uudised

Võib-olla pärast Ohmi seadust on elektroonikas teine ​​kõige tuntum seadus Moore'i seadus: integraallülitusel tootatavate transistoride arv kahekordistub umbes 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 väiksemate funktsioonidega kiibid ilmuvad normaalse kiirusega, kuid mis mõtet on asju väiksemaks muuta? Kas väiksem tähendab alati paremat?
Eelmisel sajandil 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 ja suurest komplektist patareidest. 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 samale helitugevusele rohkem funktsioone. See on eriti oluline digitaalsete vooluahelate puhul: rohkem komponente tähendab, et saate sama aja jooksul rohkem töödelda. Näiteks teoreetiliselt 64-bitise protsessoriga töödeldava teabe hulk on kaheksa korda suurem kui samal taktsagedusel töötaval 8-bitisel CPU-l. Kuid see nõuab ka kaheksa korda rohkem komponente: registrid, liitjad, siinid jne on kõik kaheksa korda suuremad. .Seega on vaja kas kaheksa korda suuremat kiipi või kaheksa korda väiksemat transistorit.
Sama kehtib ka mälukiipide kohta: väiksemate transistorite valmistamisel on samas mahus rohkem salvestusruumi.Praegu on enamiku kuvarite pikslid valmistatud õhukesest kiletransistoridest, seega on mõistlik neid vähendada ja saavutada suurem eraldusvõime. , 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.Igas terminalis on järjestikku ühendatud takisti.Igal voolu kandval objektil on ka iseinduktiivsus.Lõpuks on kahe vastamisi asuva juhtme vahel mahtuvus.Kõik need efektid tarbivad energiat ja aeglustavad transistori kiirust.Eriti tülikad on parasiitmahtuvused: neid tuleb laadida ja tühjendada iga kord, kui transistorid sisse või välja lülitatakse, mis nõuab toiteallikalt aega ja voolu.
Kahe juhi vaheline mahtuvus sõltub nende füüsilisest suurusest: väiksem suurus tähendab väiksemat mahtuvust. Ja kuna väiksemad kondensaatorid tähendavad suuremat kiirust ja väiksemat võimsust, saavad väiksemad transistorid töötada kõrgemal taktsagedusel ja hajutada vähem soojust.
Transistoride suuruse kahanemisel ei ole mahtuvus ainus mõju, mis muutub: on palju kummalisi kvantmehaanilisi efekte, mis pole suuremate seadmete puhul ilmselged. Üldiselt muudab transistoride väiksemaks muutmine aga kiiremaks. Kuid elektroonikatooted on rohkem 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 hullemaks. Seetõttu on nende komponentide miniaturiseerimine eelkõige selleks, et neid saaks väiksemaks mahuks kokku suruda. , säästes seeläbi PCB ruumi.
Takisti suurust saab vähendada ilma liigseid kadusid tekitamata. Materjali tüki takistus on antud, kus l on pikkus, A on ristlõike pindala ja ρ on materjali eritakistus. lihtsalt vähendada pikkust ja ristlõiget ning tulemuseks on füüsiliselt väiksem, kuid sama takistusega takisti.Ainsaks puuduseks on see, et sama võimsuse hajutamisel toodavad füüsiliselt väiksemad takistid rohkem soojust kui suuremad takistid.Seetõttu väikesed takisteid saab kasutada ainult väikese võimsusega ahelates. See tabel näitab, kuidas SMD takistite maksimaalne võimsus väheneb nende suuruse vähenemisel.
Tänapäeval on väikseim takisti, mida saate osta, meetermõõdustik 03015 (0,3 mm x 0,15 mm).Nende nimivõimsus on ainult 20 mW ja neid kasutatakse ainult vooluahelates, mis hajutavad väga vähe võimsust ja on äärmiselt piiratud suurusega.Väiksem mõõdik 0201 pakett (0,2 mm x 0,1 mm) on välja antud, kuid seda pole veel tootmisse viidud.Kuid isegi kui need ilmuvad tootja kataloogis, ärge oodake, et need oleksid kõikjal: enamik valimis- ja paigutusroboteid pole piisavalt täpsed nendega toime tulla, 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 pindala vähendada, vähendades seeläbi mahtuvust.Kui soovite siiski pakkida palju nafarat väikesesse mahtu, on ainus võimalus Seoses materjalide ja tootmise edusammudega, mis on võimaldanud ka õhukesi kilesid (väike d) ja spetsiaalseid dielektrikuid (suurema ε-ga), on kondensaatorite suurus viimastel aastakümnetel oluliselt kahanenud.
Tänapäeval saadaolev väikseim kondensaator on üliväikeses meetermõõdustikus 0201 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 Nende käsitsemiseks on vaja täiustatud seadmeid, mis piirab nende laialdast kasutuselevõttu.
Induktiivpoolide puhul on lugu veidi keeruline. Sirge pooli induktiivsus on antud, 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 veerand selle algväärtusest. See tähendab, et poolel induktiivsusest jääb sama takistus, seega vähendate pooli kvaliteedi (Q) tegurit poole võrra.
Väikseima müügiloleva diskreetse induktiivpooli suurus on tolline 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Need on kuni 56 nH ja nende takistus on mõni oomi. Üliväikeses 0201-meetrilises pakendis induktiivpoolid lasti välja 2014. aastal, kuid ilmselt pole neid kunagi turule toodud.
Induktiivpoolide füüsikalised piirangud on lahendatud dünaamilise induktiivsuse nähtuse abil, mida võib täheldada grafeenist valmistatud mähistes. Kuid isegi kui seda on võimalik toota äriliselt tasuval viisil, võib see suureneda 50%.Lõpuks, mähist ei saa hästi miniatuurseks muuta.Kui aga 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: lainepikkus, 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 teabeedastusvõimsust.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 vajavad edastamiseks või vastuvõtmiseks. Tänapäeva mobiiltelefonid ei vaja pikki väljaulatuvaid antenne tänu nende spetsiaalsele sidele GHz sagedustel, mille jaoks peab antenn olema vaid umbes üks sentimeetri pikkune.Seetõttu tuleb enamikel mobiiltelefonidel, mis sisaldavad veel FM-vastuvõtjaid, enne kasutamist kõrvaklapid vooluvõrku 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, muutub neid tegelikult lihtsamaks teha. Seda mitte ainult seetõttu, et transistorid on muutunud kiiremaks, vaid ka seetõttu, et ülekandeliinide efektid pole enam probleemiks. juhtme lainepikkus ületab ühe kümnendiku, peate vooluahela projekteerimisel arvestama faasinihkega selle pikkuses. 2,4 GHz puhul tähendab see, et teie vooluringi on mõjutanud ainult üks sentimeeter traati;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 tehnoloogiaajakirjanduses läbivaks teemaks. Fakt on see, et Intel, Samsung ja TSMC, kolm konkurenti, kes on endiselt esirinnas. mängu, jätkavad rohkemate funktsioonide tihendamist ruutmikromeetri kohta ja kavatsevad tulevikus kasutusele võtta mitu põlvkonda täiustatud kiipe. Kuigi nende igal etapil tehtud edusammud ei pruugi olla nii suured kui kaks aastakümmet tagasi, on transistoride miniaturiseerimine jätkub.
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 pole Moore'i seadust, aga kui on olemas Moore'i seadus, 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 praegu vahetan sisse/välja. Minu eesmärk on teha oma vennad ja õed (ükski neist pole elektroonikatooted) kui palju muutusi, sh 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 kuradit 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 mõni raadio, stereo ja teler. 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.Aktiivfiltrid kõrvaldavad ka induktiivpoolid.
Suuremad komponendid soodustavad muidki asju: vooluringi minimeerimist, see tähendab, et püütakse kasutada vooluringi toimimiseks võimalikult vähe komponente. Tänapäeval me sellest nii väga ei hooli.Kas on vaja midagi signaali ümberpööramiseks?Võtke operatiivvõimendi. Kas teil on vaja olekumasinat?Võtke mpu.jne. Komponendid on tänapäeval tõesti väikesed, kuid tegelikult on sees palju komponente. Nii et põhimõtteliselt teie vooluringi suurus suureneb ja energiatarve suureneb. Signaali ümberpööramiseks kasutatav transistor kasutab vähem energiat teha sama tööd kui operatsioonivõimendi.Kuid jällegi, miniaturiseerimine hoolitseb võimsuse kasutamise eest.Ainult see, et innovatsioon on läinud teises suunas.
Sa jäid tõesti kahe silma vahele väiksemate mõõtmete 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-ni, sel ajal hakkab suur SOP-pakett andma 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 loendis olla palju olulisem. Muidugi ei pruugi see passiivse hääle kohta kehtida…
See ei tähenda ainult ränikulude vähendamist 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 ajendiks on kulude vähendamine.MHz/mälu suurus on sama, SOC-funktsioon ja kontaktide paigutus on samad.Võime kasutada uusi tehnoloogiaid energiatarbimise vähendamiseks (tavaliselt pole see tasuta, nii et peavad olema mõned konkurentsieelised, millest kliendid hoolivad)
Suurte komponentide üks eeliseid on kiirgusvastane materjal.Pisikesed 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 kiibid võimalikud.
Võib-olla soovite kontrollida oma matemaatikat, arvutades välja pakendamise muudatustest ja vähendatud tsüklitest (1/sagedus) tingitud levimisviivituse erinevuse. See tähendab, et vähendada fraktsioonide viivitust/perioodi. Avastate, et see ei ilmu isegi kui ümardustegur.
Üks asi, mida tahan lisada, on see, et paljusid IC-sid, eriti vanemaid konstruktsioone ja analoogkiipe, ei vähendata, vähemalt sisemiselt. Automatiseeritud tootmise täiustamise tõttu on paketid muutunud väiksemaks, kuid see on tingitud sellest, et DIP-pakettidel on tavaliselt palju ruumi alles jäänud, mitte sellepärast, et transistorid vms on väiksemaks jäänud.
Lisaks probleemile muuta robot piisavalt täpseks, et kiirete korjamis- ja asetamisrakenduste puhul ka pisikesi komponente tegelikult käsitseda, on veel üks probleem väikeste komponentide usaldusväärne keevitamine. Eriti kui vajate võimsuse/võimsuse nõuete tõttu siiski suuremaid komponente. spetsiaalne jootepasta, spetsiaalsed astmelise jootepasta mallid (kandke väike kogus jootepastat, kui vaja, kuid tagage siiski piisavalt jootepastat suurte komponentide jaoks) hakkasid muutuma väga kalliks. Nii et ma arvan, et seal on platoo ja ahela edasine miniaturiseerimine plaadi tase 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 garaažist mõned varased mobiiltelefonid. Enamik IC-sid on läbiva auguga. Äratuntav protsessor ja NE570 kompander, suur korduvkasutatav IC.
Siis jõudsin mõne uuendatud pihutelefoni juurde. Komponente on väga vähe ja peaaegu mitte midagi tuttavat.Väikese arvu IC-de puhul pole mitte ainult tihedus suurem, vaid kasutusele võetakse ka uus disain (vt SDR), mis välistab enamiku diskreetsed komponendid, 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.
Aastate jooksul hindan kindlasti 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 ülekandeliinide efektid, levimisviivitus.Iga lõikamise prototüüpimine. Ääretehnoloogiat on kõige parem kulutada kujunduse õigele lõpuleviimisele, selle asemel, et laboris muudatusi teha.
Hobikaupade osas hindamine. Ringplaadid 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 konverteerinud mõningaid kujundusi läbivatest avadest SMD-ks. Valmistage odavamaid tooteid, kuid prototüüpe käsitsi ehitada pole lõbus. Üks väike viga: "paralleelset kohta" tuleks lugeda kui "paralleelplaati".
Ei. Pärast süsteemi võitu on arheoloogid selle leidudest endiselt segaduses. Kes teab, võib-olla võtab planeetide liit 23. sajandil kasutusele uue süsteemi…
Ma ei saanud rohkem nõus olla. Mis on 0603 suurus? Muidugi ei ole 0603 imperiaalse suurusena hoidmine ja 0603 mõõdiku suuruseks 0604 (või 0602) "nimetamine" nii keeruline, isegi kui see võib olla tehniliselt vale (st: tegelik sobiv suurus – mitte nii) igatahes.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."