uudiseid

Võib-olla pärast Ohmi seadust on elektroonikas teine ​​kõige kuulsam seadus Moore'i seadus: transistoride arv, mida saab toota integraallülitusel, kahekordistub iga kahe aasta järel. Kuna kiibi füüsiline suurus jääb ligikaudu samaks, tähendab see, et üksikud transistorid muutuvad aja jooksul väiksemaks. Oleme hakanud eeldama, et uue põlvkonna väiksema funktsioonisuurusega kiibid ilmuvad normaalse kiirusega, kuid mis mõtet on asju väiksemaks muuta? Kas väiksem tähendab alati paremat?
Viimase sajandi jooksul on elektroonikatehnoloogia teinud tohutuid edusamme. 1920. aastatel koosnesid kõige arenenumad AM-raadiod mitmest vaakumtorust, mitmest tohutust induktiivpoolist, kondensaatorist ja takistist, kümnetest meetritest antennidena kasutatud juhtmetest ning suurest patareide komplektist kogu seadme toiteks. Täna saate taskus olevas seadmes kuulata rohkem kui tosinat muusika voogedastusteenust ja teha rohkemgi. Kuid miniaturiseerimine ei ole ainult kaasaskantavuse jaoks: see on hädavajalik, et saavutada jõudlus, mida täna oma seadmetelt ootame.
Väiksemate komponentide üks ilmselge eelis on see, et need võimaldavad teil lisada samasse helitugevusse rohkem funktsioone. See on eriti oluline digitaalsete vooluahelate puhul: rohkem komponente tähendab, et saate sama aja jooksul rohkem töödelda. Näiteks teoreetiliselt on 64-bitise protsessori poolt töödeldava teabe hulk kaheksa korda suurem kui samal taktsagedusel töötaval 8-bitisel protsessoril. Kuid selleks on vaja ka kaheksa korda rohkem komponente: registrid, liitjad, siinid jne on kõik kaheksa korda suuremad. Seega vajate kas kaheksa korda suuremat kiipi või kaheksa korda väiksemat transistorit.
Sama kehtib ka mälukiipide kohta: tehes väiksemaid transistore, on teil samas mahus rohkem salvestusruumi. Enamiku ekraanide pikslid on tänapäeval valmistatud õhukesest kiletransistoridest, seega on mõistlik neid vähendada ja saavutada suurem eraldusvõime. Kuid mida väiksem on transistor, seda parem, ja on veel üks oluline põhjus: nende jõudlus on oluliselt paranenud. Aga miks täpselt?
Kui teete transistori, pakub see tasuta lisakomponente. Igal terminalil on järjestikku ühendatud takisti. Igal objektil, mis kannab voolu, on ka iseinduktiivsus. Lõpuks on kahe üksteise vastas oleva juhtme vahel mahtuvus. Kõik need efektid tarbivad energiat ja aeglustavad transistori kiirust. Eriti tülikas on parasiitmahtuvus: transistore tuleb laadida ja tühjendada iga kord, kui need sisse või välja lülitatakse, mis nõuab toiteallikast aega ja voolu.
Kahe juhtme vaheline mahtuvus sõltub nende füüsilisest suurusest: väiksem suurus tähendab väiksemat mahtuvust. Ja kuna väiksemad kondensaatorid tähendavad suuremat kiirust ja väiksemat võimsust, võivad väiksemad transistorid töötada kõrgemal taktsagedusel ja hajutada sellega vähem soojust.
Transistoride suuruse kahanemisel ei ole mahtuvus ainus mõju, mis muutub: on palju kummalisi kvantmehaanilisi efekte, mis pole suuremate seadmete puhul ilmsed. Kuid üldiselt muudab transistoride väiksemaks muutmine need kiiremaks. Kuid elektroonikatooted on midagi enamat kui lihtsalt transistorid. Kui vähendate teisi komponente, kuidas need toimivad?
Üldiselt ei muutu passiivsed komponendid, nagu takistid, kondensaatorid ja induktiivpoolid, väiksemaks muutudes paremaks: need lähevad paljuski halvemaks. Seetõttu on nende komponentide miniatuursuse eesmärk peamiselt nende tihendamine väiksemaks mahuks, säästes seeläbi PCB ruumi.
Takisti suurust saab vähendada ilma liigset kadu tekitamata. Materjali tüki takistuse annab, kus l on pikkus, A on ristlõike pindala ja ρ on materjali eritakistus. Saate lihtsalt pikkust ja ristlõiget vähendada ning lõpuks saada füüsiliselt väiksema takistiga, kuid sama takistusega. Ainus puudus on see, et sama võimsuse hajutamisel toodavad füüsiliselt väiksemad takistid rohkem soojust kui suuremad takistid. Seetõttu saab väikeseid takisteid kasutada ainult väikese võimsusega ahelates. See tabel näitab, kuidas SMD takistite maksimaalne võimsus väheneb nende suuruse vähenemisel.
Tänapäeval on väikseim takisti, mida saate osta, mõõdus 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Nende nimivõimsus on ainult 20 mW ja neid kasutatakse ainult vooluringide jaoks, mis hajutavad väga vähe võimsust ja on äärmiselt piiratud suurusega. Väiksem meetermõõdustik 0201 pakett (0,2 mm x 0,1 mm) on välja antud, kuid seda pole veel tootmisse võetud. Kuid isegi kui need ilmuvad tootja kataloogis, ärge oodake, et need oleksid kõikjal: enamik valimis- ja paigutusroboteid ei ole nende käsitsemiseks piisavalt täpsed, nii et need võivad siiski olla nišitooted.
Kondensaatoreid saab ka vähendada, kuid see vähendab nende mahtuvust. Šuntkondensaatori mahtuvuse arvutamise valem on, kus A on plaadi pindala, d on nendevaheline kaugus ja ε on dielektriline konstant (vahematerjali omadus). Kui kondensaator (põhimõtteliselt lame seade) on miniatuurne, tuleb ala vähendada, vähendades seeläbi mahtuvust. Kui soovite siiski pakkida palju nafarat väikeses mahus, on ainus võimalus mitu kihti kokku laduda. Tänu materjalide ja tootmise edusammudele, mis on võimaldanud ka õhukesi kilesid (väike d) ja spetsiaalseid dielektrikuid (suurema ε-ga), on kondensaatorite suurus viimastel aastakümnetel märkimisväärselt kahanenud.
Väikseim täna saadaolev kondensaator on üliväikeses 0201-meetrilises pakendis: ainult 0,25 mm x 0,125 mm. Nende mahtuvus on piiratud endiselt kasuliku 100 nF-ga ja maksimaalne tööpinge on 6,3 V. Samuti on need paketid väga väikesed ja vajavad nende käsitsemiseks täiustatud seadmeid, mis piirab nende laialdast kasutuselevõttu.
Induktorite jaoks on lugu veidi keeruline. Sirge mähise induktiivsus saadakse järgmiselt, kus N on keerdude arv, A on pooli ristlõikepindala, l on selle pikkus ja μ on materjali konstant (läbilaskvus). Kui kõiki mõõtmeid vähendada poole võrra, väheneb ka induktiivsus poole võrra. Traadi takistus jääb aga samaks: selle põhjuseks on asjaolu, et traadi pikkus ja ristlõige väheneb neljandikuni selle algsest väärtusest. See tähendab, et poolel induktiivsusest jääb sama takistus, seega pooli kvaliteedi (Q) teguri poole võrra.
Väikseim kaubanduslikult saadaolev diskreetne induktiivpooli suurus on tolline 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Need on koguni 56 nH ja nende takistus on paar oomi. 2014. aastal anti välja üliväikese meetrilise 0201 paketis induktiivpoolid, kuid ilmselt pole neid kunagi turule toodud.
Induktiivpoolide füüsikalised piirangud on lahendatud dünaamilise induktiivsuse nähtuse abil, mida võib täheldada grafeenist valmistatud mähistes. Kuid isegi nii, kui seda saab toota äriliselt tasuval viisil, võib see suureneda 50%. Lõpuks ei saa mähist hästi miniatuurseks muuta. Kuid kui teie vooluahel töötab kõrgetel sagedustel, ei ole see tingimata probleem. Kui teie signaal on GHz vahemikus, piisab tavaliselt mõnest nH mähist.
See toob meid teise asja juurde, mida on eelmisel sajandil miniatuurseks muudetud, kuid te ei pruugi seda kohe märgata: lainepikkuse juurde, mida me suhtlemiseks kasutame. Varasemates raadiosaadetes kasutati keskmise laine AM sagedust umbes 1 MHz lainepikkusega umbes 300 meetrit. FM-sagedusriba, mille keskpunkt on 100 MHz või 3 meetrit, sai populaarseks 1960. aastatel ja tänapäeval kasutame peamiselt 4G-sidet sagedusel 1 või 2 GHz (umbes 20 cm). Kõrgemad sagedused tähendavad suuremat infoedastusvõimsust. Just miniaturiseerimise tõttu on meil odavad, töökindlad ja energiasäästlikud raadiod, mis töötavad nendel sagedustel.
Kahanevad lainepikkused võivad antenne kahandada, kuna nende suurus on otseselt seotud sagedusega, mida nad peavad edastama või vastu võtma. Tänapäeva mobiiltelefonid ei vaja pikki väljaulatuvaid antenne tänu spetsiaalsele GHz sagedusega sidepidamisele, mille jaoks peab antenn olema vaid umbes ühe sentimeetri pikkune. Seetõttu tuleb enamikul mobiiltelefonidel, mis sisaldavad endiselt FM-vastuvõtjaid, enne kasutamist kõrvaklapid ühendada: raadio peab kasutama antennina kõrvaklappide juhet, et saada nendest ühemeetristest lainetest piisavalt tugevat signaali.
Mis puutub meie miniatuursete antennidega ühendatud ahelatesse, siis kui need on väiksemad, on neid tegelikult lihtsam teha. Seda mitte ainult seetõttu, et transistorid on muutunud kiiremaks, vaid ka seetõttu, et ülekandeliinide efektid pole enam probleemiks. Lühidalt, kui juhtme pikkus ületab ühe kümnendiku lainepikkusest, peate vooluahela projekteerimisel arvestama faasinihkega selle pikkuses. Sagedusel 2,4 GHz tähendab see, et teie vooluringi on mõjutanud ainult üks sentimeeter juhet; kui diskreetseid komponente kokku joota, on see peavalu, aga kui vooluring mõnele ruutmillimeetrile panna, pole see probleem.
Moore'i seaduse hääbumise ennustamine või nende ennustuste ikka ja jälle valed näitamine on muutunud teadus- ja tehnoloogiaajakirjanduse läbivaks teemaks. Fakt on see, et Intel, Samsung ja TSMC, kolm konkurenti, kes on endiselt mängu esirinnas, jätkavad rohkemate funktsioonide tihendamist ruutmikromeetri kohta ja kavatsevad tulevikus tutvustada mitut põlvkonda täiustatud kiipe. Kuigi nende igal sammul tehtud edusammud ei pruugi olla nii suured kui kaks aastakümmet tagasi, jätkub transistoride miniaturiseerimine.
Kuid diskreetsete komponentide puhul näib, et oleme jõudnud loomuliku piirini: nende väiksemaks muutmine ei paranda nende jõudlust ja praegu saadaolevad väikseimad komponendid on väiksemad, kui enamik kasutusjuhtumeid nõuab. Näib, et diskreetsete seadmete jaoks Moore'i seadust pole, kuid kui Moore'i seadus on olemas, siis tahaksime näha, kui palju üks inimene suudab SMD jootmise väljakutset edasi lükata.
Olen alati tahtnud pildistada PTH takistit, mida kasutasin 1970ndatel, ja panna sellele SMD takisti, nagu ma praegu vahetan sisse/välja. Minu eesmärk on teha oma vendadele ja õdedele (ükski neist pole elektroonikatooted) kui palju muutusi, sealhulgas ma isegi näen oma töö osi, (kuna mu nägemine halveneb, mu käed muutuvad halvemaks Värin).
Mulle meeldib öelda, kas see on koos või mitte. Ma tõesti vihkan "parane, saa paremaks". Mõnikord töötab teie paigutus hästi, kuid te ei saa enam osi. Mis kurat see on? . Hea kontseptsioon on hea kontseptsioon ja parem on hoida seda sellisena, mitte ilma põhjuseta täiustada. Gantt
"Fakt on tõsi, et kolm ettevõtet Intel, Samsung ja TSMC konkureerivad endiselt selle mängu esirinnas, pigistades pidevalt rohkem funktsioone ruutmikromeetri kohta."
Elektroonilised komponendid on suured ja kallid. 1971. aastal oli keskmises peres vaid paar raadiot, stereo ja televiisor. 1976. aastaks olid välja tulnud arvutid, kalkulaatorid, digikellad ja kellad, mis olid tarbijale väikesed ja odavad.
Teatud miniatuursus tuleneb disainist. Operatsioonivõimendid võimaldavad kasutada güraatoreid, mis võivad teatud juhtudel asendada suuri induktiivpooli. Aktiivsed filtrid kõrvaldavad ka induktiivpoolid.
Suuremad komponendid soodustavad muid asju: vooluringi minimeerimist, see tähendab, et vooluringi toimimiseks püütakse kasutada võimalikult vähe komponente. Tänapäeval me nii väga ei hooli. Kas vajate midagi signaali ümberpööramiseks? Võtke operatsioonivõimendi. Kas vajate riigimasinat? Võtke mpu. jne. Tänapäeval on komponendid tõesti väikesed, kuid tegelikult on sees palju komponente. Nii et põhimõtteliselt teie vooluringi suurus suureneb ja energiatarve suureneb. Signaali inverteerimiseks kasutatav transistor kasutab sama töö tegemiseks vähem energiat kui operatiivvõimendi. Aga jällegi, miniaturiseerimine hoolitseb võimsuse kasutamise eest. Lihtsalt innovatsioon on läinud teises suunas.
Sa jäid tõesti kahe silma vahele vähendatud suuruse suurimatest eelistest/põhjustest: pakendite vähenemine parasiitidest ja suurenenud võimsuse käsitsemine (mis tundub olevat vastuoluline).
Praktilisest vaatenurgast, kui funktsiooni suurus jõuab umbes 0,25u-ni, jõuate GHz tasemele, mil suur SOP-pakett hakkab tootma suurimat* efekti. Pikad ühendusjuhtmed ja need juhtmed tapavad teid lõpuks.
Praeguseks on QFN/BGA paketid jõudluse osas oluliselt paranenud. Lisaks saavutate pakendi sellisel tasapinnal paigaldamisel *oluliselt* parema soojustõhususe ja katmata padjad.
Lisaks mängivad kindlasti olulist rolli Intel, Samsung ja TSMC, kuid ASML võib selles nimekirjas olla palju olulisem. Muidugi ei pruugi see passiivse hääle kohta kehtida…
See ei seisne ainult ränikulude vähendamises järgmise põlvkonna protsessisõlmede kaudu. Muud asjad, näiteks kotid. Väiksemad pakendid nõuavad vähem materjale ja wcsp-d või isegi vähem. Väiksemad pakendid, väiksemad PCB-d või moodulid jne.
Näen sageli mõnda kataloogitooteid, kus ainsaks edasiviivaks teguriks on kulude vähendamine. MHz/mälu suurus on sama, SOC-funktsioon ja tihvtide paigutus on samad. Võime kasutada uusi tehnoloogiaid energiatarbimise vähendamiseks (tavaliselt ei ole see tasuta, seega peavad olema mõned konkurentsieelised, millest kliendid hoolivad)
Suurte komponentide üks eeliseid on kiirgusvastane materjal. Väikesed transistorid on selles olulises olukorras vastuvõtlikumad kosmiliste kiirte mõjule. Näiteks kosmoses ja isegi kõrgmäestiku observatooriumides.
Ma ei näinud kiiruse suurendamiseks suurt põhjust. Signaali kiirus on ligikaudu 8 tolli nanosekundi kohta. Nii et lihtsalt suurust vähendades on kiiremad laastud võimalikud.
Võimalik, et soovite kontrollida oma matemaatikat, arvutades välja pakendamise muudatustest ja vähendatud tsüklitest (1/sagedus) tingitud levimisviivituse erinevuse. Seda selleks, et vähendada fraktsioonide viivitust/perioodi. Leiate, et see ei ilmu isegi ümardamistegurina.
Üks asi, mida ma tahan lisada, on see, et paljud IC-d, eriti vanemad disainid ja analoogkiibid, ei ole tegelikult vähendatud, vähemalt sisemiselt. Tänu automatiseeritud tootmise täiustustele on paketid muutunud väiksemaks, kuid see on tingitud sellest, et DIP-pakettides on tavaliselt palju ruumi, mitte transistorid jms.
Lisaks probleemile, mis puudutab roboti piisavalt täpset täpsust, et väikeste komponentidega hakkama saada, on teine ​​probleem väikeste komponentide usaldusväärne keevitamine. Eriti kui vajate võimsuse/võimsuse nõuete tõttu siiski suuremaid komponente. Spetsiaalset jootepastat kasutades hakkasid spetsiaalsed astmelise jootepasta mallid (kandke vajadusel väike kogus jootepastat, kuid tagage siiski piisavalt jootepastat suurte komponentide jaoks) väga kalliks muutuma. Nii et ma arvan, et seal on platoo ja edasine miniaturiseerimine trükkplaadi tasemel on lihtsalt kulukas ja teostatav viis. Siinkohal võiksite sama hästi integreerida räniplaadi tasemel ja lihtsustada diskreetsete komponentide arvu absoluutse miinimumini.
Näete seda oma telefonis. 1995. aasta paiku ostsin mõne dollari eest garaažimüügist mõned varased mobiiltelefonid. Enamik IC-sid on läbiva auguga. Äratuntav protsessor ja NE570 kompander, suur korduvkasutatav IC.
Siis jõudsin mõne uuendatud pihutelefoni juurde. Seal on väga vähe komponente ja peaaegu mitte midagi tuttavat. Väikestes IC-des pole mitte ainult tihedus suurem, vaid kasutusele võetakse ka uus disain (vt SDR), mis välistab enamiku diskreetsetest komponentidest, mis olid varem asendamatud.
> (Vajaduse korral kandke väike kogus jootepastat, kuid varuge siiski piisavalt jootepastat suurte komponentide jaoks)
Hei, ma kujutasin ette malli "3D/Wave" selle probleemi lahendamiseks: õhem seal, kus on väikseimad komponendid, ja paksem, kus on toiteahel.
Tänapäeval on SMT komponendid väga väikesed, saate kasutada päris diskreetseid komponente (mitte 74xx ja muud prügi), et kujundada oma protsessor ja printida see PCB-le. Piserdage seda LED-iga, näete seda reaalajas töötamas.
Kindlasti hindan aastate jooksul keeruliste ja väikeste komponentide kiiret arengut. Need pakuvad tohutut edu, kuid samal ajal lisavad nad prototüüpide iteratiivsele protsessile uue keerukuse taseme.
Analoogahelate reguleerimis- ja simulatsioonikiirus on palju kiirem kui laboris. Digitaallülituste sageduse tõustes muutub PCB koostu osaks. Näiteks ülekandeliini efektid, levimisviivitus. Mis tahes tipptehnoloogia prototüüpide loomine on kõige parem kulutada kujunduse õigele lõpuleviimisele, mitte laboris muudatuste tegemisele.
Mis puutub hobiasjadesse, siis hindamine. Trükkplaadid ja moodulid on lahendus komponentide kokkutõmbumisele ja moodulite eeltestimisele.
See võib muuta asjad "lõbusaks", kuid ma arvan, et teie projekti esimest korda tööle panemine võib olla töö või hobide tõttu mõttekam.
Olen teisendanud mõned kujundused läbivatest avadest SMD-ks. Valmistage odavamaid tooteid, kuid prototüüpe käsitsi ehitada pole lõbus. Üks väike viga: "paralleel koht" tuleks lugeda kui "paralleel plaat".
Ei. Pärast süsteemi võitu on arheoloogid selle leidudest endiselt segaduses. Kes teab, võib-olla võtab planeetide liit 23. sajandil kasutusele uue süsteemi…
Ma ei saaks rohkem nõustuda. Mis on 0603 suurus? Muidugi ei ole 0603 keiserliku suurusena hoidmine ja 0603 mõõdiku suuruseks 0604 (või 0602) "kutsumine" nii keeruline, isegi kui see võib olla tehniliselt ebakorrektne (st tegelik sobiv suurus – mitte nii) nagunii. Range), kuid vähemalt teavad kõik, mis tehnoloogiast te räägite (meetriline/impeerium)!
"Üldiselt ei muutu passiivsed komponendid, nagu takistid, kondensaatorid ja induktiivpoolid, paremaks, kui teete need väiksemaks."