berita

Mungkin selepas undang-undang Ohm, undang-undang kedua paling terkenal dalam elektronik ialah undang-undang Moore: Bilangan transistor yang boleh dihasilkan pada litar bersepadu berganda setiap dua tahun atau lebih. Oleh kerana saiz fizikal cip kekal lebih kurang sama, ini bermakna bahawa transistor individu akan menjadi lebih kecil dari semasa ke semasa. Kami telah mula menjangkakan generasi baharu cip dengan saiz ciri yang lebih kecil akan muncul pada kelajuan biasa, tetapi apa gunanya menjadikan perkara lebih kecil? Adakah lebih kecil selalu bermakna lebih baik?
Pada abad yang lalu, kejuruteraan elektronik telah mencapai kemajuan yang luar biasa. Pada tahun 1920-an, radio AM tercanggih terdiri daripada beberapa tiub vakum, beberapa induktor besar, kapasitor dan perintang, berpuluh-puluh meter wayar yang digunakan sebagai antena, dan satu set bateri yang besar untuk menggerakkan keseluruhan peranti. Hari ini, anda boleh Mendengar lebih daripada sedozen perkhidmatan penstriman muzik pada peranti di dalam poket anda dan anda boleh melakukan lebih banyak lagi. Tetapi pengecilan bukan hanya untuk kemudahalihan: ia amat diperlukan untuk mencapai prestasi yang kami harapkan daripada peranti kami hari ini.
Satu manfaat jelas komponen yang lebih kecil ialah ia membolehkan anda memasukkan lebih banyak fungsi dalam volum yang sama. Ini amat penting untuk litar digital: lebih banyak komponen bermakna anda boleh melakukan lebih banyak pemprosesan dalam jumlah masa yang sama. Sebagai contoh, secara teori, jumlah maklumat yang diproses oleh pemproses 64-bit adalah lapan kali ganda daripada CPU 8-bit yang berjalan pada frekuensi jam yang sama. Tetapi ia juga memerlukan lapan kali lebih banyak komponen: daftar, penambah, bas, dll. semuanya lapan kali lebih besar. Jadi anda sama ada memerlukan cip yang lapan kali lebih besar, atau anda memerlukan transistor yang lapan kali lebih kecil.
Perkara yang sama berlaku untuk cip memori: Dengan membuat transistor yang lebih kecil, anda mempunyai lebih banyak ruang storan dalam volum yang sama. Piksel dalam kebanyakan paparan hari ini diperbuat daripada transistor filem nipis, jadi wajar untuk mengurangkannya dan mencapai resolusi yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, lebih kecil transistor, lebih baik, dan terdapat satu lagi sebab penting: prestasi mereka bertambah baik. Tetapi kenapa sebenarnya?
Setiap kali anda membuat transistor, ia akan menyediakan beberapa komponen tambahan secara percuma. Setiap terminal mempunyai perintang secara bersiri. Mana-mana objek yang membawa arus juga mempunyai kearuhan sendiri. Akhirnya, terdapat kapasitansi antara mana-mana dua konduktor yang menghadap satu sama lain. Semua kesan ini menggunakan kuasa dan memperlahankan kelajuan transistor. Kapasiti parasit amat menyusahkan: transistor perlu dicas dan dinyahcas setiap kali ia dihidupkan atau dimatikan, yang memerlukan masa dan arus daripada bekalan kuasa.
Kapasiti antara dua konduktor adalah fungsi saiz fizikalnya: saiz yang lebih kecil bermakna kapasiti yang lebih kecil. Dan kerana kapasitor yang lebih kecil bermakna kelajuan yang lebih tinggi dan kuasa yang lebih rendah, transistor yang lebih kecil boleh berjalan pada frekuensi jam yang lebih tinggi dan menghilangkan haba yang lebih sedikit dalam berbuat demikian.
Semasa anda mengecilkan saiz transistor, kapasiti bukan satu-satunya kesan yang berubah: terdapat banyak kesan mekanikal kuantum yang pelik yang tidak jelas untuk peranti yang lebih besar. Walau bagaimanapun, secara amnya, menjadikan transistor lebih kecil akan menjadikannya lebih pantas. Tetapi produk elektronik lebih daripada sekadar transistor. Apabila anda mengecilkan komponen lain, bagaimana prestasinya?
Secara umumnya, komponen pasif seperti perintang, kapasitor dan induktor tidak akan menjadi lebih baik apabila ia menjadi lebih kecil: dalam banyak cara, ia akan menjadi lebih teruk. Oleh itu, pengecilan komponen ini adalah terutamanya untuk dapat memampatkannya ke dalam jumlah yang lebih kecil, dengan itu menjimatkan ruang PCB.
Saiz perintang boleh dikurangkan tanpa menyebabkan kehilangan terlalu banyak. Rintangan sekeping bahan diberikan oleh, dengan l ialah panjang, A ialah luas keratan rentas, dan ρ ialah kerintangan bahan. Anda hanya boleh mengurangkan panjang dan keratan rentas, dan berakhir dengan perintang fizikal yang lebih kecil, tetapi masih mempunyai rintangan yang sama. Satu-satunya kelemahan ialah apabila menghilangkan kuasa yang sama, perintang yang lebih kecil secara fizikal akan menghasilkan lebih banyak haba daripada perintang yang lebih besar. Oleh itu, perintang kecil hanya boleh digunakan dalam litar kuasa rendah. Jadual ini menunjukkan bagaimana penarafan kuasa maksimum perintang SMD berkurangan apabila saiznya berkurangan.
Hari ini, perintang terkecil yang boleh anda beli ialah saiz metrik 03015 (0.3 mm x 0.15 mm). Kuasa undian mereka hanya 20 mW dan hanya digunakan untuk litar yang menghilangkan kuasa yang sangat sedikit dan saiznya sangat terhad. Pakej metrik 0201 yang lebih kecil (0.2 mm x 0.1 mm) telah dikeluarkan, tetapi masih belum dimasukkan ke dalam pengeluaran. Tetapi walaupun ia muncul dalam katalog pengeluar, jangan harap ia berada di mana-mana: kebanyakan robot pilih dan tempat tidak cukup tepat untuk mengendalikannya, jadi ia mungkin masih merupakan produk khusus.
Kapasitor juga boleh dikecilkan, tetapi ini akan mengurangkan kapasitinya. Formula untuk mengira kapasitansi kapasitor shunt ialah, di mana A ialah luas papan, d ialah jarak antara mereka, dan ε ialah pemalar dielektrik (sifat bahan perantaraan). Jika kapasitor (pada asasnya peranti rata) dikecilkan, kawasan itu mesti dikurangkan, dengan itu mengurangkan kapasiti. Jika anda masih mahu membungkus banyak nafara dalam jumlah yang kecil, satu-satunya pilihan ialah menyusun beberapa lapisan bersama-sama. Disebabkan oleh kemajuan dalam bahan dan pembuatan, yang juga telah menghasilkan filem nipis (d kecil) dan dielektrik khas (dengan ε yang lebih besar) mungkin, saiz kapasitor telah mengecil dengan ketara dalam beberapa dekad yang lalu.
Kapasitor terkecil yang tersedia hari ini adalah dalam pakej metrik ultra-kecil 0201: hanya 0.25 mm x 0.125 mm. Kapasitinya terhad kepada 100 nF yang masih berguna, dan voltan operasi maksimum ialah 6.3 V. Selain itu, pakej ini sangat kecil dan memerlukan peralatan canggih untuk mengendalikannya, mengehadkan penggunaan meluasnya.
Untuk induktor, ceritanya agak rumit. Kearuhan gegelung lurus diberikan oleh, di mana N ialah bilangan lilitan, A ialah luas keratan rentas gegelung, l ialah panjangnya, dan μ ialah pemalar bahan (kebolehtelapan). Jika semua dimensi dikurangkan separuh, kearuhan juga akan dikurangkan separuh. Walau bagaimanapun, rintangan wayar tetap sama: ini kerana panjang dan keratan rentas wayar dikurangkan kepada satu perempat daripada nilai asalnya. Ini bermakna anda mempunyai rintangan yang sama pada separuh daripada induktansi, jadi anda mengurangkan separuh faktor kualiti (Q) gegelung.
Induktor diskret terkecil yang tersedia secara komersial menggunakan saiz inci 01005 (0.4 mm x 0.2 mm). Ini adalah setinggi 56 nH dan mempunyai rintangan beberapa ohm. Induktor dalam pakej ultra-kecil metrik 0201 telah dikeluarkan pada tahun 2014, tetapi nampaknya ia tidak pernah diperkenalkan ke pasaran.
Batasan fizikal induktor telah diselesaikan dengan menggunakan fenomena yang dipanggil kearuhan dinamik, yang boleh diperhatikan dalam gegelung yang diperbuat daripada graphene. Namun begitu, jika ia boleh dihasilkan dengan cara yang berdaya maju secara komersial, ia mungkin meningkat sebanyak 50%. Akhirnya, gegelung tidak boleh dikecilkan dengan baik. Walau bagaimanapun, jika litar anda beroperasi pada frekuensi tinggi, ini tidak semestinya menjadi masalah. Jika isyarat anda berada dalam julat GHz, beberapa gegelung nH biasanya mencukupi.
Ini membawa kita kepada perkara lain yang telah dikecilkan pada abad yang lalu tetapi anda mungkin tidak perasan dengan segera: panjang gelombang yang kami gunakan untuk komunikasi. Siaran radio awal menggunakan frekuensi AM gelombang sederhana kira-kira 1 MHz dengan panjang gelombang kira-kira 300 meter. Jalur frekuensi FM berpusat pada 100 MHz atau 3 meter menjadi popular sekitar tahun 1960-an, dan hari ini kami menggunakan komunikasi 4G terutamanya sekitar 1 atau 2 GHz (kira-kira 20 cm). Frekuensi yang lebih tinggi bermakna lebih banyak kapasiti penghantaran maklumat. Ini kerana pengecilan bahawa kami mempunyai radio yang murah, boleh dipercayai dan penjimatan tenaga yang berfungsi pada frekuensi ini.
Panjang gelombang yang mengecil boleh mengecilkan antena kerana saiznya secara langsung berkaitan dengan frekuensi yang diperlukan untuk menghantar atau menerima. Telefon mudah alih hari ini tidak memerlukan antena yang terkeluar panjang, terima kasih kepada komunikasi khusus mereka pada frekuensi GHz, yang mana antena hanya perlu kira-kira satu sentimeter panjang. Inilah sebabnya mengapa kebanyakan telefon bimbit yang masih mengandungi penerima FM memerlukan anda memasangkan fon telinga sebelum digunakan: radio perlu menggunakan wayar fon telinga sebagai antena untuk mendapatkan kekuatan isyarat yang mencukupi daripada gelombang sepanjang satu meter tersebut.
Bagi litar yang disambungkan ke antena kecil kami, apabila ia lebih kecil, ia sebenarnya menjadi lebih mudah untuk dibuat. Ini bukan sahaja kerana transistor telah menjadi lebih pantas, tetapi juga kerana kesan talian penghantaran tidak lagi menjadi isu. Ringkasnya, apabila panjang wayar melebihi satu persepuluh daripada panjang gelombang, anda perlu mempertimbangkan peralihan fasa sepanjang panjangnya semasa mereka bentuk litar. Pada 2.4 GHz, ini bermakna hanya satu sentimeter wayar telah menjejaskan litar anda; jika anda memateri komponen diskret bersama-sama, ia adalah sakit kepala, tetapi jika anda meletakkan litar pada beberapa milimeter persegi, ia tidak menjadi masalah.
Meramalkan kematian Undang-undang Moore, atau menunjukkan bahawa ramalan ini salah berulang kali, telah menjadi tema berulang dalam kewartawanan sains dan teknologi. Hakikatnya kekal bahawa Intel, Samsung dan TSMC, tiga pesaing yang masih berada di barisan hadapan permainan, terus memampatkan lebih banyak ciri bagi setiap mikrometer persegi, dan merancang untuk memperkenalkan beberapa generasi cip yang dipertingkatkan pada masa hadapan. Walaupun kemajuan yang mereka capai pada setiap langkah mungkin tidak sehebat dua dekad yang lalu, pengecilan transistor berterusan.
Walau bagaimanapun, untuk komponen diskret, kami nampaknya telah mencapai had semula jadi: menjadikannya lebih kecil tidak meningkatkan prestasinya dan komponen terkecil yang tersedia pada masa ini adalah lebih kecil daripada yang diperlukan oleh kebanyakan kes penggunaan. Nampaknya tidak ada Undang-undang Moore untuk peranti diskret, tetapi jika ada Undang-undang Moore, kami ingin melihat sejauh mana seseorang boleh menolak cabaran pematerian SMD.
Saya sentiasa mahu mengambil gambar perintang PTH yang saya gunakan pada tahun 1970-an, dan meletakkan perintang SMD padanya, sama seperti saya menukar masuk/keluar sekarang. Matlamat saya adalah untuk membuat adik-beradik saya (tiada satu pun daripada mereka adalah produk elektronik) betapa banyak perubahan, termasuk saya dapat melihat bahagian kerja saya, (sambil penglihatan saya semakin teruk, tangan saya semakin menggigil).
Saya suka berkata, adakah ia bersama atau tidak. Saya sangat benci "memperbaiki, menjadi lebih baik." Kadangkala reka letak anda berfungsi dengan baik, tetapi anda tidak boleh mendapatkan bahagian lagi. Apa kejadahnya itu? . Konsep yang baik adalah konsep yang baik, dan lebih baik mengekalkannya seperti sedia ada, daripada memperbaikinya tanpa sebab. Gantt
"Hakikatnya kekal bahawa tiga syarikat Intel, Samsung dan TSMC masih bersaing di barisan hadapan permainan ini, sentiasa memerah lebih banyak ciri setiap mikrometer persegi,"
Komponen elektronik adalah besar dan mahal. Pada tahun 1971, rata-rata keluarga hanya mempunyai beberapa radio, stereo dan TV. Menjelang tahun 1976, komputer, kalkulator, jam digital dan jam tangan telah keluar, yang kecil dan murah untuk pengguna.
Beberapa pengecilan datang daripada reka bentuk. Penguat operasi membenarkan penggunaan gyrators, yang boleh menggantikan induktor besar dalam beberapa kes. Penapis aktif juga menghapuskan induktor.
Komponen yang lebih besar memang menggalakkan perkara lain: pengecilan litar, iaitu, cuba menggunakan komponen paling sedikit untuk membuat litar berfungsi. Hari ini, kami tidak begitu peduli. Perlukan sesuatu untuk membalikkan isyarat? Ambil penguat operasi. Adakah anda memerlukan mesin negeri? Ambil mpu. dan lain-lain. Komponen hari ini sangat kecil, tetapi sebenarnya terdapat banyak komponen di dalamnya. Jadi pada asasnya saiz litar anda meningkat dan penggunaan kuasa meningkat. Transistor yang digunakan untuk menyongsangkan isyarat menggunakan kurang kuasa untuk mencapai kerja yang sama daripada penguat operasi. Tetapi sekali lagi, pengecilan akan menjaga penggunaan kuasa. Cuma inovasi telah menuju ke arah yang berbeza.
Anda benar-benar terlepas beberapa faedah/sebab terbesar saiz dikurangkan: mengurangkan parasit pakej dan peningkatan pengendalian kuasa (yang kelihatan berlawanan dengan intuisi).
Dari sudut pandangan praktikal, apabila saiz ciri mencapai kira-kira 0.25u, anda akan mencapai tahap GHz, pada masa itu pakej SOP yang besar mula menghasilkan kesan* terbesar. Wayar ikatan panjang dan petunjuk tersebut akhirnya akan membunuh anda.
Pada ketika ini, pakej QFN/BGA telah bertambah baik dari segi prestasi. Di samping itu, apabila anda melekapkan pakej rata seperti ini, anda akan mendapat *ketara* prestasi terma yang lebih baik dan pad terdedah.
Selain itu, Intel, Samsung dan TSMC pastinya akan memainkan peranan penting, tetapi ASML mungkin lebih penting dalam senarai ini. Sudah tentu, ini mungkin tidak terpakai pada suara pasif…
Ia bukan sekadar mengurangkan kos silikon melalui nod proses generasi akan datang. Perkara lain, seperti beg. Pakej yang lebih kecil memerlukan lebih sedikit bahan dan wcsp atau lebih sedikit. Pakej yang lebih kecil, PCB atau modul yang lebih kecil, dsb.
Saya sering melihat beberapa produk katalog, di mana satu-satunya faktor pendorong ialah pengurangan kos. Saiz MHz/memori adalah sama, fungsi SOC dan susunan pin adalah sama. Kami mungkin menggunakan teknologi baharu untuk mengurangkan penggunaan kuasa (biasanya ini bukan percuma, jadi mesti ada beberapa kelebihan daya saing yang dipedulikan pelanggan)
Salah satu kelebihan komponen besar ialah bahan anti sinaran. Transistor kecil lebih mudah terdedah kepada kesan sinar kosmik, dalam keadaan penting ini. Contohnya, di angkasa dan juga balai cerap altitud tinggi.
Saya tidak nampak sebab utama peningkatan kelajuan. Kelajuan isyarat adalah kira-kira 8 inci setiap nanosaat. Jadi hanya dengan mengurangkan saiz, cip yang lebih pantas boleh dilakukan.
Anda mungkin ingin menyemak matematik anda sendiri dengan mengira perbezaan dalam kelewatan perambatan akibat perubahan pembungkusan dan kitaran berkurangan (1/frekuensi). Iaitu untuk mengurangkan kelewatan/tempoh puak. Anda akan mendapati bahawa ia tidak muncul sebagai faktor pembulatan.
Satu perkara yang saya ingin tambah ialah banyak IC, terutamanya reka bentuk lama dan cip analog, sebenarnya tidak dikecilkan, sekurang-kurangnya secara dalaman. Disebabkan penambahbaikan dalam pembuatan automatik, pakej telah menjadi lebih kecil, tetapi itu kerana pakej DIP biasanya mempunyai banyak ruang yang tinggal di dalamnya, bukan kerana transistor dan lain-lain telah menjadi lebih kecil.
Selain masalah membuat robot cukup tepat untuk benar-benar mengendalikan komponen kecil dalam aplikasi pick-and-place berkelajuan tinggi, isu lain adalah dengan pasti mengimpal komponen kecil. Terutama apabila anda masih memerlukan komponen yang lebih besar kerana keperluan kuasa/kapasiti. Menggunakan tampal pateri khas, templat tampal pateri langkah khas (sapukan sedikit tampal pateri jika perlu, tetapi masih menyediakan tampal pateri yang mencukupi untuk komponen besar) mula menjadi sangat mahal. Jadi saya fikir terdapat dataran tinggi, dan pengecilan selanjutnya di peringkat papan litar hanyalah cara yang mahal dan boleh dilaksanakan. Pada ketika ini, anda juga boleh melakukan lebih banyak penyepaduan pada tahap wafer silikon dan memudahkan bilangan komponen diskret kepada minimum mutlak.
Anda akan melihat ini pada telefon anda. Sekitar tahun 1995, saya membeli beberapa telefon bimbit awal dalam jualan garaj dengan harga beberapa dolar setiap satu. Kebanyakan IC adalah melalui lubang. CPU dan kompander NE570 yang boleh dikenali, IC boleh guna semula yang besar.
Kemudian saya mendapat beberapa telefon pegang tangan yang dikemas kini. Terdapat sangat sedikit komponen dan hampir tiada yang biasa. Dalam sebilangan kecil IC, bukan sahaja ketumpatan lebih tinggi, tetapi juga reka bentuk baharu (lihat SDR) diguna pakai, yang menghapuskan kebanyakan komponen diskret yang sebelum ini amat diperlukan.
> (Sapukan sedikit pes pateri jika perlu, tetapi masih sediakan pes pateri yang mencukupi untuk komponen yang besar)
Hei, saya membayangkan templat "3D/Gelombang" untuk menyelesaikan masalah ini: lebih nipis di tempat komponen terkecil, dan lebih tebal di tempat litar kuasa.
Pada masa kini, komponen SMT sangat kecil, anda boleh menggunakan komponen diskret sebenar (bukan 74xx dan sampah lain) untuk mereka bentuk CPU anda sendiri dan mencetaknya pada PCB. Taburkannya dengan LED, anda boleh melihatnya berfungsi dalam masa nyata.
Selama bertahun-tahun, saya pasti menghargai perkembangan pesat komponen kompleks dan kecil. Mereka memberikan kemajuan yang luar biasa, tetapi pada masa yang sama mereka menambah tahap kerumitan baharu kepada proses berulang prototaip.
Kelajuan pelarasan dan simulasi litar analog adalah lebih pantas daripada apa yang anda lakukan di makmal. Apabila kekerapan litar digital meningkat, PCB menjadi sebahagian daripada pemasangan. Contohnya, kesan talian penghantaran, kelewatan penyebaran. Prototaip mana-mana teknologi canggih adalah terbaik dibelanjakan untuk melengkapkan reka bentuk dengan betul, dan bukannya membuat pelarasan di makmal.
Bagi item hobi, penilaian. Papan litar dan modul ialah penyelesaian kepada komponen mengecut dan modul pra-ujian.
Ini mungkin menjadikan sesuatu hilang "seronok", tetapi saya fikir membuat projek anda berfungsi buat kali pertama mungkin lebih bermakna kerana kerja atau hobi.
Saya telah menukar beberapa reka bentuk dari lubang melalui kepada SMD. Buat produk yang lebih murah, tetapi tidak menyeronokkan untuk membina prototaip dengan tangan. Satu kesilapan kecil: "tempat selari" harus dibaca sebagai "plat selari".
Tidak. Selepas sistem menang, ahli arkeologi masih akan keliru dengan penemuannya. Siapa tahu, mungkin pada abad ke-23, Planetary Alliance akan menggunakan sistem baharu…
Saya tidak boleh bersetuju lebih. Apakah saiz 0603? Sudah tentu, mengekalkan 0603 sebagai saiz imperial dan "memanggil" saiz metrik 0603 0604 (atau 0602) tidaklah begitu sukar, walaupun ia mungkin secara teknikalnya tidak betul (iaitu: saiz padanan sebenar-bukan begitu). Ketat), tetapi sekurang-kurangnya semua orang akan tahu teknologi yang anda maksudkan (metrik/imperial)!
"Secara umumnya, komponen pasif seperti perintang, kapasitor dan induktor tidak akan menjadi lebih baik jika anda menjadikannya lebih kecil."