uutiset

Ehkä Ohmin lain jälkeen elektroniikan toiseksi tunnetuin laki on Mooren laki: Integroidulle piirille valmistettavien transistorien määrä kaksinkertaistuu noin kahden vuoden välein. Koska sirun fyysinen koko pysyy suunnilleen samana, tämä tarkoittaa, että yksittäiset transistorit pienenevät ajan myötä.Olemme alkaneet odottaa, että uuden sukupolven siruja, joissa on pienempi ominaisuuskoko, ilmestyy normaalilla nopeudella, mutta mitä järkeä on tehdä pienemmiksi? Tarkoittaako pienempi aina parempaa?
Viime vuosisadalla elektroniikkatekniikka on edistynyt valtavasti. 1920-luvulla edistyneimmät AM-radiot koostuivat useista tyhjiöputkista, useista valtavista induktoreista, kondensaattoreista ja vastuksista, kymmenistä metreistä antenneina käytettäviä johtoja ja suuresta paristosarjasta. koko laitteen virtalähteeksi.Nykyään voit kuunnella yli tusinaa musiikin suoratoistopalvelua taskussasi olevalla laitteella, ja voit tehdä enemmän. Pienoistaminen ei kuitenkaan tarkoita vain siirrettävyyttä: se on ehdottoman välttämätöntä saavuttaaksemme sen suorituskyvyn, jota odotamme laitteiltamme tänään.
Yksi pienten komponenttien ilmeinen etu on, että niiden avulla voit sisällyttää enemmän toimintoja samaan tilavuuteen. Tämä on erityisen tärkeää digitaalisille piireille: enemmän komponentteja mahdollistaa enemmän käsittelyä samassa ajassa. Esimerkiksi teoriassa 64-bittisen prosessorin käsittelemän tiedon määrä on kahdeksan kertaa suurempi kuin samalla kellotaajuudella toimivan 8-bittisen prosessorin. Mutta se vaatii myös kahdeksan kertaa enemmän komponentteja: rekisterit, summaimet, väylät jne. ovat kaikki kahdeksan kertaa suurempia Joten tarvitset joko kahdeksan kertaa suuremman sirun tai kahdeksan kertaa pienemmän transistorin.
Sama pätee muistisiruihin: Kun valmistat pienempiä transistoreita, sinulla on enemmän tallennustilaa samassa tilavuudessa.Useimpien näyttöjen pikselit on nykyään valmistettu ohutkalvotransistoreista, joten on järkevää skaalata niitä pienemmäksi ja saavuttaa korkeampi resoluutio. , mitä pienempi transistori, sitä parempi, ja on toinenkin ratkaiseva syy: niiden suorituskyky on parantunut huomattavasti.Mutta miksi juuri?
Aina kun teet transistorin, se tarjoaa joitain lisäkomponentteja ilmaiseksi.Jokaisessa liittimessä on vastus sarjassa.Kaikella virtaa kuljettavalla esineellä on myös itseinduktanssi.Lopuksi kahden vastakkain olevan johtimen välillä on kapasitanssi.Kaikki nämä vaikutukset kuluttavat virtaa ja hidastavat transistorin nopeutta. Erityisen hankalia ovat loiskapasitanssit: ne on ladattava ja purettava joka kerta, kun transistorit kytketään päälle tai pois, mikä vaatii aikaa ja virtaa virtalähteestä.
Kahden johtimen välinen kapasitanssi on funktio niiden fyysisestä koosta: pienempi koko tarkoittaa pienempää kapasitanssia. Ja koska pienemmät kondensaattorit tarkoittavat suurempia nopeuksia ja pienempää tehoa, pienemmät transistorit voivat toimia korkeammilla kellotaajuuksilla ja haihduttaa vähemmän lämpöä.
Kun pienennät transistorien kokoa, kapasitanssi ei ole ainoa muutos, joka muuttuu: on monia outoja kvanttimekaanisia vaikutuksia, jotka eivät ole ilmeisiä suuremmissa laitteissa. Yleisesti ottaen transistorien pienentäminen tekee niistä kuitenkin nopeampia.Mutta elektroniset tuotteet ovat enemmän kuin vain transistorit. Kun pienennät muita komponentteja, miten ne toimivat?
Yleisesti ottaen passiiviset komponentit, kuten vastukset, kondensaattorit ja induktorit, eivät parane pienentyessään: ne monin tavoin huononevat. Siksi näiden komponenttien miniatyrisointi on pääasiassa sitä, että ne pystytään puristamaan pienempään tilavuuteen. , mikä säästää piirilevytilaa.
Vastuksen kokoa voidaan pienentää aiheuttamatta liikaa häviötä. Materiaalikappaleen resistanssi saadaan kaavalla, jossa l on pituus, A on poikkileikkausala ja ρ on materiaalin ominaisvastus. yksinkertaisesti pienennä pituutta ja poikkileikkausta ja päädyt fyysisesti pienempään vastukseen, mutta silti samaan vastukseen. Ainoa haittapuoli on, että fyysisesti pienemmät vastukset tuottavat enemmän lämpöä, kun ne hajottavat samaa tehoa kuin suuret vastukset.Siksi pienet vastukset vastuksia voidaan käyttää vain pienitehoisissa piireissä. Tämä taulukko näyttää kuinka SMD-vastusten maksimiteho laskee niiden koon pienentyessä.
Nykyään pienin ostettava vastus on metrinen 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Niiden nimellisteho on vain 20 mW, ja niitä käytetään vain piireissä, jotka haihduttavat hyvin vähän tehoa ja ovat kooltaan erittäin rajallisia.Pienempi metriikka 0201 paketti (0,2 mm x 0,1 mm) on julkaistu, mutta sitä ei ole vielä otettu tuotantoon. Mutta vaikka ne ilmestyisivät valmistajan luetteloon, älä odota niiden olevan kaikkialla: useimmat keräily- ja paikkarobotit eivät ole tarpeeksi tarkkoja käsitellä niitä, joten ne voivat silti olla erikoistuotteita.
Kondensaattoreita voidaan myös pienentää, mutta tämä vähentää niiden kapasitanssia. Shunttikondensaattorin kapasitanssin laskentakaava on, missä A on levyn pinta-ala, d on niiden välinen etäisyys ja ε on dielektrisyysvakio (välimateriaalin ominaisuus).Jos kondensaattori (periaatteessa litteä laite) on pienikokoinen, pinta-alaa on pienennettävä, mikä vähentää kapasitanssia.Jos haluat silti pakata paljon nafaraa pieneen tilavuuteen, ainoa vaihtoehto on pinota useita kerroksia yhteen. Materiaalien ja valmistuksen kehityksen ansiosta, jotka ovat mahdollistaneet myös ohutkalvot (pieni d) ja erikoiseristeet (suuremmilla ε), kondensaattorien koko on pienentynyt merkittävästi viime vuosikymmeninä.
Pienin saatavilla oleva kondensaattori on erittäin pienessä metrisessä 0201-pakkauksessa: vain 0,25 mm x 0,125 mm. Niiden kapasitanssi on rajoitettu edelleen käyttökelpoiseen 100 nF:iin ja suurin käyttöjännite on 6,3 V. Lisäksi nämä paketit ovat erittäin pieniä ja vaativat kehittyneitä laitteita käsitelläkseen niitä, mikä rajoittaa niiden laajaa käyttöä.
Induktorien osalta tarina on hieman hankala. Suoran kelan induktanssi saadaan kaavalla, jossa N on kierrosten lukumäärä, A on kelan poikkileikkausala, l on sen pituus ja μ on kelan pituus. materiaalivakio (läpäisevyys).Jos kaikki mitat pienennetään puoleen, myös induktanssi pienenee puoleen. Johdon vastus pysyy kuitenkin samana: tämä johtuu siitä, että langan pituus ja poikkileikkaus pienenevät neljännes alkuperäisestä arvostaan. Tämä tarkoittaa, että päädyt samaan resistanssiin puolessa induktanssista, joten puolitat kelan laatukertoimen (Q).
Pienin kaupallisesti saatavilla oleva erillinen induktori on kooltaan tuumaa 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Ne ovat jopa 56 nH ja niiden vastus on muutaman ohmin. Erittäin pienessä metrisessä 0201-paketissa olevat induktorit julkaistiin vuonna 2014, mutta ilmeisesti niitä ei ole koskaan tuotu markkinoille.
Induktorien fyysiset rajoitukset on ratkaistu käyttämällä ilmiötä nimeltä dynaaminen induktanssi, joka voidaan havaita grafeenista valmistetuissa keloissa. Mutta silti, jos se voidaan valmistaa kaupallisesti kannattavalla tavalla, se voi kasvaa 50%. käämiä ei voi miniatyroida hyvin. Kuitenkin, jos piirisi toimii korkeilla taajuuksilla, tämä ei välttämättä ole ongelma.Jos signaalisi on GHz-alueella, muutama nH-kela yleensä riittää.
Tämä tuo meidät toiseen asiaan, jota on pienennetty viime vuosisadalla, mutta et välttämättä huomaa heti: viestinnässä käyttämämme aallonpituus. Varhaiset radiolähetykset käyttivät keskiaaltoaallon AM-taajuutta noin 1 MHz ja aallonpituutta noin 300 metriä. 100 MHz tai 3 metriin keskitetty FM-taajuusalue yleistyi 1960-luvulla, ja nykyään käytämme pääasiassa 4G-viestintää noin 1 tai 2 GHz (noin 20 cm) taajuudella. Korkeammat taajuudet lisäävät tiedonsiirtokapasiteettia.Pienentämisen ansiosta meillä on edullisia, luotettavia ja energiaa säästäviä radioita, jotka toimivat näillä taajuuksilla.
Kutistuvat aallonpituudet voivat kutistaa antenneja, koska niiden koko on suoraan verrannollinen taajuuteen, jota ne tarvitsevat lähettämään tai vastaanottamaan. Nykypäivän matkapuhelimet eivät tarvitse pitkiä ulkonevia antenneja, kiitos niiden erillisen tiedonsiirron GHz-taajuuksilla, joita varten antennin tarvitsee olla vain noin yksi. Sen vuoksi useimmat matkapuhelimet, joissa on edelleen FM-vastaanottimet, vaativat kuulokkeiden kytkemisen ennen käyttöä: radion on käytettävä kuulokkeen johtoa antennina saadakseen riittävän voimakkaan signaalin noista metrin pituisista aalloista.
Mitä tulee miniatyyriantenneihimme liitettyihin piireihin, kun ne ovat pienempiä, niistä on itse asiassa helpompi valmistaa. Tämä ei johdu vain siitä, että transistorit ovat nopeutuneet, vaan myös siitä, että siirtojohtoefektit eivät ole enää ongelma. Lyhyesti sanottuna, kun pituus on Jos johto ylittää yhden kymmenesosan aallonpituudesta, sinun on otettava huomioon vaihesiirto sen pituudella piiriä suunniteltaessa. 2,4 GHz:n taajuudella tämä tarkoittaa, että vain yksi senttimetri johtoa on vaikuttanut piiriisi;jos juottaa erillisiä komponentteja yhteen, se on päänsärky, mutta jos asetat piirin muutamalle neliömillimetrille, se ei ole ongelma.
Mooren lain häviämisen ennustamisesta tai näiden ennusteiden väärän osoittamisesta yhä uudelleen ja uudelleen on tullut toistuva teema tiede- ja teknologiajournalismissa. Tosiasia on, että Intel, Samsung ja TSMC, kolme kilpailijaa, jotka ovat edelleen kärjessä. pelistä, jatkavat enemmän ominaisuuksien pakkaamista neliömikrometriä kohden ja suunnittelevat ottavansa käyttöön useita sukupolvia parempia siruja tulevaisuudessa.Vaikka edistyminen jokaisessa vaiheessa ei ehkä ole yhtä suurta kuin kaksi vuosikymmentä sitten, transistorien miniatyrisointi jatkuu.
Erillisten komponenttien kohdalla näytämme kuitenkin saavuttaneen luonnollisen rajan: niiden pienentäminen ei paranna niiden suorituskykyä, ja pienimmät tällä hetkellä saatavilla olevat komponentit ovat pienempiä kuin useimmat käyttötapaukset vaativat. Näyttää siltä, ​​​​että erillisille laitteille ei ole Mooren lakia, mutta jos on olemassa Mooren laki, haluaisimme nähdä, kuinka paljon yksi henkilö voi työntää SMD-juottohaastetta.
Olen aina halunnut ottaa kuvan PTH-vastuksesta, jota käytin 1970-luvulla, ja laittaa siihen SMD-vastuksen, aivan kuten vaihdan nyt. Tavoitteeni on tehdä veljistäni ja sisaruksistani (kukaan heistä ei ole elektroniikkatuotteet) kuinka paljon muuttuu, mukaan lukien voin jopa nähdä osia työstäni (kun näköni huononee, käteni huononevat Vapina).
Haluan sanoa, onko se yhdessä vai ei. Inhoan todella "parannu, parane".Joskus ulkoasu toimii hyvin, mutta et saa enää osia.Mitä helvettiä tuo on?.Hyvä konsepti on hyvä konsepti, ja on parempi pitää se sellaisenaan kuin parantaa sitä ilman syytä.Gantt
"Tosiasia on, että kolme yritystä Intel, Samsung ja TSMC kilpailevat edelleen tämän pelin kärjessä ja puristavat jatkuvasti lisää ominaisuuksia neliömikrometriä kohti."
Elektroniset komponentit ovat suuria ja kalliita.Vuonna 1971 keskimääräisessä perheessä oli vain muutama radio, stereo ja televisio. Vuoteen 1976 mennessä markkinoille oli tullut tietokoneita, laskimia, digitaalikelloja ja -kelloja, jotka olivat pieniä ja kuluttajille edullisia.
Pientä miniatyrisointia tulee suunnittelusta. Operaatiovahvistimet mahdollistavat pyörittimien käytön, jotka voivat joissain tapauksissa korvata suuret induktorit. Aktiivisuotimet eliminoivat myös induktorit.
Suuremmat komponentit edistävät muita asioita: piirin minimointia, toisin sanoen sitä, että yritetään käyttää mahdollisimman vähän komponentteja, jotta piiri toimisi. Nykyään emme välitä niin paljon.Tarvitaanko jotain signaalin kääntämiseen?Ota operaatiovahvistin. Tarvitsetko tilakoneen?Ota mpu. jne. Komponentit ovat nykyään todella pieniä, mutta niiden sisällä on itse asiassa monia komponentteja. Eli periaatteessa piirisi koko kasvaa ja virrankulutus kasvaa. Transistori, jota käytetään signaalin kääntämiseen, kuluttaa vähemmän virtaa suorittaa saman työn kuin operaatiovahvistin.Mutta sitten taas miniatyrisointi huolehtii tehon käytöstä. Innovaatiot ovat vain menneet eri suuntaan.
Sinä todella menetit joitain pienen koon suurimmista eduista/syistä: vähentyneet pakkausparasiitteet ja lisääntynyt tehonkäsittely (mikä vaikuttaa epäintuitiiviselta).
Käytännön näkökulmasta katsottuna, kun ominaisuuden koko saavuttaa noin 0,25u, saavutat GHz-tason, jolloin suuri SOP-paketti alkaa tuottaa suurimman* vaikutuksen. Pitkät sidosjohdot ja johdot tappavat sinut lopulta.
Tässä vaiheessa QFN/BGA-paketit ovat parantuneet huomattavasti suorituskyvyn suhteen.Lisäksi, kun asennat pakkauksen litteäksi näin, saat *merkittävästi* paremman lämpösuorituskyvyn ja paljaat pehmusteet.
Lisäksi Intel, Samsung ja TSMC ovat varmasti tärkeässä roolissa, mutta ASML voi olla paljon tärkeämpi tässä luettelossa. Tämä ei tietenkään välttämättä koske passiivista ääntä…
Kyse ei ole vain piikustannusten alentamisesta seuraavan sukupolven prosessisolmujen avulla. Muut asiat, kuten pussit. Pienemmät pakkaukset vaativat vähemmän materiaaleja ja wcp:tä tai jopa vähemmän. Pienemmät pakkaukset, pienemmät piirilevyt tai moduulit jne.
Näen usein joitain luettelotuotteita, joissa ainoa liikkeellepaneva tekijä on kustannusten alentaminen.MHz/muistin koko on sama, SOC-toiminto ja nastajärjestely ovat samat.Saamme käyttää uusia tekniikoita virrankulutuksen vähentämiseen (yleensä tämä ei ole ilmaista, joten täytyy olla joitain kilpailuetuja, joista asiakkaat välittävät)
Yksi suurten komponenttien eduista on säteilyä estävä materiaali. Pienet transistorit ovat herkempiä kosmisten säteiden vaikutuksille tässä tärkeässä tilanteessa.Esimerkiksi avaruudessa ja jopa korkeissa observatorioissa.
En nähnyt suurta syytä nopeuden lisäämiseen. Signaalin nopeus on noin 8 tuumaa nanosekunnissa. Joten pelkkä kokoa pienentämällä nopeammat sirut ovat mahdollisia.
Haluat ehkä tarkistaa oman matematiikkasi laskemalla eron etenemisviiveessä, joka johtuu pakkausmuutoksista ja vähentyneistä jaksoista (1/taajuus). Tämä tarkoittaa ryhmien viiveen/jakson lyhentämistä. Huomaat, että se ei edes näy pyöristystekijä.
Yksi asia, jonka haluan lisätä, on se, että monia IC:itä, varsinkin vanhempia malleja ja analogisia siruja, ei itse asiassa pienennetä ainakaan sisäisesti. Automaattisen valmistuksen parannusten ansiosta paketit ovat pienentyneet, mutta tämä johtuu siitä, että DIP-paketeissa on yleensä paljon jäljellä olevaa tilaa, ei siksi, että transistorit jne. ovat pienentyneet.
Sen lisäksi, että robotista on tehtävä riittävän tarkka, jotta se pystyy käsittelemään pieniä komponentteja nopeissa poiminta-asennuksissa, toinen ongelma on pienten komponenttien luotettava hitsaus. Varsinkin kun tarvitset yhä suurempia komponentteja teho-/kapasiteettivaatimusten vuoksi. erikoisjuotepasta, erityiset porrasjuotepastamallit (lisää pieni määrä juotospastaa tarvittaessa, mutta silti riittävä määrä juotospastaa suurille komponenteille) alkoivat tulla hyvin kalliiksi. Joten mielestäni on olemassa tasanne, ja piirissä on edelleen miniatyrisointia. levytaso on vain kallis ja toteuttamiskelpoinen tapa. Tässä vaiheessa voit yhtä hyvin tehdä enemmän integrointia piikiekkotasolla ja yksinkertaistaa erillisten komponenttien määrää ehdottomaan minimiin.
Näet tämän puhelimessasi.Vuonna 1995 ostin autotallimyynnistä varhaisia ​​matkapuhelimia muutamalla dollarilla. Useimmat IC:t ovat reiän läpi kulkevia. Tunnistettava prosessori ja NE570 compander, suuri uudelleenkäytettävä IC.
Sitten päädyin joihinkin päivitettyihin kämmenpuhelimiin. Komponentteja on hyvin vähän, eikä juuri mitään tuttua. Pienessä määrässä IC:itä ei vain tiheys ole suurempi, vaan myös uusi muotoilu (katso SDR) on otettu käyttöön, mikä eliminoi suurimman osan erilliset komponentit, jotka olivat aiemmin välttämättömiä.
> (Levitä pieni määrä juotospastaa tarvittaessa, mutta anna silti riittävästi juotospastaa suurille komponenteille)
Hei, kuvittelin "3D/Wave" -mallin ratkaisemaan tämän ongelman: ohuempi siellä, missä pienimmät komponentit ovat, ja paksumpi siellä, missä virtapiiri on.
Nykyään SMT-komponentit ovat hyvin pieniä, voit käyttää oikeita erillisiä komponentteja (ei 74xx:ää ja muuta roskaa) oman CPU:n suunnitteluun ja tulostamiseen piirilevylle. Ripottele se LEDillä, näet sen toimivan reaaliajassa.
Vuosien mittaan arvostan varmasti monimutkaisten ja pienten komponenttien nopeaa kehitystä. Ne tarjoavat valtavaa edistystä, mutta samalla ne lisäävät prototyyppien iteratiivisen prosessin monimutkaisuutta.
Analogisten piirien säätö- ja simulointinopeus on paljon nopeampi kuin mitä teet laboratoriossa. Digitaalisten piirien taajuuden noustessa piirilevystä tulee osa kokoonpanoa. Esim. siirtojohtoefektit, etenemisviive. Minkä tahansa leikkauksen prototyypitys- reunateknologiaa käytetään parhaiten suunnittelun viimeistelyyn sen sijaan, että säätöjä tehdään laboratoriossa.
Harrastetuotteissa arviointi. Piirilevyt ja moduulit ovat ratkaisu kutistuviin komponentteihin ja moduulien esitestaukseen.
Tämä voi saada asiat menemään "hauskuuteen", mutta uskon, että projektisi saattaminen toimimaan ensimmäistä kertaa voi olla mielekkäämpää työn tai harrastusten vuoksi.
Olen muuntanut joitain malleja läpireiästä SMD:ksi. Tee halvempia tuotteita, mutta prototyyppejä ei ole hauskaa rakentaa käsin. Yksi pieni virhe: "rinnakkaispaikka" tulisi lukea "rinnakkaislevyksi".
Ei. Järjestelmän voittamisen jälkeen arkeologit ovat edelleen hämmentyneitä sen löydöistä. Kuka tietää, ehkä 23. vuosisadalla Planetary Alliance ottaa käyttöön uuden järjestelmän…
En voisi olla enempää samaa mieltä. Mikä on 0603:n koko? Tietenkään 0603:n pitäminen keisarillisena kokona ja 0603:n "kutsuminen" metrikooksi 0604 (tai 0602) ei ole niin vaikeaa, vaikka se saattaa olla teknisesti virheellinen (esim. todellinen vastaava koko - ei niin) joka tapauksessa.Tiukka), mutta ainakin kaikki tietävät, mistä tekniikasta puhut (metrinen/imperial)!
"Yleisesti ottaen passiiviset komponentit, kuten vastukset, kondensaattorit ja induktorit, eivät parane, jos teet niistä pienempiä."