yangiliklar

Ehtimol, Om qonunidan keyin elektronikada ikkinchi eng mashhur qonun Mur qonunidir: integral mikrosxemada ishlab chiqarilishi mumkin bo'lgan tranzistorlar soni har ikki yilda ikki baravar ko'payadi. Chipning jismoniy o'lchami taxminan bir xil bo'lib qolganligi sababli, bu individual tranzistorlar vaqt o'tishi bilan kichikroq bo'lishini anglatadi. Biz kichikroq xususiyat o'lchamlariga ega yangi avlod chiplari normal tezlikda paydo bo'lishini kutishni boshladik, ammo narsalarni kichikroq qilishning nima keragi bor? Kichikroq har doim yaxshiroq degani?
O'tgan asrda elektron muhandislik juda katta yutuqlarga erishdi. 1920-yillarda eng ilg'or AM radiostantsiyalari bir nechta vakuum naychalari, bir nechta ulkan induktorlar, kondensatorlar va rezistorlar, antenna sifatida ishlatiladigan o'nlab metr simlar va butun qurilmani quvvatlantirish uchun katta batareyalar to'plamidan iborat edi. Bugun siz cho'ntagingizdagi qurilmangizda o'ndan ortiq musiqa striming xizmatlarini tinglashingiz va ko'proq narsani qilishingiz mumkin. Ammo miniatyura faqat ko'chma uchun emas: bugungi kunda qurilmalarimizdan kutgan ishlashga erishish uchun mutlaqo zarur.
Kichikroq komponentlarning aniq afzalliklaridan biri shundaki, ular bir xil hajmda ko'proq funksionallikni qo'shishga imkon beradi. Bu, ayniqsa, raqamli sxemalar uchun juda muhim: ko'proq komponentlar bir xil vaqt ichida ko'proq ishlov berishingiz mumkinligini anglatadi. Misol uchun, nazariy jihatdan, 64-bitli protsessor tomonidan qayta ishlangan axborot miqdori bir xil chastotada ishlaydigan 8-bitli protsessordan sakkiz baravar ko'p. Ammo buning uchun sakkiz barobar ko'p komponentlar kerak bo'ladi: registrlar, yig'uvchilar, avtobuslar va boshqalar sakkiz baravar katta. Shunday qilib, sizga sakkiz marta kattaroq chip kerak yoki sakkiz marta kichikroq tranzistor kerak.
Xotira chiplari uchun ham xuddi shunday: kichikroq tranzistorlar qilish orqali siz bir xil hajmda ko'proq saqlash joyiga ega bo'lasiz. Bugungi kunda aksariyat displeylardagi piksellar yupqa plyonkali tranzistorlardan iborat, shuning uchun ularni kichraytirish va yuqori aniqlikka erishish mantiqan. Biroq, tranzistor qanchalik kichik bo'lsa, shuncha yaxshi va yana bir muhim sabab bor: ularning ishlashi sezilarli darajada yaxshilanadi. Lekin nima uchun aynan?
Har safar tranzistor yasasangiz, u ba'zi qo'shimcha komponentlarni bepul taqdim etadi. Har bir terminalda ketma-ket rezistor mavjud. Oqim o'tkazadigan har qanday ob'ekt ham o'z-o'zidan induktivlikka ega. Nihoyat, bir-biriga qaragan har qanday ikkita o'tkazgich o'rtasida sig'im mavjud. Bu effektlarning barchasi quvvat sarflaydi va tranzistor tezligini pasaytiradi. Parazit sig'imlar ayniqsa muammoli: tranzistorlar har safar yoqilganda yoki o'chirilganda zaryadlanishi va zaryadsizlanishi kerak, bu esa elektr ta'minotidan vaqt va oqim talab qiladi.
Ikki o'tkazgich orasidagi sig'im ularning jismoniy hajmiga bog'liq: kichikroq o'lcham kichikroq sig'im degan ma'noni anglatadi. Kichikroq kondansatörler yuqori tezlik va past quvvatni anglatgani sababli, kichikroq tranzistorlar yuqori soat chastotalarida ishlaydi va bunda kamroq issiqlikni tarqatadi.
Transistorlar hajmini kichraytirganda, sig'im o'zgarib turadigan yagona ta'sir emas: ko'plab g'alati kvant mexanik effektlari mavjud, ular kattaroq qurilmalar uchun aniq emas. Biroq, umuman olganda, tranzistorlarni kichikroq qilish ularni tezroq qiladi. Ammo elektron mahsulotlar faqat tranzistorlar emas. Boshqa komponentlarni kichraytirsangiz, ular qanday ishlaydi?
Umuman olganda, rezistorlar, kondansatörler va induktorlar kabi passiv komponentlar kichikroq bo'lganda yaxshilanmaydi: ko'p jihatdan ular yomonlashadi. Shu sababli, ushbu komponentlarni miniatyura qilish, asosan, ularni kichikroq hajmga siqib chiqarish va shu bilan tenglikni bo'sh joyni tejashdir.
Rezistorning kattaligi juda ko'p yo'qotishlarga olib kelmasdan qisqartirilishi mumkin. Materialning bir qismining qarshiligi quyidagicha ifodalanadi, bu erda l - uzunlik, A - kesma maydoni va r - materialning qarshiligi. Siz shunchaki uzunlik va kesimni qisqartirishingiz va jismoniy jihatdan kichikroq qarshilikka ega bo'lishingiz mumkin, ammo baribir bir xil qarshilikka ega. Yagona kamchilik shundaki, bir xil quvvatni tarqatishda jismoniy kichikroq rezistorlar kattaroq rezistorlarga qaraganda ko'proq issiqlik hosil qiladi. Shuning uchun kichik rezistorlar faqat kam quvvatli davrlarda qo'llanilishi mumkin. Ushbu jadval SMD rezistorlarining maksimal quvvat darajasi ularning o'lchamlari kamayishi bilan qanday kamayishini ko'rsatadi.
Bugungi kunda siz sotib olishingiz mumkin bo'lgan eng kichik qarshilik metrik 03015 o'lchamidir (0,3 mm x 0,15 mm). Ularning nominal quvvati atigi 20 mVtni tashkil qiladi va faqat juda kam quvvat sarflaydigan va o'lchami juda cheklangan sxemalar uchun ishlatiladi. Kichikroq metrik 0201 paketi (0,2 mm x 0,1 mm) chiqarildi, ammo hali ishlab chiqarishga kiritilmagan. Ammo ular ishlab chiqaruvchining katalogida paydo bo'lgan taqdirda ham, ular hamma joyda bo'lishini kutmang: ko'pchilik tanlash va joylashtirish robotlari ularni boshqarish uchun etarlicha aniq emas, shuning uchun ular hali ham o'ziga xos mahsulotlar bo'lishi mumkin.
Kondensatorlarni ham kichraytirish mumkin, ammo bu ularning sig'imini kamaytiradi. Shunt kondensatorining sig'imini hisoblash formulasi, bu erda A - taxtaning maydoni, d - ular orasidagi masofa va e - dielektrik o'tkazuvchanlik (oraliq materialning xususiyati). Agar kondansatör (asosan tekis qurilma) miniatyura qilingan bo'lsa, maydonni kamaytirish kerak, bu esa sig'imni kamaytiradi. Agar siz hali ham ko'p nafar nafarni kichik hajmda to'plashni istasangiz, yagona variant - bir nechta qatlamlarni bir joyga to'plash. Yupqa plyonkalar (kichik d) va maxsus dielektriklar (katta e bilan) bo'lgan materiallar va ishlab chiqarishdagi yutuqlar tufayli so'nggi bir necha o'n yilliklarda kondansatörlarning o'lchamlari sezilarli darajada qisqardi.
Bugungi kunda mavjud bo'lgan eng kichik kondansatör ultra-kichik metrik 0201 paketida: faqat 0,25 mm x 0,125 mm. Ularning sig'imi hali ham foydali 100 nF bilan cheklangan va maksimal ish kuchlanishi 6,3 V. Bundan tashqari, bu paketlar juda kichik va ularni boshqarish uchun ilg'or uskunalar talab qilinadi, bu ularning keng tarqalishini cheklaydi.
Induktorlar uchun hikoya biroz qiyin. To'g'ri g'altakning induktivligi quyidagicha ifodalanadi, bu erda N - burilishlar soni, A - g'altakning ko'ndalang kesimi maydoni, l - uning uzunligi va m - materialning doimiyligi (o'tkazuvchanlik). Agar barcha o'lchamlar yarmiga kamaytirilsa, indüktans ham yarmiga kamayadi. Biroq, simning qarshiligi bir xil bo'lib qoladi: bu simning uzunligi va kesimi asl qiymatining to'rtdan biriga qisqarganligi sababli. Bu shuni anglatadiki, siz indüktansning yarmida bir xil qarshilikka ega bo'lasiz, shuning uchun siz lasanning sifat (Q) omilini ikki baravar kamaytirasiz.
Savdoda mavjud bo'lgan eng kichik diskret induktor 01005 dyuym o'lchamini (0,4 mm x 0,2 mm) qabul qiladi. Ular 56 nH gacha va bir necha ohm qarshilikka ega. Ultra-kichik metrik 0201 paketidagi induktorlar 2014 yilda chiqarilgan, ammo ular bozorga hech qachon kiritilmagan.
Induktorlarning jismoniy cheklovlari dinamik indüktans deb ataladigan hodisa yordamida hal qilindi, uni grafendan yasalgan bobinlarda kuzatish mumkin. Ammo shunga qaramay, agar uni tijorat maqsadlarida ishlab chiqarish mumkin bo'lsa, u 50% ga oshishi mumkin. Nihoyat, rulonni yaxshi miniatyura qilish mumkin emas. Biroq, agar sizning davringiz yuqori chastotalarda ishlayotgan bo'lsa, bu muammo bo'lishi shart emas. Agar sizning signalingiz gigagertsli diapazonda bo'lsa, odatda bir nechta nH bobinlari etarli.
Bu bizni o'tgan asrda kichiklashtirilgan yana bir narsaga olib keladi, lekin siz darhol sezmasligingiz mumkin: biz aloqa uchun foydalanadigan to'lqin uzunligi. Dastlabki radioeshittirishlarda to'lqin uzunligi taxminan 300 metr bo'lgan taxminan 1 MGts o'rta to'lqinli AM chastotasi ishlatilgan. 100 MGts yoki 3 metr markazlashtirilgan FM chastota diapazoni 1960-yillarda mashhur bo'ldi va bugungi kunda biz asosan 1 yoki 2 gigagertsli (taxminan 20 sm) 4G aloqasidan foydalanamiz. Yuqori chastotalar ko'proq ma'lumot uzatish qobiliyatini anglatadi. Kichkinalashtirish tufayli bizda ushbu chastotalarda ishlaydigan arzon, ishonchli va energiya tejaydigan radiolar mavjud.
To'lqin uzunliklarining qisqarishi antennalarni qisqartirishi mumkin, chunki ularning o'lchamlari uzatish yoki qabul qilish kerak bo'lgan chastotaga bevosita bog'liq. Bugungi mobil telefonlar gigagertsli chastotalarda maxsus aloqasi tufayli uzoq cho'zilgan antennalarga muhtoj emas, buning uchun antennaning uzunligi taxminan bir santimetr bo'lishi kerak. Shuning uchun hamon FM qabul qiluvchilarni o'z ichiga olgan mobil telefonlarning aksariyati foydalanishdan oldin naushniklarni ulashingizni talab qiladi: radio bir metr uzunlikdagi to'lqinlardan yetarlicha signal kuchini olish uchun eshitish vositasi simini antenna sifatida ishlatishi kerak.
Bizning miniatyura antennalarimizga ulangan sxemalarga kelsak, ular kichikroq bo'lganda, ularni yaratish osonroq bo'ladi. Bu nafaqat tranzistorlar tezlashgani, balki uzatish liniyalarining ta'siri endi muammo emas. Muxtasar qilib aytganda, simning uzunligi to'lqin uzunligining o'ndan biridan oshib ketganda, sxemani loyihalashda uning uzunligi bo'ylab faza almashinuvini hisobga olishingiz kerak. 2,4 gigagertsli chastotada bu sizning kontaktlarning zanglashiga faqat bir santimetr sim ta'sir qilganligini anglatadi; agar siz diskret komponentlarni bir-biriga lehim qilsangiz, bu bosh og'rig'i, lekin agar siz sxemani bir necha kvadrat millimetrga qo'ysangiz, bu muammo emas.
Mur qonunining yo'q bo'lishini bashorat qilish yoki bu bashoratlarning qayta-qayta noto'g'ri ekanligini ko'rsatish fan va texnologiya jurnalistikasida takrorlanadigan mavzuga aylandi. Gap shundaki, Intel, Samsung va TSMC, uch raqobatchilar, hali ham o'yinning oldingi saflarida bo'lib, har kvadrat mikrometrga ko'proq xususiyatlarni siqishda davom etmoqdalar va kelajakda takomillashtirilgan chiplarning bir necha avlodini taqdim etishni rejalashtirmoqdalar. Har bir qadamda erishgan yutuqlari yigirma yil avvalgidek katta bo'lmasa ham, tranzistorlarni miniatyuralashtirish davom etmoqda.
Biroq, diskret komponentlar uchun biz tabiiy chegaraga yetganga o'xshaymiz: ularni kichraytirish ularning ish faoliyatini yaxshilamaydi va hozirda mavjud bo'lgan eng kichik komponentlar ko'p foydalanish holatlaridan kichikroqdir. Aftidan, diskret qurilmalar uchun Mur qonuni yo'q, lekin agar Mur qonuni mavjud bo'lsa, biz bir kishi SMD lehimlash muammosini qanchalik qiyinlashtirishi mumkinligini ko'rishni istardik.
Men har doim 1970-yillarda ishlatgan PTH rezistorini suratga olishni va unga SMD rezistorini qo'yishni xohlardim, xuddi hozir kirish/chiqish kabi. Maqsadim, aka-uka va opa-singillarimni (ularning hech biri elektron mahsulot emas) qanchalik o'zgartirish, shu jumladan, ishimning qismlarini ham ko'ra olishim (ko'zlarim yomonlashgani sayin, qo'llarim qaltiraydi).
Men aytishni yaxshi ko'raman, bu birgami yoki yo'qmi. Men, albatta, "yaxshilanish, yaxshilanish" dan nafratlanaman. Ba'zan sizning tartibingiz yaxshi ishlaydi, lekin siz endi qismlarni ololmaysiz. Bu nima jinni? . Yaxshi kontseptsiya - bu yaxshi tushuncha va uni hech qanday sababsiz takomillashtirishdan ko'ra, avvalgidek saqlab qolish yaxshiroqdir. Gantt
"Gap shundaki, Intel, Samsung va TSMC uchta kompaniya har bir kvadrat mikrometr uchun doimiy ravishda ko'proq xususiyatlarni siqib chiqarib, ushbu o'yinda oldingi saflarda raqobatlashmoqda"
Elektron komponentlar katta va qimmat. 1971 yilda o'rtacha oilada bir nechta radio, stereo va televizor bor edi. 1976 yilga kelib, iste'molchilar uchun kichik va arzon bo'lgan kompyuterlar, kalkulyatorlar, raqamli soatlar va soatlar chiqdi.
Ba'zi miniatyura dizayndan kelib chiqadi. Operatsion kuchaytirgichlar gyratorlardan foydalanishga imkon beradi, ular ba'zi hollarda katta induktorlarni almashtirishi mumkin. Faol filtrlar induktorlarni ham yo'q qiladi.
Kattaroq komponentlar boshqa narsalarni rag'batlantiradi: kontaktlarning zanglashiga olib keladigan minimallashtirish, ya'ni kontaktlarning zanglashiga olib kelishi uchun eng kam komponentlardan foydalanishga urinish. Bugun biz unchalik ahamiyat bermaymiz. Signalni qaytarish uchun biror narsa kerakmi? Operatsion kuchaytirgichni oling. Sizga davlat mashinasi kerakmi? Mpu oling. va hokazo. Bugungi kunda komponentlar haqiqatan ham kichik, lekin aslida juda ko'p komponentlar mavjud. Shunday qilib, asosan, sizning davringiz hajmi ortadi va quvvat sarfi ortadi. Signalni invertatsiya qilish uchun ishlatiladigan tranzistor bir xil ishni bajarish uchun operatsion kuchaytirgichga qaraganda kamroq quvvat sarflaydi. Ammo keyin yana miniaturizatsiya kuchdan foydalanishga g'amxo'rlik qiladi. Shunchaki, innovatsiyalar boshqa yo‘nalishda ketgan.
Siz haqiqatan ham o'lchamning kichrayishining eng katta afzalliklari/sabablarini o'tkazib yubordingiz: paket parazitlarining kamayishi va quvvat bilan ishlashning kuchayishi (bu qarama-qarshi ko'rinadi).
Amaliy nuqtai nazardan, xususiyat hajmi taxminan 0,25u ga yetgandan so'ng, siz GGts darajasiga erishasiz, bu vaqtda katta SOP to'plami eng katta* effektni ishlab chiqarishni boshlaydi. Uzoq ulanish simlari va bu simlar oxir-oqibat sizni o'ldiradi.
Hozirgi vaqtda QFN/BGA paketlari ishlash jihatidan ancha yaxshilandi. Bunga qo'shimcha ravishda, paketni shunday tekis o'rnatganingizda, siz * sezilarli darajada yaxshilangan issiqlik ko'rsatkichlariga va ochiq prokladkalarga ega bo'lasiz.
Bundan tashqari, Intel, Samsung va TSMC muhim rol o'ynaydi, ammo ASML bu ro'yxatda muhimroq bo'lishi mumkin. Albatta, bu passiv ovozga taalluqli bo'lmasligi mumkin...
Bu nafaqat yangi avlod texnologik tugunlari orqali kremniy xarajatlarini kamaytirish. Boshqa narsalar, masalan, sumkalar. Kichikroq paketlar kamroq materiallar va wcsp yoki hatto kamroq talab qiladi. Kichikroq paketlar, kichikroq tenglikni yoki modullar va boshqalar.
Men tez-tez ba'zi katalog mahsulotlarini ko'raman, bu erda yagona harakatlantiruvchi omil xarajatlarni kamaytirishdir. MGts/xotira hajmi bir xil, SOC funktsiyasi va pin joylashuvi bir xil. Biz energiya sarfini kamaytirish uchun yangi texnologiyalardan foydalanishimiz mumkin (odatda bu bepul emas, shuning uchun mijozlar e'tibor beradigan ba'zi raqobat afzalliklari bo'lishi kerak)
Katta komponentlarning afzalliklaridan biri bu radiatsiyaga qarshi materialdir. Kichkina tranzistorlar bu muhim vaziyatda kosmik nurlarning ta'siriga ko'proq moyil bo'ladi. Masalan, kosmosda va hatto baland balandlikdagi rasadxonalarda.
Tezlikni oshirishning asosiy sababini ko'rmadim. Signal tezligi nanosekundiga taxminan 8 dyuymni tashkil qiladi. Shunday qilib, faqat hajmini kamaytirish orqali, tezroq chips mumkin.
Siz o'zingizning matematikangizni qadoqlashdagi o'zgarishlar va qisqartirilgan davrlar (1/chastota) tufayli tarqalish kechikishidagi farqni hisoblash orqali tekshirishni xohlashingiz mumkin. Ya'ni fraksiyalarning kechikish/davrini qisqartirish. Siz hatto yaxlitlash omili sifatida ko'rinmasligini bilib olasiz.
Men qo'shmoqchi bo'lgan bir narsa shundaki, ko'plab IClar, ayniqsa eski dizaynlar va analog chiplar, hech bo'lmaganda, ichkarida qisqartirilmaydi. Avtomatlashtirilgan ishlab chiqarishni takomillashtirish tufayli paketlar kichrayib ketdi, lekin bu DIP paketlari odatda tranzistorlar va boshqalar kichrayib ketgani uchun emas, balki ichkarida juda ko'p bo'sh joy qolishi bilan bog'liq.
Robotni yuqori tezlikda tanlash va joylashtirish dasturlarida mayda komponentlarni boshqarish uchun etarlicha aniq qilish muammosiga qo'shimcha ravishda, yana bir muammo mayda komponentlarni ishonchli payvandlashdir. Ayniqsa, siz hali ham quvvat/sig'im talablari tufayli kattaroq komponentlarga muhtoj bo'lsangiz. Maxsus lehim pastasidan foydalangan holda, maxsus bosqichli lehim pastasi shablonlari (kerak bo'lganda oz miqdorda lehim pastasini qo'llang, lekin hali ham katta komponentlar uchun etarli lehim pastasini ta'minlang) juda qimmatga tusha boshladi. Shunday qilib, menimcha, plato bor va elektron platalar darajasida keyingi miniatyura faqat qimmat va amalga oshirilishi mumkin bo'lgan usuldir. Shu nuqtada, siz kremniy gofreti darajasida ko'proq integratsiyani amalga oshirishingiz va diskret komponentlar sonini mutlaq minimal darajaga soddalashtirishingiz mumkin.
Buni telefoningizda ko'rasiz. Taxminan 1995-yilda men garajdagi sotuvlarda har biri bir necha dollarga bir nechta erta uyali telefonlar sotib oldim. Aksariyat IClar teshikdan o'tadi. Taniqli protsessor va NE570 kompanderi, qayta ishlatilishi mumkin bo'lgan katta IC.
Keyin men yangilangan qo'l telefonlari bilan yakunlandim. Komponentlar juda oz va deyarli hech narsa tanish emas. Kichik miqdordagi IClarda nafaqat zichlik yuqori, balki yangi dizayn (SDR ga qarang) ham qabul qilinadi, bu ilgari ajralmas bo'lgan diskret komponentlarning ko'pini yo'q qiladi.
> (kerak bo'lganda oz miqdorda lehim pastasini qo'llang, lekin katta qismlarga etarli miqdorda lehim pastasini taqdim eting)
Hey, men ushbu muammoni hal qilish uchun "3D/to'lqin" shablonini tasavvur qildim: eng kichik komponentlar bo'lgan joyda nozikroq va quvvat zanjiri joylashgan joyda qalinroq.
Hozirgi vaqtda SMT komponentlari juda kichik, siz o'zingizning protsessoringizni loyihalash va uni PCBda chop etish uchun haqiqiy diskret komponentlardan (74xx va boshqa axlat emas) foydalanishingiz mumkin. Uni LED bilan seping, uni real vaqtda ishlashini ko'rishingiz mumkin.
Yillar davomida men murakkab va kichik komponentlarning jadal rivojlanishini albatta qadrlayman. Ular ulkan taraqqiyotni ta'minlaydilar, lekin ayni paytda prototiplashning iterativ jarayoniga yangi murakkablik darajasini qo'shadilar.
Analog sxemalarni sozlash va simulyatsiya tezligi siz laboratoriyada qilganingizdan ancha tezroq. Raqamli kontaktlarning zanglashiga olib borish chastotasi oshgani sayin, PCB yig'ilishning bir qismiga aylanadi. Masalan, uzatish liniyasi effektlari, tarqalish kechikishi. Har qanday ilg'or texnologiyaning prototipini yaratish laboratoriyada tuzatishlar kiritishdan ko'ra, dizaynni to'g'ri bajarishga sarflanadi.
Sevimli mashg'ulotlarga kelsak, baholash. Elektron platalar va modullar kichraytiruvchi komponentlar va oldindan sinov modullari uchun yechimdir.
Bu narsalarni "qiziq" ni yo'qotishi mumkin, lekin menimcha, loyihangizni birinchi marta ishga tushirish ish yoki sevimli mashg'ulotlar tufayli yanada mazmunli bo'lishi mumkin.
Men ba'zi dizaynlarni teshikdan SMDga aylantirdim. Arzonroq mahsulotlar tayyorlang, lekin prototiplarni qo'lda yasash qiziq emas. Bitta kichik xato: "parallel joy" "parallel plastinka" deb o'qilishi kerak.
Yo'q. Tizim g'alaba qozonganidan keyin ham arxeologlar uning topilmalari bilan dovdirab qoladilar. Kim biladi, balki 23-asrda Sayyoralar alyansi yangi tizimni qabul qiladi...
Men ko'proq rozi bo'lolmadim. 0603 o'lchami qanday? Albatta, 0603 ni imperator o'lchami sifatida saqlash va 0603 metrik o'lchamini 0604 (yoki 0602) "chaqirish" unchalik qiyin emas, garchi u texnik jihatdan noto'g'ri bo'lsa ham (ya'ni: haqiqiy mos keladigan o'lcham - bunday emas). Qattiq), lekin hech bo'lmaganda hamma siz qanday texnologiya haqida gapirayotganingizni biladi (metrik/imperial)!
"Umuman olganda, rezistorlar, kondensatorlar va induktorlar kabi passiv komponentlar, agar siz ularni kichikroq qilsangiz, yaxshilanmaydi."