انواع آی سی و کاربرد آن‌ها؛ راهنمای شناخت آی سی‌های پرکاربرد

آی سی‌ها بر اساس کاری که در مدار انجام می‌دهند به چند خانواده‌ی مشخص تقسیم می‌شوند: آنالوگ برای آماده‌سازی سیگنال سنسورها، دیجیتال برای پردازش و ذخیره‌ی داده، درایور برای راه‌اندازی عملگرها و رگولاتور برای تثبیت تغذیه. هر خانواده جایگاه نسبتاً مشخصی روی برد دارد و نشانه‌ی خرابی متفاوتی از خود نشان می‌دهد؛ همین موضوع شناخت دسته‌بندی را به یک ابزار عیب‌یابی تبدیل می‌کند.

فرض کنید برد یک ایسیو روی میز تعمیرگاه باز شده و یکی از قطعات سطح برد سوخته است. شماره‌ی روی بدنه بر اثر حرارت ناخوانا شده و تنها چیزی که مشخص است، تعداد پایه‌ها و موقعیت قطعه روی برد است. در چنین وضعیتی سؤال اصلی این نیست که «این قطعه چه اسمی دارد»؛ سؤال این است که «این قطعه چه کاری در مدار انجام می‌داده است؟» پاسخ همین سؤال مسیر تشخیص را کوتاه می‌کند. روش‌های کامل خواندن و تطبیق شماره در شناسایی آی سی ها آمده و اگر با مفهوم پایه‌ی این قطعه آشنا نیستید، بهتر است ابتدا آی سی چیست و چه کاربردی دارد را بخوانید.

دسته‌بندی کلی آی سی‌ها بر اساس عملکرد

کاربردی‌ترین تقسیم‌بندی آی سی‌ها بر اساس نوع سیگنالی است که پردازش می‌کنند و وظیفه‌ای که در مدار بر عهده دارند. چهار خانواده‌ی زیر، بخش عمده‌ی قطعات روی برد ایسیو خودروهای رایج بازار ایران را تشکیل می‌دهند.

آی سی‌های آنالوگ

آی سی آنالوگ با سیگنال‌هایی سر و کار دارد که مقدارشان به صورت پیوسته تغییر می‌کند؛ دقیقاً همان چیزی که بیشتر سنسورهای خودرو تولید می‌کنند. ولتاژ خروجی سنسور اکسیژن، سیگنال سنسور دور موتور و خروجی سنسور فشار، نمونه‌هایی از سیگنال آنالوگ‌اند که پیش از رسیدن به پردازنده باید تقویت، فیلتر یا با یک مقدار مرجع مقایسه شوند.

تقویت کننده‌های عملیاتی (Op-Amp) و مقایسه‌گرها این وظایف را بر عهده دارند. در بردهای خودرویی معمولاً نسخه‌ی گرید خودرویی خانواده‌های شناخته شده‌ای مثل LM2903 و LM2904 به کار می‌رود. این قطعات اغلب نزدیک سمت سوکت ورودی برد قرار می‌گیرند، چون کارشان آماده‌سازی سیگنال در همان ابتدای مسیر است و همین موقعیت، سرنخ خوبی برای حدس زدن نوع قطعه است.

خرابی این دسته معمولاً خودرو را کاملاً متوقف نمی‌کند. بیشتر به شکل داده‌های نامعتبر یا نوسانی در دستگاه دیاگ ظاهر می‌شود؛ مشکلی که اغلب به اشتباه به خود سنسور نسبت داده می‌شود و تعویض پی‌درپی سنسور سالم را به دنبال دارد.

آی سی‌های دیجیتال

آی سی دیجیتال با دو حالت صفر و یک کار می‌کند و این خانواده از گیت‌های منطقی ساده تا میکروکنترلرهای پیچیده را در بر می‌گیرد. گیت‌ها و بافرهای خانواده‌ی 74HC و 74HCT کار هدایت و هم‌سطح کردن سیگنال‌های منطقی را انجام می‌دهند.

حافظه‌های EEPROM جایگاه ویژه‌ای در تعمیرات دارند. خانواده‌ی 95 با رابط SPI و خانواده‌ی 24C با رابط I2C، اطلاعاتی مثل تنظیمات تطبیقی، کدهای ایموبلایزر و خطاهای ثبت شده را نگه می‌دارند. میکروکنترلر هم نقش مغز ایسیو را دارد و پردازش اصلی و اجرای منطق کنترلی بر عهده‌ی اوست؛ ST10F273M نمونه‌ای است که در بخشی از ایسیوهای رایج دیده می‌شود.

تفاوت نشانه‌های خرابی در این خانواده مهم است. خرابی حافظه معمولاً به شکل از بین رفتن تنظیمات یا مشکل سیستم ضدسرقت بروز می‌کند، در حالی که خرابی میکروکنترلر عملاً ایسیو را از کار می‌اندازد.

آی سی درایور چیست و کجا استفاده می‌شود؟

پردازنده‌ی مرکزی ایسیو توان کافی برای راه‌اندازی مستقیم انژکتور، کویل جرقه یا موتور دریچه گاز ندارد. سیگنال خروجی پردازنده کم‌توان است و عملگرهای خودرو به جریان بسیار بیشتری نیاز دارند. آی سی درایور دقیقاً در همین نقطه وارد مدار می‌شود و واسط بخش منطقی و بخش قدرت است.

درایورها بسته به نوع بار شکل‌های مختلفی دارند. در نوع لوساید، آی سی مسیر بازگشت جریان به بدنه را قطع و وصل می‌کند و برای بارهایی مثل انژکتور و شیر برقی به کار می‌رود. TLE6244X ساخت اینفینیون نمونه‌ی شناخته شده‌ای از این گروه است: یک سوئیچ هوشمند لوساید با ۱۸ کانال خروجی در پکیج ۶۴ پایه که از طریق رابط SPI کنترل می‌شود. وجود SPI باعث می‌شود قطعه علاوه بر اجرای فرمان، وضعیت خروجی‌ها را هم به پردازنده گزارش کند؛ یعنی بخشی از خطاهایی که در دیاگ می‌بینید از همین مسیر ثبت می‌شوند.

نوع دیگر، درایور پل H است که برای موتورهایی استفاده می‌شود که باید در دو جهت بچرخند، مانند موتور دریچه گاز برقی یا شیر EGR. آی سی L9960T ساخت STMicroelectronics نمونه‌ای از این گروه است که جهت و سرعت چرخش موتور را با فرمان SPI کنترل می‌کند.

چون درایورها مستقیماً با بارهای سنگین و سیم‌کشی بیرونی خودرو در ارتباط‌اند، اتصال کوتاه در سیم‌کشی یا خرابی خود عملگر هم می‌تواند باعث سوختنشان شود. تعویض قطعه بدون پیدا کردن علت اصلی، معمولاً به سوختن دوباره‌ی قطعه‌ی نو ختم می‌شود. رویکرد درست عیب‌یابی در تعمیرات ایسیو خودرو چیست بررسی شده است.

آی سی رگولاتور و کاربرد آن

مدارهای منطقی داخل ایسیو برای کار درست به ولتاژ ثابت نیاز دارند، اما ولتاژ باتری خودرو ثابت نیست؛ هنگام استارت افت می‌کند و با کار دینام بالا می‌رود. رگولاتور از این ورودی ناپایدار، تغذیه‌ای پایدار برای پردازنده و حافظه می‌سازد و علاوه بر آن باید در برابر اتصال کوتاه خروجی و دمای بالای محیط موتور هم مقاوم باشد.

یکی از نمونه‌های شاخص این دسته، L4995 ساخت STMicroelectronics است؛ یک رگولاتور خودرویی ۵ ولت با جریان خروجی تا ۵۰۰ میلی‌آمپر که علاوه بر تثبیت ولتاژ، مدارهای واچ‌داگ، Enable و ریست قابل برنامه‌ریزی را هم در خود دارد. واچ‌داگ وظیفه دارد عملکرد میکروکنترلر را زیر نظر بگیرد و اگر پردازنده قفل کند و پالس‌های مورد انتظار را نفرستد، فرمان ریست صادر کند.

همین ویژگی توضیح می‌دهد که چرا خرابی این دسته می‌تواند گمراه کننده باشد: ریست شدن مکرر ایسیو ممکن است به نظر مشکل نرم‌افزاری برسد، در حالی که ریشه‌اش در بخش تغذیه است. TLE4471G و TPS43335Q1 هم در همین گروه مدیریت توان قرار می‌گیرند.

آی سی SMD چیست و چه تفاوتی با پکیج‌های سنتی دارد؟

یکی از اشتباهات رایج این است که SMD را به عنوان یک «نوع آی سی» کنار آنالوگ و دیجیتال بگذاریم، در حالی که SMD به عملکرد قطعه ربطی ندارد و به شیوه‌ی نصب و بسته‌بندی آن اشاره می‌کند. یک آی سی رگولاتور می‌تواند هم در پکیج SMD و هم در پکیج سوراخ کاری شده‌ی قدیمی تولید شود و عملکردش در هر دو حالت یکسان باشد.

در قطعات SMD، پایه‌ها به جای عبور از سوراخ‌های برد، مستقیماً روی پدهای سطح برد لحیم می‌شوند. نتیجه، فاصله‌ی کمتر بین پایه‌ها و ابعاد کوچک‌تر قطعه است و همین باعث شده استفاده از آن‌ها در بردهای فشرده‌ی ایسیو رایج باشد.

این فشردگی برای تعمیرکار معنای عملی دارد. تعویض چنین قطعاتی به هویه‌ی هوای گرم، فلاکس مناسب و تجربه نیاز دارد و حرارت بیش از حد می‌تواند پدهای برد را بکند و یک ایراد کوچک را به خرابی بزرگ‌تری تبدیل کند. مجموعه کاربان انواع آی سی smd مورد استفاده در ایسیو خودروهای رایج بازار ایران را به صورت تک قطعه عرضه می‌کند.

آی سی‌های پرکاربرد در صنعت خودرو و ایسیو

برد ایسیوهای رایج بازار ایران، از تولیدکنندگانی مانند بوش، ساژم، والئو و زیمنس، عمدتاً از چند خانواده‌ی مشخص استفاده می‌کنند. خانواده‌ی TLE ساخت اینفینیون بخش زیادی از درایورها و سوئیچ‌های قدرت را پوشش می‌دهد و خانواده‌ی L ساخت STMicroelectronics در درایورها، رگولاتورها و مدارهای واسط حضور دارد.

قطعات ارتباطی گروه مهم دیگری هستند و تفاوت میانشان در عیب‌یابی اهمیت دارد. PCA82C250 یک ترنسیور CAN است و فقط لایه‌ی فیزیکی ارتباط ایسیو با سایر واحدهای الکترونیکی را برقرار می‌کند؛ خرابی‌اش معمولاً به شکل قطع ارتباط با دیاگ یا خطای شبکه ظاهر می‌شود. اما قطعه‌ای مثل UJA1078A33W ساخت NXP یک System Basis Chip است، یعنی علاوه بر ترنسیور CAN پرسرعت، دو کانال LIN، رگولاتور و واچ‌داگ را هم در خود جای داده است. به همین دلیل خرابی آن می‌تواند هم‌زمان ارتباط شبکه و تغذیه‌ی مدار را مختل کند و تصویر گیج کننده‌ای از خرابی بسازد.

نکته‌ی دیگر، شماره‌های اختصاصی است. بخشی از قطعات روی بردهای بوش شماره‌هایی مانند 30345، 30606 یا 40049 دارند که در دیتاشیت‌های عمومی پیدا نمی‌شوند. این‌ها معمولاً شماره‌های داخلی سازنده برای قطعات اختصاصی یا سفارشی سازی شده‌اند، پس شناسایی‌شان فقط از روی دیتاشیت عمومی ممکن نیست و باید با کاتالوگ تأمین کننده‌ی تخصصی تطبیق داده شوند. مجموعه‌ی آی سی های پرکاربرد ایسیو در فروشگاه کاربان بر همین اساس دسته‌بندی شده است.

راهنمای انتخاب قطعه جایگزین

شناخت خانواده‌ها نقطه‌ی شروع است، اما انتخاب قطعه‌ی جایگزین سه شرط دارد که نادیده گرفتن هرکدام هزینه‌ساز است.

نخست، شماره‌ی فنی کامل روی بدنه را با دقت بخوانید و بدون حدس سفارش دهید. پسوندهای انتهایی شماره می‌توانند نشانه‌ی تفاوت در پکیج، محدوده‌ی دما یا مشخصات الکتریکی باشند. دوم، گرید خودرویی قطعه را بررسی کنید، چون نمونه‌ی صنعتی با ظاهر کاملاً مشابه ممکن است برای تحمل دما و ارتعاش محیط موتور طراحی نشده باشد. سوم، علت اصلی سوختن را پیش از تعویض پیدا کنید؛ خرابی سیم‌کشی یا عملگر متصل، قطعه‌ی نو را هم می‌سوزاند.

انتخاب جایگزین غیر هم‌شماره بحث جداگانه‌ای است که در جدول آی سی های مشابه بررسی شده است.

جمع‌بندی

شناخت انواع آی سی پیش از هر چیز یک ابزار تشخیصی است. وقتی بدانید رگولاتور، درایور، حافظه و مدارهای آنالوگ چه وظیفه‌ای دارند، می‌توانید نشانه‌ی خرابی خودرو را به بخش مربوط روی برد وصل کنید: ریست شدن ایسیو بررسی بخش تغذیه را مطرح می‌کند، کار نکردن انژکتور به سراغ درایور می‌برد، مشکل ایموبلایزر حافظه را نشانه می‌رود و داده‌ی نوسانی سنسور می‌تواند ریشه در بخش آنالوگ داشته باشد. نقش کلی این واحد و ارتباطش با سایر بخش‌های خودرو در ایسیو خودرو چیست توضیح داده شده است.

خلاصه‌ی این دسته‌بندی به همراه نمونه‌ها و نشانه‌های خرابی، در قالب یک کارت مرجع تک‌صفحه‌ای آماده شده که می‌توانید آن را دانلود و چاپ کنید: دانلود کارت مرجع انواع آی سی (PDF). برای تهیه‌ی قطعه‌ی اصلی هم بورس انواع آی سی کاربان در دسترس است.

پرسش‌های متداول

۱. تفاوت آی سی درایور و رگولاتور در عمل چیست؟

رگولاتور تغذیه‌ی پایدار بخش منطقی مدار را تأمین می‌کند و درایور جریان لازم برای بار خروجی مثل انژکتور یا موتور را کنترل می‌کند. خرابی رگولاتور معمولاً کل ایسیو را از کار می‌اندازد یا باعث ریست شدن آن می‌شود، اما خرابی درایور فقط یک یا چند خروجی مشخص را مختل می‌کند.

۲. چرا پسوند انتهای شماره آی سی مهم است؟

پسوند معمولاً نوع پکیج، محدوده‌ی دمای کاری یا جزئیات الکتریکی قطعه را مشخص می‌کند. دو قطعه با شماره‌ی پایه‌ی یکسان و پسوند متفاوت می‌توانند پکیج متفاوتی داشته باشند و روی برد شما ننشینند.

۳. آیا می‌توان به جای آی سی اصلی از قطعه مشابه استفاده کرد؟

تنها زمانی که از نظر عملکرد، تعداد کانال، جریان خروجی و چیدمان پایه‌ها کاملاً منطبق باشد. شباهت ظاهری یا نزدیک بودن شماره به تنهایی کافی نیست.

۴. آیا قطعه SMD سوخته را می‌توان با هویه معمولی تعویض کرد؟

توصیه نمی‌شود. فاصله‌ی کم پایه‌ها و لحیم سطحی، کار با هویه‌ی هوای گرم و فلاکس مناسب را لازم می‌کند. حرارت نامناسب می‌تواند پدهای برد را بکند و خرابی را گسترش دهد.

۵. تفاوت ترنسیور CAN با System Basis Chip چیست؟

ترنسیور فقط ارتباط فیزیکی روی شبکه را برقرار می‌کند، اما System Basis Chip علاوه بر ترنسیور، رگولاتور، واچ‌داگ و گاهی کانال‌های LIN را هم در خود دارد. برای همین خرابی آن می‌تواند هم‌زمان چند علامت نامرتبط ایجاد کند.

۶. آیا خرابی عملگر خودرو می‌تواند باعث سوختن آی سی درایور شود؟

بله. اتصال کوتاه در سیم‌کشی یا خرابی عملگر متصل به خروجی می‌تواند درایور را بسوزاند. پیش از تعویض قطعه باید علت اصلی برطرف شود، وگرنه قطعه‌ی جدید هم آسیب می‌بیند.