพร่หลายและเป็นมาตรฐาน จึงไม่ค่อยนำไปสู่การออกแบบใหม่สำหรับโหลดแบบคลาสสิก และการเปลี่ยนชิ้นส่วนมักจะเป็นคำตอบ ข้อจำกัดคือจำนวนและอินเทอร์เฟซโหลด และวิธีการตรวจสอบสิ่งเหล่านี้คือวิธีที่คู่มือนี้จัดเตรียมไว้ให้ ซึ่งเป็นระเบียบวินัยในการทำงานที่เว็บไซต์นี้ใช้กับทุกชิ้นส่วนที่จัดหาและทดแทน

ตัวอย่างการใช้งาน: การขับ Relay และ Stepper ด้วย ULN2003

การขับ Relay และ Stepper ด้วย ULN2003 เป็นตัวอย่างการใช้งานที่แสดงให้เห็นถึงหน้าที่หลักของ Darlington array และค่าตัวเลขต่างๆ คือสิ่งแรกที่ต้องพิจารณาในการออกแบบ คอยล์ของ Relay ขนาด 5 โวลต์ ที่กินกระแส 70 มิลลิแอมป์ สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยภายในพิกัด 500 มิลลิแอมป์ของแต่ละช่องสัญญาณ และการต่อสายจะเป็นแบบ low-side driver มาตรฐาน: คอยล์จะเชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟบวกไปยังเอาต์พุตของช่องสัญญาณ, อินพุตเชื่อมต่อกับพินลอจิกผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรม, และพิน common diode จะเชื่อมต่อกับรางไฟบวกเพื่อให้ flyback diode ภายในชิปช่วยดักจับแรงดันย้อนกลับ (kickback) ของคอยล์ในขณะที่ปิดการทำงาน กระแสอินพุตคือสิ่งที่ต้องพิจารณาลำดับที่สอง เนื่องจาก ULN2003 มีตัวต้านทานที่ฐาน (base resistor) ภายในในระดับกิโลโอห์มซึ่งเป็นตัวกำหนดระดับการขับ และอินพุตลอจิก 5 โวลต์จะจ่ายกระแสตามที่ตัวต้านทานภายในอนุญาต ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้เอาต์พุตอิ่มตัว (saturate) ส่วนลอจิกที่มีแรงดันสูงกว่า เช่น บัสลอจิก 12 โวลต์ จำเป็นต้องมีตัวต้านทานอนุกรมเพื่อจำกัดกระแสอินพุตที่จะเข้าสู่ตัวต้านทานที่ฐานภายใน และส่วนอินพุตใน datasheet จะระบุค่าตัวต้านทานตามแรงดันลอจิก กระแสคอยล์ของ Relay, การขับลอจิก, และการเชื่อมต่อไดโอด คือตัวเลขสามค่าหลักของวงจรขับ Relay มาตรฐาน และ ULN2003 รวมทั้งสามอย่างนี้ไว้ในอุปกรณ์ชิ้นเดียว

ในกรณีของ Stepper จะเป็นการขยายตัวอย่างไปสู่การใช้งานแบบหลายช่องสัญญาณ Stepper แบบ 28BYJ-48 ขนาด 5 โวลต์ จะกินกระแสเฟสละไม่กี่ร้อยมิลลิแอมป์ และเฟสต่างๆ จะถูกขับตามลำดับจากสี่ช่องสัญญาณของ ULN2003 ซึ่งตรงกับโมดูล ULN2003 ที่มีวางจำหน่ายในตลาดเพื่องานนี้โดยเฉพาะ ลำดับการทำงานจะสั่งให้เอาต์พุตทั้งสี่ทำงานสูงขึ้นตามลำดับ ขดลวดของ Stepper จะเกิดอำนาจแม่เหล็กและมอเตอร์จะเคลื่อนที่ไปหนึ่งก้าว และในแต่ละช่วงการเปลี่ยนผ่าน ไดโอดภายในชิปจะดักจับแรงดันย้อนกลับของขดลวด การออกแบบจะพิจารณากระแสเฟสเทียบกับพิกัดของช่องสัญญาณและการระบายความร้อนรวม โดยเฉพาะเมื่อมีการจ่ายไฟสองเฟสพร้อมกัน และต้องจ่ายไฟให้ array และ Stepper จากแหล่งจ่ายที่เพียงพอ ตัวอย่างการใช้งานนี้แสดงให้เห็นถึงด้านที่เน้นการนับจำนวนและพิกัดกระแสของ Darlington array และเป็นรูปแบบที่ชุด Relay, วงจรขับ solenoid, และชุด Stepper ใช้งานร่วมกัน ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ในทางปฏิบัติถึงตำแหน่งของอุปกรณ์ชิ้นนี้ในโลกของวงจรขับ

การคำนวณตัวต้านทานอนุกรมอินพุตสำหรับ ULN2003

การคำนวณตัวต้านทานอนุกรมอินพุตสำหรับ ULN2003 เริ่มต้นจากตัวต้านทานที่ฐานภายในที่อุปกรณ์มีอยู่แล้ว และผู้ออกแบบจะกำหนดขนาดตัวต้านทานภายนอกเฉพาะในกรณีที่ลอจิกต้องการเท่านั้น ตัวต้านทานภายในจะกำหนดกระแสอินพุตที่แรงดันลอจิกที่กำหนด และเอาต์พุตจะอิ่มตัวด้วยกระแสอินพุตเพียงไม่กี่มิลลิแอมป์ ดังนั้นเอาต์พุตลอจิก 3.3 โวลต์ หรือ 5 โวลต์ จึงสามารถขับ ULN2003 ได้โดยตรงโดยไม่ต้องมีตัวต้านทาน ส่วนลอจิกที่ 12 โวลต์ หรือแหล่งจ่ายที่ต้องจำกัดระดับอินพุต จะต้องเพิ่มตัวต้านทานอนุกรมเพื่อรักษากระแสอินพุตให้อยู่ในพิกัดของอุปกรณ์ โดยค่าตัวต้านทานจะประมาณได้จากแรงดันลอจิกหักลบด้วยแรงดันตกคร่อมรอยต่อภายใน หารด้วยกระแสที่ต้องการหักลบด้วยส่วนของตัวต้านทานภายใน แนวทางปฏิบัติคือการอ่านตารางคุณลักษณะอินพุตใน datasheet ที่ระดับลอจิกนั้นๆ และกำหนดขนาดตัวต้านทานตามที่ตารางระบุ แทนที่จะสมมติว่าต้องใช้ตัวต้านทานอนุกรมเสมอไป ซึ่งนี่คือการคำนวณเล็กน้อยที่ตัวอย่าง Relay ได้แสดงให้เห็น

วิธีการสร้าง Driver Block รอบ Array

การสร้าง Driver Block รอบ Darlington array คือการเดินสายและการกำหนดขนาดครึ่งหนึ่งของการออกแบบ และดำเนินการตามลำดับที่สอดคล้องกัน เดินสายช่องสัญญาณของ array ไปยังโหลด โดยต่อเอาต์พุตเข้ากับด้านล่างของโหลดและต่อด้านบนของโหลดเข้ากับรางบวก และต่ออินพุตเข้ากับลอจิกผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรมในจุดที่ลอจิกต้องการ เชื่อมต่อพินไดโอดร่วม (common diode pin) เข้ากับรางบวก เพราะการเชื่อมต่อนี้คือเส้นทางของ flyback clamp และเชื่อมต่อพินกราวด์เข้ากับกราวด์ของลอจิกและกราวด์ของ array เองใกล้กับจุดย้อนกลับ เพิ่มการ decoupling ด้วยตัวเก็บประจุแบบ bulk และ ceramic บนแหล่งจ่ายไฟของ array เพราะโหลดที่ถูกสวิตช์จะดึงกระแสเป็นขั้นๆ และการตกของแหล่งจ่ายจะทำให้ลอจิกและจังหวะเวลาคลาดเคลื่อน Block จะสมบูรณ์เมื่อเดินสายโหลดเสร็จสิ้น ไดโอดถูกเชื่อมต่อกับราง และแหล่งจ่ายไฟถูก decoupling แล้ว และ Block นี้จะเหมือนเดิมไม่ว่าโหลดจะเป็น relay, solenoid, stepper หรือ LED bank

การกำหนดขนาดที่ทำให้ Block สมบูรณ์นั้นเป็นไปตามกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไป (dissipated power) ซึ่งถูกขับเคลื่อนโดยแรงดันอิ่มตัว (saturation voltage) ของ Darlington pair เอาต์พุตอิ่มตัวของ Darlington pair จะมีแรงดันตกคร่อม base-emitter สองจุดของทรานซิสเตอร์ที่วางซ้อนกัน ดังนั้นเอาต์พุตที่อิ่มตัวจะลดแรงดันลงประมาณหนึ่งโวลต์หรือมากกว่าจากรางผ่านช่องสัญญาณ และการสูญเสียพลังงานทั้งหมดคือแรงดันอิ่มตัวคูณด้วยกระแสคูณด้วยจำนวนช่องสัญญาณที่ทำงานอยู่ array แบบเจ็ดช่องสัญญาณที่ขับกระแสไม่กี่ร้อยมิลลิแอมป์ในแต่ละช่องที่ทำงานด้วยแรงดันอิ่มตัวระดับโวลต์จะสูญเสียพลังงานสองสามวัตต์ ซึ่งแพ็คเกจ SOIC-16 ที่มีทองแดงบนบอร์ดและการวางเลย์เอาต์ที่จำกัดไม่สามารถระบายความร้อนได้ ดังนั้นค่าพลังงานที่อ่านได้จะเป็นตัวกำหนดทองแดงและการลดพิกัด (derating) Driver Block คือการเดินสายบวกกับการกำหนดขนาด และการกำหนดขนาดคือเหตุผลที่ multi-channel array ต้องการทองแดงที่ breadboard แบบช่องสัญญาณเดียวมักจะลืม ซึ่งเป็นระเบียบวินัยในการออกแบบที่ตัวอย่างงานและค่าความร้อนที่อ่านได้มอบให้ร่วมกัน

การวัดและการแก้ไขปัญหา Driver Block

การวัด Darlington driver block บนโต๊ะทดสอบคือการยืนยันว่าช่องสัญญาณสวิตช์ได้และ flyback ทำงาน และดำเนินการตามลำดับสั้นๆ ขับแต่ละอินพุตตามลำดับด้วยระดับลอจิกที่การออกแบบใช้และวัดเอาต์พุต โดยเอาต์พุตแบบ open-collector จะดึงลงต่ำเมื่อช่องสัญญาณเปิด และวัดแรงดันอิ่มตัวที่กระแสโหลดตามการออกแบบ ซึ่งเป็นแรงดันตกในระดับโวลต์ที่ datasheet และ Darlington pair กำหนด สวิตช์โหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น relay หรือ solenoid และดูเอาต์พุตบน scope ในระหว่างการปิดเครื่อง โดย flyback spike จะถูก clamp โดยไดโอดบนชิปไปยังรางแทนที่จะปล่อยให้พุ่งสูงเกินควบคุม ซึ่งเป็นการป้องกันที่การเชื่อมต่อพินไดโอดร่วมเปิดใช้งาน วัดความเร็วในการสวิตช์ ทั้งเวลาเปิดและเวลาปิด เทียบกับอัตราการอัปเดตของการออกแบบ และวัดอุณหภูมิของแพ็คเกจที่จำนวนช่องสัญญาณทำงานสูงสุด แล้วบันทึกผลลัพธ์ไว้ข้างค่าการออกแบบ การวัดคือผู้ตัดสินของ driver block และบันทึกคือหลักฐานว่า block ขับโหลดได้อย่างปลอดภัย

รายการแก้ไขปัญหาสำหรับ Darlington driver ครอบคลุมความล้มเหลวที่บอร์ดใหม่มักพบ หากช่องสัญญาณไม่เคยสวิตช์ ให้ตรวจสอบอินพุต ตัวต้านทานอนุกรม ระดับลอจิก และการบัดกรีของพินช่องสัญญาณนั้น และตรวจสอบตัวช่องสัญญาณเองโดยการขับโดยตรง เพราะช่องสัญญาณที่เสียคือชิ้นส่วนที่ล้มเหลวมากกว่าจะเป็นความผิดพลาดในการเดินสาย หาก relay หรือโหลดไม่เคยปล่อย หรือชิ้นส่วนตายหลังจากสวิตช์ครั้งแรก ให้ตรวจสอบพินไดโอดร่วม พินไดโอดที่ลอยอยู่จะทำให้ flyback ไม่ถูก clamp และเอาต์พุตจะทำลายตัวเองในการปิดโหลดแบบเหนี่ยวนำครั้งแรก ซึ่งเป็นความล้มเหลวคลาสสิกของ array ที่เดินสายผิด หากเอาต์พุตทั้งหมดค้างอยู่ที่สถานะสูงหรือลอจิกไม่นิ่ง ให้ตรวจสอบกราวด์ย้อนกลับและ pull-down บนอินพุต หากแพ็คเกจร้อนเกินไป ให้ตรวจสอบการสูญเสียพลังงานและทองแดงที่จำนวนช่องสัญญาณสูงสุด รายการแก้ไขปัญหาคือส่วนเติมเต็มในทางปฏิบัติให้กับ driver block และเป็นรายการตรวจสอบที่ทำให้ array ขับโหลดต่อไปได้ตลอดอายุการใช้งานของบอร์ด

อินเทอร์เฟซอินพุต: ตัวต้านทานแบบอนุกรมและระดับลอจิก

อินเทอร์เฟซอินพุตของอาเรย์ Darlington คือสะพานเชื่อมระหว่างลอจิกและกำลังไฟฟ้า และอินพุตของ ULN2003 ถูกออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่บนสะพานนั้น อุปกรณ์นี้รองรับ TTL โดยมีเกณฑ์อินพุตและตัวต้านทานเบสภายในที่ปรับขนาดมาสำหรับระดับลอจิกแบบคลาสสิก ดังนั้นเอาต์พุตลอจิกแบบ 3.3 โวลต์ หรือ 5 โวลต์ จึงสามารถขับมันได้โดยตรง ลอจิกแบบ 3.3 โวลต์สามารถขับอาเรย์ได้เนื่องจากเกณฑ์แรงดันต่ำพอและตัวต้านทานภายในให้กระแสเบสเพียงพอที่ 3.3 โวลต์ ซึ่งเป็นอินเทอร์เฟซไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่วไป และลอจิกแบบ 5 โวลต์ก็ขับได้ในลักษณะเดียวกัน ลอจิกที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าจะต้องเพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรมเพื่อจำกัดกระแสอินพุต และลอจิกที่มีเอาต์พุตแบบ open-collector จะต้องเพิ่ม pull-up ตามที่ open-collector ต้องการ อินพุตยังมีประโยชน์จาก pull-downs บนอินพุตที่ลอยอยู่ ดังนั้นช่องสัญญาณของอาเรย์จะยังคงปิดอยู่ในขณะที่ไมโครคอนโทรลเลอร์กำลังบูตและพินลอจิกอยู่ในสถานะ high-impedance ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้โหลดทำงานค้างในขณะเปิดเครื่อง การอ่านอินเทอร์เฟซเป็นส่วนเล็กๆ ของการออกแบบไดรเวอร์ และเป็นส่วนที่ทำให้โลกของลอจิกและกำลังไฟฟ้าสื่อสารกันได้อย่างชัดเจน ซึ่งเป็นการเติมเต็มบล็อกไดรเวอร์ที่คู่มือนี้ได้สร้างขึ้น เส้นทางไหลกลับของกระแสจะปิดท้ายบล็อก เนื่องจากกระแสโหลดจะไหลกลับผ่านกราวด์ของอาเรย์และกระแสลอจิกจะไหลกลับผ่านกราวด์เดียวกัน และกราวด์เพลนร่วมที่มีขนาดเหมาะสมระหว่างทั้งสองจะช่วยลดสัญญาณรบกวนลอจิกในขณะที่โหลดสลับการทำงาน ซึ่งเป็นรายละเอียดการจัดวางเลย์เอาต์ที่บล็อกไดรเวอร์ที่มีสัญญาณรบกวนมักจะประสบปัญหา อาเรย์และโหลดจะใช้เพลนนั้นร่วมกัน และระเบียบของเส้นทางไหลกลับที่สะอาดเพียงเส้นทางเดียวคือสิ่งที่ป้องกันไม่ให้การสลับการทำงานของไดรเวอร์ไปรบกวนลอจิกที่ควบคุมมัน

ทางเลือกสำหรับ ULN2003: มุมมองด้านการจัดซื้อ

มุมมองด้านการจัดซื้อของทางเลือกอาเรย์ Darlington คือบทสรุปในทางปฏิบัติ และเป็นมุมมองเดียวกับสมาชิกตัวอื่นๆ ในตระกูล การออกแบบที่กำหนดมาตรฐานบน ULN2003 หรือ ULN2803 เป็นการเลือกตระกูลที่ผู้จำหน่ายทุกรายและผู้ผลิตในประเทศผลิตขึ้น ดังนั้นการจัดซื้อจึงสามารถย้ายไปมาระหว่างผู้จำหน่ายและใช้ซัพพลายเออร์สองรายบนบอร์ดเดียวกันได้ ซึ่งเป็นความลึกของแหล่งผลิตสำรองที่ตลาดใช้มาโดยตลอด การรับรองส่วนประกอบทางเลือกจะดำเนินการตรวจสอบในลักษณะเดียวกัน ทั้งแพ็คเกจ, พิน, ช่องสัญญาณ, กระแส, แรงดันไฟฟ้า และไดโอด รวมถึงการทดสอบบนโต๊ะทดลองด้วยโหลดจริงและ flyback และทางเลือกที่ผ่านการตรวจสอบแล้วจะถูกบันทึกไว้ข้างๆ อุปกรณ์ใน BOM และรายการอ้างอิงโยง การกำหนดมาตรฐานของอาเรย์ Darlington เปลี่ยนทางเลือกจากความเสี่ยงให้กลายเป็นตัวเลือกในการจัดซื้อ และตัวเลือกนี้คือคุณค่าที่คู่มือทั้งหมดนี้มอบให้ นักออกแบบที่อ่านทางเลือกของ ULN2003 ในลักษณะนี้จะเลือกจำนวนช่องสัญญาณ, ผู้จำหน่ายที่ได้รับการตรวจสอบ และโหลดที่ผ่านการทดสอบ และการเลือกนั้นคือคำตอบที่ใช้งานได้จริงซึ่งวงจร, บอร์ด และโหลดทั้งหมดให้การยอมรับ