жаңылыктар

Балким, Ом мыйзамынан кийин, электроникадагы эң белгилүү экинчи мыйзам Мурдун мыйзамы: Интегралдык микросхемада өндүрүлө турган транзисторлордун саны эки жылда бир же андан көп эсе көбөйөт. Чиптин физикалык өлчөмү болжол менен бирдей бойдон калгандыктан, бул жеке транзисторлор убакыттын өтүшү менен кичирейе турганын билдирет. Функциялардын көлөмү азыраак жаңы муундагы чиптердин кадимки ылдамдыкта пайда болушун күтө баштадык, бирок нерселерди кичине кылуунун эмне кереги бар? Кичине дайыма жакшыраак дегенди билдиреби?
Өткөн кылымда электрондук инженерия эбегейсиз прогресске жетишти. 1920-жылдары эң өнүккөн AM радиолору бир нече вакуумдук түтүктөрдөн, бир нече эбегейсиз индукторлордон, конденсаторлордон жана резисторлордон, антенна катары колдонулган ондогон метр зымдардан жана бүт аппаратты кубаттандыруу үчүн чоң батарейкалардан турган. Бүгүн, сиз чөнтөгүңүздөгү аспаптан ондон ашык музыка агымы кызматтарын уга аласыз жана дагы көп нерселерди жасай аласыз. Бирок кичирейтүү жөн гана портативдик эмес: бүгүнкү күндө биздин түзмөктөрдөн күткөн көрсөткүчтөргө жетүү үчүн абдан зарыл.
Кичинекей компоненттердин бир айкын пайдасы, алар бир эле көлөмдө көбүрөөк функцияларды кошууга мүмкүндүк берет. Бул санариптик схемалар үчүн өзгөчө маанилүү: көп компоненттер сиз ошол эле убакыттын ичинде көбүрөөк иштетүүнү жасай аласыз дегенди билдирет. Мисалы, теориялык жактан алганда, 64 биттик процессор иштеткен маалыматтын көлөмү бир эле тактык жыштыкта ​​иштеген 8 биттик процессордон сегиз эсе көп. Бирок ал дагы сегиз эсе көп компоненттерди талап кылат: регистрлер, суммарлар, автобустар жана башкалар сегиз эсе чоң. Демек, сизге же сегиз эсе чоңураак чип керек, же сегиз эсе кичине транзистор керек.
Бул эстутум микросхемаларына да тиешелүү: Кичинекей транзисторлорду жасоо менен, сиз бирдей көлөмдө көбүрөөк сактагычка ээ болосуз. Бүгүнкү күндө көпчүлүк дисплейлердеги пикселдер ичке пленкалуу транзисторлордон жасалган, андыктан аларды кичирейтип, жогорку резолюцияга жетүү акылга сыярлык. Бирок, транзистор канчалык кичине болсо, ошончолук жакшы жана дагы бир маанилүү себеби бар: алардын иштеши абдан жакшырды. Бирок эмне үчүн так?
Сиз транзистор жасаган сайын, ал кошумча компоненттерди бекер берет. Ар бир терминалда катардагы резистор бар. Ток алып жүрүүчү ар кандай объектиде да өздүк индукция болот. Акыр-аягы, бири-бирине карама-каршы каалаган эки өткөргүчтүн ортосунда сыйымдуулук бар. Бул эффекттердин баары кубаттуулукту керектеп, транзистордун ылдамдыгын жайлатат. Паразиттик сыйымдуулуктар өзгөчө түйшүктүү: транзисторлор күйгүзүлгөн же өчүрүлгөн сайын заряддалып, разряддалып турушу керек, бул үчүн электр менен жабдуудан убакыт жана ток талап кылынат.
Эки өткөргүчтүн ортосундагы сыйымдуулук алардын физикалык өлчөмүнө жараша болот: кичине өлчөмдөрү азыраак сыйымдуулукту билдирет. Ал эми кичинекей конденсаторлор жогорку ылдамдыкты жана азыраак кубаттуулукту билдиргендиктен, кичине транзисторлор жогорку сааттык жыштыктарда иштеп, муну менен жылуулукту азыраак тарата алышат.
Транзисторлордун өлчөмүн кичирейткен сайын, сыйымдуулук өзгөргөн жалгыз эффект эмес: чоңураак түзүлүштөр үчүн байкалбаган көптөгөн кызыктай кванттык механикалык эффекттер бар. Бирок, жалпысынан алганда, транзисторлорду кичирейтүү аларды тезирээк кылат. Бирок электрондук буюмдар жөн гана транзисторлор эмес. Башка компоненттерди кичирейткениңизде, алар кандай иштешет?
Жалпысынан алганда, резисторлор, конденсаторлор жана индукторлор сыяктуу пассивдүү компоненттер кичирейгенде жакшы болбойт: көп жагынан алар начарлайт. Ошондуктан, бул компоненттерди миниатюризациялоо, негизинен, аларды азыраак көлөмгө кысуу, ошону менен PCB мейкиндигин үнөмдөө.
Резистордун көлөмүн өтө көп жоготууга алып келбестен азайтса болот. Материалдын бир бөлүгүнүн каршылыгы төмөнкүчө аныкталат, мында l – узундук, А – кесилиш аянты, ρ – материалдын каршылыгы. Сиз жөн гана узундугун жана кесилишин кыскартып, физикалык жактан кичине резистор менен аяктасаңыз болот, бирок ошол эле каршылыкка ээ. Жалгыз жетишпеген жагы, ошол эле кубаттуулукту чачканда, физикалык жактан кичине резисторлор чоңураак резисторлорго караганда көбүрөөк жылуулукту жаратат. Ошондуктан, кичинекей резисторлор аз кубаттуулуктагы схемаларда гана колдонулушу мүмкүн. Бул таблицада SMD резисторлорунун максималдуу кубаттуулугу алардын көлөмү азайган сайын азаят.
Бүгүн, сиз сатып ала турган кичинекей резистор метрикалык 03015 өлчөмү (0,3 мм х 0,15 мм) болуп саналат. Алардын номиналдык кубаттуулугу болгону 20 мВт жана өтө аз кубаттуулукту таркаткан жана өлчөмү өтө чектелген схемалар үчүн гана колдонулат. Кичирээк метрикалык 0201 пакети (0,2 мм х 0,1 мм) чыгарылды, бирок али өндүрүшкө киргизиле элек. Бирок алар өндүрүүчүнүн каталогунда пайда болсо да, алар бардык жерде болот деп күтпөңүз: көпчүлүк тандоо жана жайгаштыруучу роботтор аларды башкарууга жетиштүү так эмес, андыктан алар дагы эле niche продуктулары болушу мүмкүн.
Конденсаторлорду да кичирейтсе болот, бирок бул алардын сыйымдуулугун азайтат. Шунттук конденсатордун сыйымдуулугун эсептөө формуласы болуп саналат, мында A - тактанын аянты, d - алардын ортосундагы аралык, ε - диэлектрдик туруктуу (аралык материалдын касиети). Эгерде конденсатор (негизинен жалпак түзүлүш) кичирейтилген болсо, аянтты кыскартуу керек, ошону менен сыйымдуулукту азайтат. Эгер сиз дагы эле кичинекей көлөмдө көп нафараны топтогуңуз келсе, жалгыз вариант - бир нече катмарды чогултуу. Жука пленкаларды (кичинекей d) жана атайын диэлектриктерди (чоңураак ε менен) мүмкүн кылган материалдардын жана өндүрүштүн өнүгүшүнө байланыштуу акыркы бир нече он жылдыкта конденсаторлордун өлчөмү бир кыйла кичирейген.
Бүгүнкү күндө жеткиликтүү болгон эң кичинекей конденсатор ультра кичинекей метрикалык 0201 пакетинде: болгону 0,25 мм х 0,125 мм. Алардын сыйымдуулугу дагы эле пайдалуу 100 нФ менен чектелген жана максималдуу иштөө чыңалуу 6,3 V. Ошондой эле, бул пакеттер өтө кичинекей жана аларды иштетүү үчүн өркүндөтүлгөн жабдууларды талап кылат, бул алардын кеңири жайылышын чектейт.
Индукторлор үчүн окуя бир аз татаал. Түз катушканын индуктивдүүлүгү төмөнкүчө аныкталат, мында N - бурулуштардын саны, A - катушканын кесилишинин аянты, l - анын узундугу, μ - материалдык константа (өткөрүү). Эгерде бардык өлчөмдөр эки эсеге кыскарса, индуктивдүүлүк да эки эсеге азаят. Бирок зымдын каршылыгы өзгөрүүсүз бойдон калууда: себеби зымдын узундугу жана кесилиши анын баштапкы маанисинин төрттөн бирине чейин кыскарган. Бул сиз индуктивдүүлүктүн жарымында бирдей каршылыкка ээ болосуз, демек сиз катушканын сапаттык (Q) факторун эки эсе азайтасыз.
Коммерциялык жактан жеткиликтүү эң кичине дискреттик индуктор дюйм өлчөмүн 01005 (0,4 мм х 0,2 мм) кабыл алат. Булар 56 нН жана бир нече Ом каршылыкка ээ. Өтө кичинекей метрикалык 0201 пакетиндеги индукторлор 2014-жылы чыгарылган, бирок, сыягы, алар рынокко эч качан киргизилген эмес.
Индукторлордун физикалык чектөөлөрү графенден жасалган катушкаларда байкалган динамикалык индуктивдүүлүк деп аталган кубулушту колдонуу менен чечилген. Бирок, ошондой болсо да, эгерде аны коммерциялык жактан ылайыктуу жол менен өндүрүү мүмкүн болсо, ал 50% га өсүшү мүмкүн. Акыр-аягы, катушканы жакшы кичирейтүү мүмкүн эмес. Бирок, эгерде сиздин схемаңыз жогорку жыштыктарда иштеп жатса, бул сөзсүз эле көйгөй эмес. Сиздин сигнал GHz диапазонунда болсо, бир нече nH катушкалар, адатта, жетиштүү болот.
Бул бизди өткөн кылымда кичирейтилген дагы бир нерсеге алып келет, бирок сиз дароо байкабай калышыңыз мүмкүн: биз байланыш үчүн колдонгон толкун узундугу. Алгачкы радиоберүүлөрдө болжол менен 300 метр толкун узундугу менен 1 МГц орто толкундуу AM жыштыгы колдонулган. Борбору 100 МГц же 3 метр болгон FM жыштык тилкеси 1960-жылдары популярдуу болуп, бүгүнкү күндө биз негизинен 1 же 2 ГГц (болжол менен 20 см) 4G байланышын колдонобуз. Жогорку жыштыктар көбүрөөк маалымат берүү мүмкүнчүлүгүн билдирет. Мына ушул жыштыктарда иштеген арзан, ишенимдүү жана энергияны үнөмдөөчү радиоприемниктерди миниатюризациялоонун аркасында.
Кичирейген толкун узундуктары антенналарды кичирейтиши мүмкүн, анткени алардын өлчөмү алар берүү же кабыл алуу керек болгон жыштыкка түздөн-түз байланыштуу. Азыркы уюлдук телефондор ГГц жыштыктагы атайын байланышынын аркасында узун чыгып турган антенналарга муктаж эмес, антеннанын узундугу болжол менен бир сантиметр гана болушу керек. Ошондуктан FM кабылдагычтары бар көпчүлүк уюлдук телефондор колдонуудан мурун наушникти сайып турууну талап кылат: радио бир метрлик толкундардан жетиштүү сигнал күчүн алуу үчүн антенна катары кулакчындын зымын колдонушу керек.
Биздин миниатюралык антенналарыбызга туташтырылган схемаларга келсек, алар кичирээк болгондо чындыгында аларды жасоо оңой болуп калат. Бул транзисторлор тезирээк болуп калгандыктан гана эмес, ошондой эле электр өткөргүч линияларынын эффекттери көйгөй болбой калгандыктан. Кыскасы, зымдын узундугу толкун узундугунун ондон биринен ашканда, схеманы иштеп чыгууда анын узундугу боюнча фазалык жылышты эске алуу керек. 2,4 ГГц, бул чынжырыңызга бир гана сантиметр зым таасир эткенин билдирет; эгерде сиз дискреттик компоненттерди бириктирсеңиз, бул баш оору, бирок схеманы бир нече квадрат миллиметрге жайгаштырсаңыз, бул көйгөй эмес.
Мур мыйзамынын кыйрашын алдын ала айтуу же бул божомолдор кайра-кайра туура эмес экенин көрсөтүү илимий жана технологиялык журналистикада кайталануучу тема болуп калды. Оюндун алдыңкы сабында турган үч атаандаш Intel, Samsung жана TSMC дагы эле бир чарчы микрометрге көбүрөөк функцияларды кысуусун улантып, келечекте жакшыртылган чиптердин бир нече муундарын киргизүүнү пландап жатканы факт бойдон калууда. Ар бир кадамда жетишкен ийгиликтер жыйырма жыл мурункудай чоң болбосо да, транзисторлорду кичирейтүү уланууда.
Бирок, дискреттик компоненттер үчүн биз табигый чекке жеттик окшойбуз: аларды кичирейтүү алардын иштешин жакшыртпайт жана учурда жеткиликтүү болгон эң кичинекей компоненттер көп колдонуу учурларынан кичине. Дискреттик түзүлүштөр үчүн Мурдун мыйзамы жок окшойт, бирок Мурдун мыйзамы бар болсо, биз бир адам SMD ширетүү чакырыгын канчалык көтөрө аларын көргүбүз келет.
Мен ар дайым 1970-жылдары колдонгон PTH резисторунун сүрөтүн тартып, ага SMD резисторун койгум келчү, мен азыр кирип/чыгарып жаткандай эле. Менин максатым бир туугандарыма (эч бири электрондук продуктылар эмес) канча өзгөртүү, анын ичинде жумушумдун бөлүктөрүн да көрө алгыдай кылуу (көзүмдүн көрүүсү начарлап, колдорум титиреп баратат).
Мен айткым келет, биргеби же жокпу. Мен чындап эле "жакшыр, жакшыр" дегенди жек көрөм. Кээде макетиңиз жакшы иштейт, бирок бөлүктөрүңүздү мындан ары ала албайсыз. Бул эмне деген? . Жакшы концепция жакшы түшүнүк, аны эч себепсиз жакшыртпай, ошол бойдон сактаган жакшы. Гант
"Чындыгында Intel, Samsung жана TSMC үч компания дагы эле бул оюндун алдыңкы сабында атаандашып, ар бир чарчы микрометрге көбүрөөк мүмкүнчүлүктөрдү кысып жатышат"
Электрондук компоненттер чоң жана кымбат. 1971-жылы орточо үй-бүлөдө бир нече гана радио, стерео жана телевизор болгон. 1976-жылга карата компьютерлер, эсептегичтер, санариптик сааттар жана сааттар чыга баштады, алар керектөөчүлөр үчүн чакан жана арзан болгон.
Кээ бир миниатюризация дизайндан келип чыгат. Операциялык күчөткүчтөр кээ бир учурларда чоң индукторлорду алмаштырууга мүмкүн болгон гираторлорду колдонууга мүмкүндүк берет. Активдүү чыпкалар индукторлорду да жок кылат.
Чоңураак компоненттер башка нерселерге көмөктөшөт: схеманы минималдаштыруу, башкача айтканда, схеманы иштетүү үчүн эң аз компоненттерди колдонууга аракет кылуу. Бүгүнкү күндө биз анча деле маани бербейбиз. Сигналдын өзгөрүшү үчүн бир нерсе керекпи? Операциялык күчөткүчтү алыңыз. Сизге мамлекеттик машина керекпи? mpu алыңыз. ж.б. компоненттери бүгүнкү күндө чынында эле кичинекей, бирок, чынында, ичинде көптөгөн компоненттери бар. Ошентип, негизинен, чынжырыңыздын көлөмү чоңоюп, электр энергиясын керектөө көбөйөт. Сигналдын инверсиясы үчүн колдонулган транзистор операциялык күчөткүчкө караганда бир эле ишти аткаруу үчүн азыраак күч колдонот. Бирок, дагы бир жолу, кичирейтүү бийликти колдонууга кам көрөт. Болгону инновация башка нукка түшүп кетти.
Кичирейтүүнүн кээ бир эң чоң артыкчылыктарын/себептерин чындап эле өткөрүп жибердиңиз: пакеттик мителердин азайышы жана кубаттуулукту иштетүүнүн көбөйүшү (бул карама-каршы көрүнөт).
Практикалык көз караштан алганда, функциянын өлчөмү болжол менен 0,25u жеткенде, сиз GHz деңгээлине жетесиз, ошол учурда чоң SOP пакети эң чоң* эффект бере баштайт. Узун туташтыргыч зымдар жана ал жетектер акыры сени өлтүрөт.
Бул учурда, QFN/BGA пакеттери аткаруу жагынан абдан жакшырды. Кошумчалай кетсек, сиз пакетти ушундай тегиз орнотконуңузда, сиз * олуттуу * жакшыраак термикалык көрсөткүчтөргө жана ачык төшөлөргө ээ болосуз.
Мындан тышкары, Intel, Samsung жана TSMC, албетте, маанилүү ролду ойнойт, бирок ASML бул тизмеде алда канча маанилүү болушу мүмкүн. Албетте, бул пассивдүү үнгө тиешелүү эмес…
Бул кийинки муундагы процесс түйүндөрүнүн жардамы менен кремний чыгымдарын азайтуу жөнүндө гана эмес. Башка нерселер, мисалы, сумкалар. Кичинекей пакеттер азыраак материалдарды жана wcsp же андан азыраак талап кылат. Кичинекей пакеттер, кичине PCB же модулдар ж.б.
Мен кээ бир каталог өнүмдөрүн көп көрөм, бул жерде бир гана кыймылдаткыч фактор - чыгымдарды азайтуу. МГц/эстин көлөмү бирдей, SOC функциясы жана пиндин жайгашуусу бирдей. Биз энергияны керектөөнү азайтуу үчүн жаңы технологияларды колдонушубуз мүмкүн (көбүнчө бул бекер эмес, андыктан кардарлар көңүл бурган айрым атаандаштык артыкчылыктар болушу керек)
Ири компоненттердин артыкчылыктарынын бири - радиацияга каршы материал. Бул маанилүү кырдаалда кичинекей транзисторлор космостук нурлардын таасирине көбүрөөк дуушар болушат. Мисалы, космосто жана ал тургай бийик тоолуу обсерваторияларда.
Мен ылдамдыкты жогорулатуунун негизги себебин көргөн жокмун. Сигналдын ылдамдыгы наносекундда болжол менен 8 дюймду түзөт. Ошентип, жөн гана өлчөмүн азайтуу менен, тез чиптер мүмкүн.
Пакеттин өзгөрүшүнө жана кыскартылган циклдерге (1/жыштык) байланыштуу таралуу кечигүү айырмасын эсептөө менен өзүңүздүн математикаңызды текшергиңиз келиши мүмкүн. Башкача айтканда, фракциялардын кечигүүсүн/мөөнөтүн кыскартуу. Ал тегеректөө фактору катары да көрүнбөй турганын көрөсүз.
Мен кошумчалай турган бир нерсе, көптөгөн IC, айрыкча, эски конструкциялар жана аналогдук чиптер, жок дегенде, ички түрдө кыскартылбайт. Автоматташтырылган өндүрүштүн жакшыруусунан улам, пакеттер кичирейип калды, бирок бул DIP пакеттеринин ичинде транзисторлор ж.
Роботту жогорку ылдамдыктагы тандоо жана жайгаштыруу колдонмолорунда кичинекей компоненттерди иштетүү үчүн жетиштүү так кылуу көйгөйүнөн тышкары, дагы бир маселе кичинекей компоненттерди ишенимдүү ширетүүдө. Айрыкча, күч/кубаттуулук талаптарына байланыштуу чоңураак компоненттер керек болгондо. Атайын ширетүү пастасын колдонуу менен, атайын кадам чаптоочу паста шаблондору (зарыл жерде бир аз көлөмдө ширетүү пастасын колдонуңуз, бирок чоң компоненттер үчүн жетиштүү ширетүүчү паста менен камсыз кылуу) абдан кымбаттай баштады. Ошентип, менимче, плато бар, жана андан ары райондук тактанын деңгээлинде кичирейтүү - бул жөн гана кымбат жана мүмкүн болгон жол. Бул учурда, сиз кремний пластинкасынын деңгээлинде көбүрөөк интеграцияны жасап, дискреттик компоненттердин санын абсолюттук минимумга чейин жөнөкөйлөтө аласыз.
Муну телефонуңуздан көрөсүз. Болжол менен 1995-жылы, мен гараждагы сатуудан кээ бир алгачкы уюлдук телефондорду бир нече долларга сатып алгам. Көпчүлүк IC тешикчелер. Таанылуучу CPU жана NE570 компандер, көп жолу колдонулуучу IC.
Анан мен бир нече жаңыртылган кол телефондорго ээ болдум. Бул жерде өтө аз компоненттер жана дээрлик эч нерсе тааныш эмес. Аз сандагы ИКтерде тыгыздык гана жогору эмес, ошондой эле жаңы дизайн (SDR караңыз) кабыл алынган, ал мурда зарыл болгон дискреттик компоненттердин көбүн жок кылат.
> (Керек жерде бир аз көлөмдөгү ширетүү пастасын колдонуңуз, бирок чоң компоненттер үчүн жетиштүү ширетүү пастасын камсыз кылыңыз)
Эй, мен бул көйгөйдү чечүү үчүн “3D/Толкун” шаблонун элестеттим: эң кичинекей компоненттер турган жерде ичке, ал эми электр чынжырчасы жайгашкан жерде жоон.
Азыркы учурда, SMT компоненттери абдан кичинекей, сиз өзүңүздүн CPUңызды иштеп чыгуу жана аны PCBде басып чыгаруу үчүн чыныгы дискреттик компоненттерди (74xx жана башка таштандыларды эмес) колдоно аласыз. Аны LED менен чачыңыз, анын реалдуу убакытта иштеп жатканын көрө аласыз.
Жылдар бою, мен, албетте, татаал жана чакан компоненттеринин тез өнүгүшүн баалайм. Алар эбегейсиз прогрессти камсыз кылат, бирок ошол эле учурда прототиптөөнүн кайталануучу процессине татаалдыктын жаңы деңгээлин кошот.
Аналогдук схемаларды тууралоо жана симуляциялоо ылдамдыгы лабораторияда кылганыңыздан алда канча тезирээк. Санариптик схемалардын жыштыгы жогорулаган сайын, PCB чогулуштун бир бөлүгү болуп калат. Мисалы, электр берүү линиясынын эффекттери, таралуунун кечигүүлөрү. Ар кандай алдыңкы технологияны прототиптөө лабораторияда оңдоолорду киргизбестен, долбоорду туура бүтүрүүгө жумшалат.
Хобби буюмдарына келсек, баалоо. Электрондук такталар жана модулдар кичирейтүү компоненттери жана алдын ала тестирлөө модулдары үчүн чечим болуп саналат.
Бул нерселерди "көңүлдүү" жоготуп коюшу мүмкүн, бирок менин оюмча, долбооруңузду биринчи жолу ишке киргизүү жумуш же хоббиден улам көбүрөөк мааниге ээ болушу мүмкүн.
Мен кээ бир дизайндарды тешиктен SMDге өзгөртүп жатам. Арзаныраак буюмдарды жаса, бирок прототиптерди кол менен куруу кызыктуу эмес. Бир кичинекей ката: "параллель жер" "параллель пластинка" деп окуу керек.
Жок. Система жеңгенден кийин, археологдор анын табылгалары менен дагы эле баш аламандыкта болушат. Ким билет, балким 23-кылымда Планетардык альянс жаңы системаны кабыл алат...
Мен дагы макул боло албадым. 0603 өлчөмү кандай? Албетте, 0603 өлчөмүн империялык өлчөм катары сактоо жана 0603 метрикалык өлчөмүн 0604 (же 0602) "чалуу" анчалык деле кыйын эмес, ал тургай, техникалык жактан туура эмес болсо да (б.а.: чыныгы дал келген өлчөм - андай эмес). Катуу), бирок, жок эле дегенде, ар бир адам сиз айтып жаткан технологияны билет (метрикалык/империялык)!
"Жалпысынан алганда, резисторлор, конденсаторлор жана индукторлор сыяктуу пассивдүү компоненттерди кичирейтсеңиз жакшы болбойт."