novice

Morda za Ohmovim zakonom je drugi najbolj znan zakon v elektroniki Moorov zakon: število tranzistorjev, ki jih je mogoče izdelati na integriranem vezju, se podvoji vsaki dve leti. Ker fizična velikost čipa ostaja približno enaka, to pomeni, da posamezni tranzistorji bodo sčasoma postali manjši. Začeli smo pričakovati, da se bo nova generacija čipov z manjšimi značilnostmi pojavila z normalno hitrostjo, toda kakšen smisel ima pomanjševanje stvari? Ali manjše vedno pomeni boljše?
V preteklem stoletju je elektronika izjemno napredovala. V dvajsetih letih 20. stoletja so bili najnaprednejši radijski sprejemniki AM sestavljeni iz več vakuumskih cevi, več ogromnih induktorjev, kondenzatorjev in uporov, na desetine metrov žic, ki so se uporabljale kot antene, in velikega kompleta baterij za napajanje celotne naprave. Danes lahko poslušate več kot ducat storitev pretakanja glasbe na napravi v svojem žepu in lahko naredite še več. Toda miniaturizacija ni samo zaradi prenosljivosti: absolutno je potrebna za doseganje zmogljivosti, ki jo pričakujemo od naših današnjih naprav.
Ena očitna prednost manjših komponent je, da vam omogočajo vključitev več funkcionalnosti v isti obseg. To je še posebej pomembno za digitalna vezja: več komponent pomeni, da lahko opravite več obdelav v enakem času. Teoretično na primer količina informacij, ki jih obdela 64-bitni procesor, je osemkrat večja od 8-bitnega CPE-ja, ki deluje pri enaki taktni frekvenci. Zahteva pa tudi osemkrat več komponent: registri, seštevalniki, vodila itd. so osemkrat večji Torej potrebujete osemkrat večji čip ali osemkrat manjši tranzistor.
Enako velja za pomnilniške čipe: z izdelavo manjših tranzistorjev imate več prostora za shranjevanje v isti prostornini. Piksli v večini današnjih zaslonov so izdelani iz tankoslojnih tranzistorjev, zato jih je smiselno zmanjšati in doseči višje ločljivosti. , manjši kot je tranzistor, boljši je in obstaja še en pomemben razlog: njihova zmogljivost je močno izboljšana. Toda zakaj točno?
Kadarkoli izdelate tranzistor, bo brezplačno zagotovil nekaj dodatnih komponent. Vsak terminal ima zaporedno povezan upor. Vsak predmet, po katerem teče tok, ima tudi samoindukcijo. Končno obstaja kapacitivnost med katerima koli vodnikoma, obrnjenima drug proti drugemu. Vsi ti učinki porabljajo energijo in upočasnjujejo hitrost tranzistorja. Parazitske kapacitivnosti so še posebej moteče: treba jih je polniti in prazniti vsakič, ko se tranzistorji vklopijo ali izklopijo, kar zahteva čas in tok od napajalnika.
Kapacitivnost med dvema prevodnikoma je funkcija njune fizične velikosti: manjša velikost pomeni manjšo kapacitivnost. In ker manjši kondenzatorji pomenijo višje hitrosti in manjšo moč, lahko manjši tranzistorji delujejo pri višjih taktnih frekvencah in pri tem odvajajo manj toplote.
Ko zmanjšate velikost tranzistorjev, kapacitivnost ni edini učinek, ki se spremeni: obstaja veliko nenavadnih kvantno mehanskih učinkov, ki pri večjih napravah niso očitni. Na splošno pa bodo tranzistorji, če jih pomanjšate, hitrejši. Toda elektronski izdelki so bolj ne samo tranzistorji. Ko zmanjšate druge komponente, kako delujejo?
Na splošno se pasivne komponente, kot so upori, kondenzatorji in induktorji, ne bodo izboljšale, ko bodo manjše: v mnogih pogledih se bodo poslabšale. Zato je miniaturizacija teh komponent predvsem zato, da jih lahko stisnemo v manjši volumen , s čimer prihranite prostor na tiskanem vezju.
Velikost upora je mogoče zmanjšati, ne da bi pri tem prišlo do prevelike izgube. Upornost kosa materiala je podana z, kjer je l dolžina, A površina prečnega prereza in ρ upornost materiala. Lahko preprosto zmanjšajte dolžino in presek ter na koncu dobite fizično manjši upor, a še vedno enak upor. Edina pomanjkljivost je, da bodo pri odvajanju enake moči fizično manjši upori proizvedli več toplote kot večji upori. Zato majhni upore je mogoče uporabiti samo v tokokrogih z nizko porabo energije. Ta tabela prikazuje, kako se največja nazivna moč uporov SMD zmanjšuje z zmanjšanjem njihove velikosti.
Danes je najmanjši upor, ki ga lahko kupite, metrične velikosti 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Njihova nazivna moč je le 20 mW in se uporabljajo samo za vezja, ki oddajajo zelo malo energije in so zelo omejene velikosti. Manjša metrika 0201 paket (0,2 mm x 0,1 mm) je bil izdan, vendar še ni bil dan v proizvodnjo. Toda tudi če se pojavijo v katalogu proizvajalca, ne pričakujte, da bodo povsod: večina robotov za pobiranje in oddajanje ni dovolj natančnih ravnati z njimi, zato so morda še vedno nišni izdelki.
Kondenzatorje je mogoče tudi zmanjšati, vendar bo to zmanjšalo njihovo kapacitivnost. Formula za izračun kapacitivnosti shunt kondenzatorja je, kjer je A površina plošče, d je razdalja med njima in ε je dielektrična konstanta (lastnost vmesnega materiala).Če je kondenzator (v bistvu ploščata naprava) miniaturiziran, je treba površino zmanjšati, s čimer se zmanjša kapacitivnost.Če še vedno želite zapakirati veliko nafare v majhno prostornino, je edina možnost je zlaganje več plasti skupaj. Zaradi napredka v materialih in izdelavi, ki je omogočil tudi tanke plasti (majhen d) in posebne dielektrike (z večjim ε), se je velikost kondenzatorjev v zadnjih nekaj desetletjih močno zmanjšala.
Najmanjši kondenzator, ki je danes na voljo, je v ultra-majhnem metričnem ohišju 0201: samo 0,25 mm x 0,125 mm. Njihova kapacitivnost je omejena na še uporabnih 100 nF, največja delovna napetost pa je 6,3 V. Poleg tega so ti ohišji zelo majhni in zahtevajo napredno opremo za njihovo obvladovanje, kar omejuje njihovo široko uporabo.
Pri induktorjih je zgodba nekoliko zapletena. Induktivnost ravne tuljave je podana z, kjer je N število ovojev, A je površina prečnega prereza tuljave, l je njena dolžina in μ je materialna konstanta (prepustnost). Če se vse dimenzije zmanjšajo za polovico, se bo tudi induktivnost zmanjšala za polovico. Vendar upor žice ostane enak: to je zato, ker se dolžina in prerez žice zmanjšata na četrtino prvotne vrednosti. To pomeni, da imate na koncu enak upor pri polovici induktivnosti, tako da prepolovite faktor kakovosti (Q) tuljave.
Najmanjša komercialno dostopna diskretna tuljava ima velikost palcev 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Te so visoke do 56 nH in imajo upornost nekaj ohmov. Induktorji v ultra majhnem metričnem ohišju 0201 so bili izdani leta 2014, vendar očitno še nikoli niso bili predstavljeni na trgu.
Fizikalne omejitve induktorjev so bile rešene z uporabo pojava, imenovanega dinamična induktivnost, ki ga je mogoče opaziti v tuljavah iz grafena. Toda kljub temu, če ga je mogoče izdelati na komercialno uspešen način, se lahko poveča za 50%. Končno, tuljave ni mogoče dobro miniaturizirati. Vendar, če vaše vezje deluje pri visokih frekvencah, to ni nujno problem. Če je vaš signal v območju GHz, običajno zadostuje nekaj nH tuljav.
To nas pripelje do še ene stvari, ki je bila v preteklem stoletju pomanjšana, a je morda ne boste opazili takoj: valovna dolžina, ki jo uporabljamo za komunikacijo. Zgodnje radijske oddaje so uporabljale srednjevalovno frekvenco AM približno 1 MHz z valovno dolžino približno 300 metrov. Frekvenčni pas FM s središčem na 100 MHz ali 3 metre je postal priljubljen okrog šestdesetih let prejšnjega stoletja, danes pa večinoma uporabljamo komunikacije 4G okoli 1 ali 2 GHz (približno 20 cm). Višje frekvence pomenijo večjo zmogljivost prenosa informacij. Prav zaradi miniaturizacije imamo poceni, zanesljive in energetsko varčne radie, ki delujejo na teh frekvencah.
Zmanjševanje valovnih dolžin lahko skrči antene, ker je njihova velikost neposredno povezana s frekvenco, ki jo potrebujejo za oddajanje ali sprejemanje. Današnji mobilni telefoni ne potrebujejo dolgih štrlečih anten, zahvaljujoč namenski komunikaciji na frekvencah GHz, za katere mora biti antena le približno en centimeter dolg. Zato večina mobilnih telefonov, ki še vedno vsebujejo FM sprejemnike, zahteva, da pred uporabo priključite slušalke: radio mora uporabiti žico slušalk kot anteno, da dobi dovolj moč signala teh en meter dolgih valov.
Kar zadeva vezja, povezana z našimi miniaturnimi antenami, ko so manjša, jih je dejansko lažje izdelati. To ni samo zato, ker so tranzistorji postali hitrejši, ampak tudi zato, ker učinki prenosnih linij niso več problem. Skratka, ko dolžina žice presega eno desetino valovne dolžine, morate pri načrtovanju vezja upoštevati fazni zamik vzdolž njene dolžine. Pri 2,4 GHz to pomeni, da je samo en centimeter žice vplival na vaše vezje; če spajkaš ločene komponente skupaj, je glavobol, če pa vezje razporediš na nekaj kvadratnih milimetrov, ni problem.
Napovedovanje propada Moorovega zakona ali dokazovanje, da so te napovedi znova in znova napačne, je postalo ponavljajoča se tema v znanstvenem in tehnološkem novinarstvu. Dejstvo ostaja, da Intel, Samsung in TSMC, trije konkurenti, ki so še vedno v ospredju igre, še naprej stiskajte več funkcij na kvadratni mikrometer in načrtujte uvedbo več generacij izboljšanih čipov v prihodnosti. Čeprav napredek, ki so ga dosegli na vsakem koraku, morda ni tako velik kot pred dvema desetletjema, miniaturizacija tranzistorjev nadaljuje.
Vendar se zdi, da smo pri diskretnih komponentah dosegli naravno mejo: če jih pomanjšamo, ne izboljšamo njihove učinkovitosti in najmanjše komponente, ki so trenutno na voljo, so manjše, kot zahteva večina primerov uporabe. Zdi se, da za diskretne naprave ni Moorovega zakona, če pa obstaja Moorov zakon, bi radi videli, koliko lahko ena oseba premaga izziv spajkanja SMD.
Vedno sem si želel fotografirati upor PTH, ki sem ga uporabljal v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, in nanj namestiti upor SMD, tako kot zdaj zamenjujem noter/out. Moj cilj je narediti svoje brate in sestre (nobeden od njih ni elektronskih izdelkov), koliko sprememb, vključno s tem, da lahko celo vidim dele svojega dela, (ker se moj vid slabša, moje roke postajajo vse slabše Tresenje).
Rad rečem, ali je skupaj ali ne. Resnično sovražim "izboljšati, postati boljši." Včasih vaša postavitev deluje dobro, vendar ne morete več dobiti delov. Kaj za vraga je to?. Dober koncept je dober koncept in bolje ga je ohraniti takšnega, kot je, kot ga izboljšati brez razloga. Gantt
"Dejstvo ostaja, da tri podjetja Intel, Samsung in TSMC še vedno tekmujejo v ospredju te igre in nenehno iztisnejo več funkcij na kvadratni mikrometer,"
Elektronske komponente so velike in drage. Leta 1971 je imela povprečna družina le nekaj radijskih sprejemnikov, stereo in TV. Do leta 1976 so se pojavili računalniki, kalkulatorji, digitalne ure in ure, ki so bili majhni in poceni za potrošnike.
Nekaj ​​miniaturizacije izhaja iz zasnove. Operacijski ojačevalniki omogočajo uporabo giratorjev, ki lahko v nekaterih primerih nadomestijo velike induktorje. Aktivni filtri tudi odpravljajo induktorje.
Večje komponente spodbujajo druge stvari: minimiziranje vezja, to je poskušanje uporabe najmanjšega števila komponent za delovanje vezja. Danes nam ni toliko mar. Potrebujete nekaj za obračanje signala? Vzemite operacijski ojačevalnik. Ali potrebujete državni stroj? Vzemite mpu itd. Komponente so danes res majhne, ​​vendar je v njih dejansko veliko komponent. Torej se v bistvu poveča velikost vašega vezja in poveča poraba energije. Tranzistor, ki se uporablja za obračanje signala, porabi manj energije za opraviti enako nalogo kot operacijski ojačevalnik. Toda spet bo miniaturizacija poskrbela za porabo moči. Samo inovacije so šle v drugo smer.
Resnično ste zamudili nekaj največjih prednosti/razlogov zmanjšane velikosti: zmanjšano parazitiranje paketov in povečano ravnanje z močjo (kar se zdi protislovno).
S praktičnega vidika, ko velikost funkcije doseže približno 0,25u, boste dosegli raven GHz, takrat pa začne velik paket SOP proizvajati največji* učinek. Dolge vezne žice in ti vodi vas bodo sčasoma ubili.
Na tej točki so se paketi QFN/BGA močno izboljšali v smislu zmogljivosti. Poleg tega, ko paket namestite ravno tako, imate na koncu *bistveno* boljšo toplotno zmogljivost in izpostavljene blazinice.
Poleg tega bodo Intel, Samsung in TSMC zagotovo igrali pomembno vlogo, vendar je ASML morda veliko pomembnejši na tem seznamu. Seveda to morda ne velja za pasiv ...
Ne gre le za zmanjšanje stroškov silicija s procesnimi vozlišči naslednje generacije. Druge stvari, kot so vrečke. Manjši paketi zahtevajo manj materialov in wcsp ali celo manj. Manjši paketi, manjši PCB-ji ali moduli itd.
Pogosto vidim nekatere kataloške izdelke, kjer je edini vodilni dejavnik znižanje stroškov. Velikost MHz/pomnilnika je enaka, funkcija SOC in razporeditev nožic sta enaki. Za zmanjšanje porabe energije lahko uporabimo nove tehnologije (običajno to ni brezplačno, zato mora obstajati nekaj konkurenčnih prednosti, ki jih stranke zanimajo)
Ena od prednosti velikih komponent je material proti sevanju. Majhni tranzistorji so v tej pomembni situaciji bolj dovzetni za učinke kozmičnih žarkov. Na primer v vesolju in celo observatorijih na visoki nadmorski višini.
Nisem videl pomembnejšega razloga za povečanje hitrosti. Hitrost signala je približno 8 palcev na nanosekundo. Tako so samo z zmanjšanjem velikosti možni hitrejši čipi.
Morda boste želeli preveriti lastno matematiko z izračunom razlike v zakasnitvi širjenja zaradi sprememb pakiranja in zmanjšanih ciklov (1/frekvenca). To pomeni zmanjšanje zakasnitve/obdobja frakcij. Ugotovili boste, da se sploh ne prikaže kot faktor zaokroževanja.
Ena stvar, ki jo želim dodati, je, da veliko IC-jev, zlasti starejših modelov in analognih čipov, dejansko ni zmanjšanih, vsaj interno. Zaradi izboljšav v avtomatizirani proizvodnji so paketi postali manjši, vendar je to zato, ker imajo paketi DIP običajno veliko preostali prostor v notranjosti, ne zato, ker so tranzistorji itd. postali manjši.
Poleg težave, kako narediti robota dovolj natančnega, da dejansko obdeluje majhne komponente v hitrih aplikacijah pobiranja in nameščanja, je druga težava zanesljivo varjenje majhnih komponent. Še posebej, če še vedno potrebujete večje komponente zaradi zahtev po moči/zmogljivosti. Uporaba posebna spajkalna pasta, šablone posebne spajkalne paste v korakih (nanesite majhno količino spajkalne paste, kjer je potrebno, vendar še vedno zagotovite dovolj spajkalne paste za velike komponente) so začele postajati zelo drage. Zato mislim, da je plato in nadaljnja miniaturizacija vezja na ravni plošče je le drag in izvedljiv način. Na tej točki bi lahko naredili tudi več integracije na ravni silicijeve rezine in poenostavili število ločenih komponent na absolutni minimum.
To boste videli na svojem telefonu. Okrog leta 1995 sem kupil nekaj zgodnjih mobilnih telefonov v garažnih razprodajah za nekaj dolarjev za vsakega. Večina IC-jev ima skoznjo luknjo. Prepoznaven CPE in kompander NE570, velik IC za večkratno uporabo.
Nato sem dobil nekaj posodobljenih ročnih telefonov. Komponent je zelo malo in skoraj nič znanega. Pri majhnem številu IC-jev ni le večja gostota, ampak je sprejet tudi nov dizajn (glejte SDR), ki odpravlja večino diskretne komponente, ki so bile prej nepogrešljive.
> (Nanesite majhno količino spajkalne paste, kjer je to potrebno, vendar še vedno zagotovite dovolj spajkalne paste za velike komponente)
Hej, zamislil sem si predlogo »3D/Wave« za rešitev tega problema: tanjša tam, kjer so najmanjše komponente, in debelejša tam, kjer je napajalni tokokrog.
Dandanes so komponente SMT zelo majhne, ​​lahko uporabite prave diskretne komponente (ne 74xx in druge smeti), da oblikujete svoj CPE in ga natisnete na PCB. Poškropite ga z LED, lahko vidite, da deluje v realnem času.
Z leti zagotovo cenim hiter razvoj kompleksnih in majhnih komponent. Zagotavljajo izjemen napredek, a hkrati dodajajo novo raven kompleksnosti iterativnemu procesu izdelave prototipov.
Hitrost prilagajanja in simulacije analognih vezij je veliko hitrejša od tiste, ki jo počnete v laboratoriju. Ko frekvenca digitalnih vezij narašča, PCB postane del sklopa. Na primer, učinki prenosnega voda, zakasnitev širjenja. Izdelava prototipov katerega koli rezalnega robno tehnologijo je najbolje porabiti za pravilno dokončanje načrta, namesto za prilagajanje v laboratoriju.
Kar zadeva izdelke za hobije, vrednotenje. Vezja in moduli so rešitev za krčenje komponent in modulov pred testiranjem.
Zaradi tega lahko stvari izgubijo "zabavo", vendar menim, da je morda bolj smiselno, da vaš projekt prvič deluje, zaradi službe ali hobijev.
Pretvarjal sem nekaj modelov iz skoznjih lukenj v SMD. Izdelujte cenejše izdelke, vendar ni zabavno ročno izdelovati prototipov. Ena majhna napaka: "vzporedno mesto" je treba brati kot "vzporedna plošča".
Ne. Ko sistem zmaga, bodo arheologi še vedno zmedeni zaradi njegovih ugotovitev. Kdo ve, morda bo v 23. stoletju Planetarna zveza sprejela nov sistem ...
Ne morem se bolj strinjati. Kakšna je velikost 0603? Seveda ohraniti 0603 kot imperialno velikost in "poklicati" metrično velikost 0603 0604 (ali 0602) ni tako težko, tudi če je morda tehnično nepravilno (tj. dejanska ujemajoča se velikost – vseeno ne na ta način). Strogo), a vsaj vsi bodo vedeli, o kateri tehnologiji govorite (metrična/imperialna)!
"Na splošno pasivne komponente, kot so upori, kondenzatorji in induktorji, ne bodo boljše, če jih naredite manjše."