naujienos

Galbūt po Ohmo dėsnio antrasis garsiausias elektronikos dėsnis yra Moore'o dėsnis: tranzistorių, kuriuos galima pagaminti naudojant integrinę grandinę, skaičius padvigubėja kas dvejus metus. Kadangi fizinis lusto dydis išlieka maždaug toks pat, tai reiškia, kad atskiri tranzistoriai laikui bėgant mažės. Pradėjome tikėtis, kad naujos kartos lustai su mažesnių funkcijų dydžiais pasirodys įprastu greičiu, bet kokia prasmė viską sumažinti? Ar mažesnis visada reiškia geriau?
Per pastarąjį šimtmetį elektroninė inžinerija padarė didžiulę pažangą. 1920-aisiais pažangiausius AM radijo imtuvus sudarė keli vakuuminiai vamzdžiai, keli didžiuliai induktoriai, kondensatoriai ir rezistoriai, dešimtys metrų laidų, naudojamų kaip antenos, ir didelis baterijų rinkinys visam įrenginiui maitinti. Šiandien kišenėje esančiame įrenginyje galite klausytis daugiau nei dešimties muzikos srautinio perdavimo paslaugų ir padaryti daugiau. Tačiau miniatiūrizavimas skirtas ne tik nešiojamumui: tai būtina norint pasiekti tokį našumą, kokio šiandien tikimės iš savo įrenginių.
Akivaizdus mažesnių komponentų pranašumas yra tas, kad jie leidžia į tą patį garsą įtraukti daugiau funkcijų. Tai ypač svarbu skaitmeninėms grandinėms: daugiau komponentų reiškia, kad per tą patį laiką galite atlikti daugiau apdorojimo. Pavyzdžiui, teoriškai 64 bitų procesoriaus apdorojamos informacijos kiekis aštuonis kartus viršija 8 bitų procesoriaus, veikiančio tuo pačiu laikrodžio dažniu, kiekį. Tačiau tam reikia ir aštuonis kartus daugiau komponentų: registrai, sumatoriai, magistralės ir kt. yra aštuonis kartus didesni. Taigi jums reikia arba aštuonis kartus didesnio lusto, arba aštuonis kartus mažesnio tranzistoriaus.
Tas pats pasakytina ir apie atminties lustus: gamindami mažesnius tranzistorius, turėsite daugiau vietos tame pačiame tūryje. Daugumos ekranų pikseliai šiandien yra pagaminti iš plonos plėvelės tranzistorių, todėl tikslinga juos sumažinti ir pasiekti didesnę skiriamąją gebą. Tačiau kuo mažesnis tranzistorius, tuo geriau, ir yra dar viena esminė priežastis: jų veikimas labai pagerėja. Bet kodėl būtent?
Kai padarysite tranzistorių, jis nemokamai suteiks papildomų komponentų. Kiekvienas terminalas turi nuosekliai sujungtą rezistorių. Bet kuris objektas, turintis srovę, taip pat turi savaiminę induktyvumą. Galiausiai tarp bet kurių dviejų vienas prieš kitą nukreiptų laidininkų yra talpa. Visi šie efektai sunaudoja energiją ir sulėtina tranzistoriaus greitį. Parazitinės talpos yra ypač varginančios: tranzistorius reikia įkrauti ir iškrauti kiekvieną kartą juos įjungiant arba išjungiant, o tam reikia laiko ir srovės iš maitinimo šaltinio.
Talpa tarp dviejų laidininkų priklauso nuo jų fizinio dydžio: mažesnis dydis reiškia mažesnę talpą. Ir kadangi mažesni kondensatoriai reiškia didesnį greitį ir mažesnę galią, mažesni tranzistoriai gali veikti didesniu laikrodžio dažniu ir išsklaidyti mažiau šilumos.
Sumažėjus tranzistorių dydžiui, keičiasi ne tik talpa: yra daug keistų kvantinių mechaninių efektų, kurie nėra akivaizdūs didesniems įrenginiams. Tačiau paprastai, sumažinus tranzistorius, jie bus greitesni. Tačiau elektroniniai gaminiai yra daugiau nei tik tranzistoriai. Kai sumažinate kitų komponentų mastą, kaip jie veikia?
Paprastai tariant, pasyvūs komponentai, tokie kaip rezistoriai, kondensatoriai ir induktoriai, nepagerės, kai sumažės: daugeliu atžvilgių jie pablogės. Todėl šių komponentų miniatiūrizavimas daugiausia skirtas tam, kad juos būtų galima suspausti į mažesnį tūrį ir taip sutaupyti vietos PCB.
Rezistoriaus dydį galima sumažinti nesukeliant per daug nuostolių. Medžiagos gabalo varža apskaičiuojama iš kur l yra ilgis, A yra skerspjūvio plotas, o ρ yra medžiagos savitoji varža. Galite tiesiog sumažinti ilgį ir skerspjūvį ir gauti fiziškai mažesnį rezistorių, bet vis tiek turi tą patį pasipriešinimą. Vienintelis trūkumas yra tas, kad išsklaidydami tą pačią galią, fiziškai mažesni rezistoriai generuos daugiau šilumos nei didesni rezistoriai. Todėl maži rezistoriai gali būti naudojami tik mažos galios grandinėse. Šioje lentelėje parodyta, kaip mažėjant jų dydžiui mažėja maksimali SMD rezistorių galia.
Šiandien mažiausias rezistorius, kurį galite nusipirkti, yra metrinis 03015 dydis (0,3 mm x 0,15 mm). Jų vardinė galia yra tik 20 mW ir naudojami tik grandinėse, kurios išsklaido labai mažai galios ir yra labai riboto dydžio. Buvo išleistas mažesnis metrinis 0201 paketas (0,2 mm x 0,1 mm), bet dar nebuvo pradėtas gaminti. Tačiau net jei jie atsiras gamintojo kataloge, nesitikėkite, kad jų bus visur: dauguma rinkimo ir vietos robotų nėra pakankamai tikslūs, kad galėtų juos valdyti, todėl jie vis tiek gali būti nišiniai produktai.
Kondensatorius taip pat galima sumažinti, tačiau tai sumažins jų talpą. Šunto kondensatoriaus talpos apskaičiavimo formulė yra tokia, kad A yra plokštės plotas, d yra atstumas tarp jų, o ε yra dielektrinė konstanta (tarpinės medžiagos savybė). Jei kondensatorius (iš esmės plokščias įrenginys) yra miniatiūrinis, plotas turi būti sumažintas, taip sumažinant talpą. Jei vis tiek norite supakuoti daug nafaros nedideliame tūryje, vienintelė galimybė yra sukrauti kelis sluoksnius. Dėl medžiagų ir gamybos pažangos, dėl kurių taip pat buvo galima sukurti plonas plėveles (mažas d) ir specialius dielektrikus (su didesniu ε), per pastaruosius kelis dešimtmečius kondensatorių dydis labai sumažėjo.
Mažiausias šiandien prieinamas kondensatorius yra itin mažoje metrinėje 0201 pakuotėje: tik 0,25 mm x 0,125 mm. Jų talpa ribojama iki vis dar naudingų 100 nF, o maksimali darbinė įtampa yra 6,3 V. Be to, šie paketai yra labai maži ir jiems reikia pažangios įrangos, o tai riboja platų jų naudojimą.
Induktorių atveju istorija yra šiek tiek sudėtinga. Tiesios ritės induktyvumas apskaičiuojamas taip, kad kur N yra apsisukimų skaičius, A yra ritės skerspjūvio plotas, l yra jos ilgis, o μ yra medžiagos konstanta (pralaidumas). Jei visi matmenys bus sumažinti per pusę, induktyvumas taip pat sumažės per pusę. Tačiau laido varža išlieka tokia pati: taip yra todėl, kad laido ilgis ir skerspjūvis sumažėja iki ketvirtadalio pradinės vertės. Tai reiškia, kad pusės induktyvumo varža bus tokia pati, taigi perpus sumažinsite ritės kokybės (Q) koeficientą.
Mažiausias komercinis diskretinis induktorius yra 01005 colio dydžio (0,4 mm x 0,2 mm). Tai yra net 56 nH, o jų varža yra keli omai. Itin mažo metrinio 0201 paketo induktoriai buvo išleisti 2014 m., tačiau, matyt, jie niekada nebuvo pristatyti rinkai.
Fiziniai induktorių apribojimai buvo išspręsti naudojant reiškinį, vadinamą dinamine induktyvumu, kurį galima pastebėti iš grafeno pagamintose ritėse. Tačiau net ir tokiu atveju, jei jis gali būti pagamintas komerciškai perspektyviu būdu, jis gali padidėti 50%. Galiausiai ritė negali būti gerai miniatiūrizuota. Tačiau jei jūsų grandinė veikia aukštais dažniais, tai nebūtinai yra problema. Jei jūsų signalas yra GHz diapazone, paprastai pakanka kelių nH ritių.
Tai atveda mus prie kito dalyko, kuris buvo miniatiūrinis praėjusį šimtmetį, bet jūs galite to nepastebėti iš karto: bangos ilgis, kurį naudojame bendravimui. Ankstyvosiose radijo laidose buvo naudojamas maždaug 1 MHz vidutinės bangos AM dažnis, kurio bangos ilgis buvo apie 300 metrų. FM dažnių juosta, kurios centre yra 100 MHz arba 3 metrai, išpopuliarėjo maždaug septintajame dešimtmetyje, o šiandien daugiausia naudojame 4G ryšį maždaug 1 arba 2 GHz (apie 20 cm). Aukštesni dažniai reiškia didesnį informacijos perdavimo pajėgumą. Būtent dėl ​​miniatiūrizacijos turime pigius, patikimus ir energiją taupančius radijo imtuvus, veikiančius šiais dažniais.
Mažėjantys bangos ilgiai gali susitraukti antenas, nes jų dydis yra tiesiogiai susijęs su dažniu, kurio joms reikia perduoti ar priimti. Šiuolaikiniams mobiliesiems telefonams nereikia ilgų išsikišusių antenų, nes jiems reikalingas ryšys GHz dažniais, kuriems antenos ilgis tereikia maždaug vieno centimetro. Štai kodėl daugumoje mobiliųjų telefonų, kuriuose vis dar yra FM imtuvų, prieš naudojant reikia prijungti ausines: radijas turi naudoti ausinių laidą kaip anteną, kad iš tų vieno metro ilgio bangų gautų pakankamai stipraus signalo.
Kalbant apie grandines, prijungtas prie mūsų miniatiūrinių antenų, kai jos yra mažesnės, jas iš tikrųjų padaryti lengviau. Taip yra ne tik dėl to, kad tranzistoriai tapo greitesni, bet ir dėl to, kad perdavimo linijos efektai nebėra problema. Trumpai tariant, kai laido ilgis viršija vieną dešimtąją bangos ilgio, projektuodami grandinę turite atsižvelgti į fazės poslinkį išilgai jo ilgio. Esant 2,4 GHz dažniui, tai reiškia, kad tik vienas centimetras laido paveikė jūsų grandinę; jei lituojate atskirus komponentus kartu, tai yra galvos skausmas, bet jei išdėstysite grandinę ant kelių kvadratinių milimetrų, tai nėra problema.
Moore'o dėsnio žlugimo numatymas arba vėl ir vėl parodymas, kad šios prognozės klaidingos, tapo nuolatine mokslo ir technologijų žurnalistikos tema. Faktas yra tas, kad „Intel“, „Samsung“ ir TSMC, trys konkurentai, kurie vis dar yra žaidimo priešakyje, ir toliau glaudina daugiau funkcijų vienam kvadratiniam mikrometrui ir ateityje planuoja pristatyti kelias patobulintų lustų kartas. Nors pažanga, kurią jie padarė kiekviename žingsnyje, gali būti ne tokia didelė kaip prieš du dešimtmečius, tranzistorių miniatiūrizavimas tęsiasi.
Tačiau atrodo, kad atskirų komponentų atveju pasiekėme natūralią ribą: jų sumažinimas nepagerina jų veikimo, o mažiausi šiuo metu prieinami komponentai yra mažesni, nei reikalauja dauguma naudojimo atvejų. Atrodo, kad nėra Moore'o dėsnio, skirto atskiriems įrenginiams, bet jei yra Moore'o dėsnis, norėtume pamatyti, kiek vienas žmogus gali įveikti SMD litavimo iššūkį.
Visada norėjau nufotografuoti PTH rezistorių, kurį naudojau aštuntajame dešimtmetyje, ir įdėti į jį SMD rezistorių, kaip ir dabar keičiau/išjungiu. Mano tikslas, kad mano broliai ir seserys (nė vienas iš jų nėra elektronikos gaminiai) kiek pasikeistų, įskaitant, kad galėčiau net matyti savo darbo dalis (blogėjant regėjimui, rankos dreba).
Man patinka sakyti, tai kartu ar ne. Aš tikrai nekenčiu „tobulėk, tobulėk“. Kartais jūsų išdėstymas veikia gerai, bet nebegalite gauti dalių. Kas tai per velnias? . Gera koncepcija yra gera koncepcija, ir geriau ją išlaikyti tokią, kokia yra, o ne tobulinti be jokios priežasties. Gantas
„Trys bendrovės „Intel“, „Samsung“ ir TSMC vis dar konkuruoja šio žaidimo priešakyje, nuolat išspausdamos daugiau funkcijų vienam kvadratiniam mikrometrui.
Elektroniniai komponentai yra dideli ir brangūs. 1971 metais vidutinė šeima turėjo tik kelis radijo imtuvus, stereo aparatūrą ir televizorių. Iki 1976 m. pasirodė kompiuteriai, skaičiuotuvai, skaitmeniniai laikrodžiai, kurie buvo maži ir nebrangūs vartotojams.
Tam tikras miniatiūrizavimas atsiranda dėl dizaino. Operaciniai stiprintuvai leidžia naudoti giratorius, kurie kai kuriais atvejais gali pakeisti didelius induktorius. Aktyvūs filtrai taip pat pašalina induktorius.
Didesni komponentai skatina kitus dalykus: grandinės sumažinimą, ty bandymą naudoti kuo mažiau komponentų, kad grandinė veiktų. Šiandien mums ne taip rūpi. Reikia ko nors signalui pakeisti? Paimkite operacinį stiprintuvą. Ar jums reikia valstybinės mašinos? Paimk mpu. ir tt Komponentai šiandien yra tikrai maži, tačiau viduje yra daug komponentų. Taigi iš esmės jūsų grandinės dydis didėja ir energijos suvartojimas didėja. Tranzistorius, naudojamas signalui invertuoti, tam pačiam darbui atlikti sunaudoja mažiau energijos nei operacinis stiprintuvas. Bet vėlgi, miniatiūrizavimas pasirūpins galios panaudojimu. Tiesiog naujovės pasuko kita linkme.
Jūs tikrai praleidote keletą didžiausių sumažinto dydžio privalumų / priežasčių: sumažėjęs pakuotės parazitų kiekis ir didesnis galios valdymas (kas atrodo priešinga).
Praktiniu požiūriu, kai funkcijos dydis pasieks apie 0,25u, pasieksite GHz lygį, tuo metu didelis SOP paketas pradeda duoti didžiausią* efektą. Ilgi laidai ir tie laidai galiausiai jus nužudys.
Šiuo metu QFN/BGA paketų našumas labai pagerėjo. Be to, kai taip sumontuojate pakuotę plokščiai, gaunama *žymiai* geresnė šiluminė charakteristika ir atviros trinkelės.
Be to, „Intel“, „Samsung“ ir TSMC tikrai vaidins svarbų vaidmenį, tačiau ASML šiame sąraše gali būti daug svarbesnis. Žinoma, tai gali būti netaikoma pasyviam balsui…
Tai ne tik silicio sąnaudų mažinimas naudojant naujos kartos proceso mazgus. Kiti daiktai, pavyzdžiui, krepšiai. Mažesnėms pakuotėms reikia mažiau medžiagų ir wcsp ar net mažiau. Mažesnės pakuotės, mažesnės PCB arba moduliai ir kt.
Dažnai matau kai kuriuos kataloginius produktus, kuriuose vienintelis varomasis veiksnys yra išlaidų mažinimas. MHz / atminties dydis yra toks pat, SOC funkcija ir kontaktų išdėstymas yra vienodi. Galime naudoti naujas technologijas, kad sumažintume energijos suvartojimą (paprastai tai nėra nemokama, todėl turi būti tam tikrų konkurencinių pranašumų, kurie rūpi klientams)
Vienas iš didelių komponentų privalumų yra antiradiacinė medžiaga. Šioje svarbioje situacijoje mažyčiai tranzistoriai yra jautresni kosminių spindulių poveikiui. Pavyzdžiui, kosmose ir net didelio aukščio observatorijose.
Nemačiau pagrindinės priežasties, kodėl reikia padidinti greitį. Signalo greitis yra maždaug 8 coliai per nanosekundę. Taigi tik sumažinus dydį, įmanomi greitesni lustai.
Galbūt norėsite patikrinti savo matematiką apskaičiuodami sklidimo delsos skirtumą dėl pakuočių pakeitimų ir sumažintų ciklų (1/dažnis). Tai yra, siekiant sumažinti frakcijų vėlavimą / laikotarpį. Pamatysite, kad jis net nerodomas kaip apvalinimo veiksnys.
Vienas dalykas, kurį noriu pridurti, yra tai, kad daugelis IC, ypač senesnio dizaino ir analoginių lustų, iš tikrųjų nėra sumažinti, bent jau viduje. Dėl automatizuotos gamybos patobulinimų paketai tapo mažesni, bet taip yra todėl, kad DIP paketuose paprastai lieka daug vietos, o ne dėl to, kad tranzistoriai ir pan. sumažėjo.
Be problemos, kad robotas būtų pakankamai tikslus, kad iš tikrųjų galėtų valdyti mažyčius komponentus didelės spartos paėmimo ir paėmimo įrenginiuose, kita problema yra patikimas mažų komponentų suvirinimas. Ypač tada, kai dėl galios / talpos reikalavimų vis tiek reikia didesnių komponentų. Naudojant specialią litavimo pastą, pradėjo labai brangti specialūs pakopinio litavimo pastos šablonai (užtepkite nedidelį kiekį litavimo pastos ten, kur reikia, bet vis tiek aprūpinkite pakankamai litavimo pastos dideliems komponentams). Taigi manau, kad yra plokščiakalnis, o tolesnis miniatiūrizavimas plokštės lygiu yra tik brangus ir įmanomas būdas. Šiuo metu taip pat galite atlikti daugiau integracijos silicio plokštelių lygiu ir supaprastinti atskirų komponentų skaičių iki absoliutaus minimumo.
Tai pamatysite savo telefone. Maždaug 1995 m. aš nusipirkau keletą ankstyvųjų mobiliųjų telefonų iš garažo pardavimų už kelis dolerius. Dauguma IC yra per skylę. Atpažįstamas centrinis procesorius ir NE570 kompensatorius, didelė daugkartinio naudojimo IC.
Tada gavau keletą atnaujintų delninių telefonų. Yra labai mažai komponentų ir beveik nieko nėra pažįstamo. Nedaugelyje IC ne tik didesnis tankis, bet ir priimtas naujas dizainas (žr. SDR), kuris pašalina daugumą atskirų komponentų, kurie anksčiau buvo būtini.
> (Užtepkite nedidelį kiekį litavimo pastos, kur reikia, bet vis tiek pateikite pakankamai litavimo pastos dideliems komponentams)
Ei, aš įsivaizdavau „3D/Wave“ šabloną, kad išspręstų šią problemą: plonesnis ten, kur yra mažiausi komponentai, ir storesnis ten, kur yra maitinimo grandinė.
Šiais laikais SMT komponentai yra labai maži, galite naudoti tikrus atskirus komponentus (ne 74xx ir kitas šiukšles), kad sukurtumėte savo CPU ir atsispausdintumėte jį ant PCB. Pabarstykite jį LED, pamatysite, kaip jis veikia realiu laiku.
Bėgant metams aš tikrai vertinu spartų sudėtingų ir mažų komponentų vystymąsi. Jie suteikia didžiulę pažangą, tačiau tuo pat metu jie prideda naują sudėtingumo lygį kartotiniam prototipų kūrimo procesui.
Analoginių grandinių reguliavimo ir modeliavimo greitis yra daug didesnis nei tai, ką darote laboratorijoje. Didėjant skaitmeninių grandinių dažniui, PCB tampa agregato dalimi. Pavyzdžiui, perdavimo linijos efektai, sklidimo vėlavimas. Kuriant bet kokios pažangiausios technologijos prototipą geriausia tinkamai užbaigti projektą, o ne koreguoti laboratorijoje.
Kalbant apie pomėgius, vertinimas. Grandinių plokštės ir moduliai yra susitraukiančių komponentų ir išankstinio modulių testavimo sprendimas.
Dėl to viskas gali prarasti „įdomumą“, bet manau, kad pirmą kartą pradėti įgyvendinti projektą gali būti prasmingiau dėl darbo ar pomėgių.
Aš konvertavau kai kuriuos dizainus iš skylių į SMD. Gaminti pigesnius gaminius, bet prototipus kurti rankomis nesmagu. Viena maža klaida: „lygiagreti vieta“ turėtų būti skaitoma kaip „lygiagreti plokštė“.
Ne. Kai sistema laimės, archeologai vis tiek bus sumišę dėl jos radinių. Kas žino, galbūt 23 amžiuje Planetų aljansas priims naują sistemą…
Daugiau sutikti negalėjau. Koks yra 0603 dydis? Žinoma, išlaikyti 0603 kaip imperinį dydį ir „pašaukti“ 0603 metrinį dydį 0604 (arba 0602) nėra taip sunku, net jei jis gali būti techniškai neteisingas (ty: tikrasis atitikimo dydis – ne taip). Griežtas), bet bent jau visi žinos, apie kokią technologiją kalbate (metrinė/imperinė)!
„Paprastai kalbant, pasyvūs komponentai, tokie kaip rezistoriai, kondensatoriai ir induktoriai, nepagerės, jei juos sumažinsite.