жаңылыктар

Балким, Ом мыйзамынан кийин электроникадагы эң атактуу экинчи мыйзам Мурдун мыйзамы: Интегралдык микросхемада өндүрүлө турган транзисторлордун саны эки жыл сайын эки эсе көбөйөт. жеке транзисторлор убакыттын өтүшү менен кичирейет. Биз жаңы муундагы микросхемалардын көлөмү кадимки ылдамдыкта пайда болот деп күтө баштадык, бирок нерселерди кичирейтүүнүн эмне кереги бар? Кичинекей дайыма жакшыраак дегенди билдиреби?
Өткөн кылымда электрондук инженерия эбегейсиз прогресске жетишти. 1920-жылдары эң өнүккөн AM радиолору бир нече вакуумдук түтүктөрдөн, бир нече чоң индукторлордон, конденсаторлордон жана резисторлордон, антенна катары колдонулган ондогон метр зымдардан жана чоң батареялардан турган. бүт аппаратты иштетүү үчүн. Бүгүн, сиз чөнтөгүңүздөгү аспаптан ондон ашык музыка агымынын кызматтарын уга аласыз жана андан да көптү 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 камтууга мүмкүндүк берет. Бул санариптик схемалар үчүн өзгөчө маанилүү: көбүрөөк компоненттер ошол эле убакыттын ичинде көбүрөөк иштете аласыз дегенди билдирет. Мисалы, теорияда, 64 биттик процессор иштеткен маалыматтын көлөмү бир эле тактык жыштыкта ​​иштеген 8 биттик процессордон сегиз эсе көп. Бирок ал сегиз эсе көп компоненттерди талап кылат: регистрлер, суммарлар, автобустар жана башкалар сегиз эсе чоңураак. .Демек, сизге же сегиз эсе чоңураак чип же сегиз эсе кичине транзистор керек.
Бул эстутум микросхемаларына да тиешелүү: Кичинекей транзисторлорду жасоо менен сиз бирдей көлөмдө көбүрөөк сактоо мейкиндигине ээ болосуз. Бүгүнкү күндө көпчүлүк дисплейлердеги пикселдер жука пленкалуу транзисторлордон жасалган, андыктан аларды кичирейтип, жогорку резолюцияларга жетүү акылга сыярлык. , транзистор канчалык кичине болсо, ошончолук жакшы жана дагы бир маанилүү себеби бар: алардын иштеши абдан жакшырган. Бирок эмне үчүн так?
Сиз транзисторду жасаган сайын, ал кошумча компоненттерди бекер камсыздайт. Ар бир терминалда сериялык резистор бар. Ток алып жүргөн ар кандай объектиде ошондой эле өзүн-өзү индуктивдүүлүк бар. Акырында, бири-бирине караган эки өткөргүчтүн ортосунда сыйымдуулук бар. Бул эффекттердин бардыгы энергияны сарпташат жана транзистордун ылдамдыгын басаңдатат. Паразиттик сыйымдуулуктар өзгөчө түйшүктүү: транзисторлор күйгүзүлгөн же өчүрүлгөн сайын аларды заряддоо жана разряддоо керек, бул үчүн электр жабдыктарынан убакыт жана ток талап кылынат.
Эки өткөргүчтүн ортосундагы сыйымдуулук алардын физикалык өлчөмүнө жараша болот: кичине өлчөмдөрү кичирээк сыйымдуулукту билдирет. Ал эми кичинекей конденсаторлор жогорку ылдамдыкты жана азыраак кубаттуулукту билдиргендиктен, кичине транзисторлор жогорку сааттык жыштыктарда иштей алышат жана муну менен жылуулукту азыраак тарата алышат.
Транзисторлордун өлчөмүн кичирейткен сайын, сыйымдуулук өзгөргөн жалгыз эффект эмес: чоңураак түзүлүштөр үчүн ачык-айкын болбогон көптөгөн кызыктай кванттык механикалык эффекттер бар. Бирок, жалпысынан алганда, транзисторлорду кичирейтүү аларды тезирээк кылат. Бирок электрондук буюмдар көбүрөөк. 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 кичирейтүү, негизинен, аларды кичине көлөмгө кысуу мүмкүнчүлүгүнө ээ болуу. , ошону менен PCB мейкиндигин үнөмдөйт.
Резистордун өлчөмүн өтө көп жоготууга алып келбестен азайтууга болот. Материалдын бир бөлүгүнүн каршылыгы төмөнкүчө берилет, мында l - узундук, A - кесилиш аянты, ρ - материалдын каршылыгы. жөн гана узундугун жана кесилишин кыскартып, физикалык жактан кичине резистор менен аяктайт, бирок ошол эле каршылыкка ээ. Бир гана жетишпеген жагы, ошол эле кубаттуулукту таратканда, 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 өлчөмү азайган сайын азаят.
Бүгүнкү күндө сиз сатып ала турган эң кичинекей резистор бул 03015 метрикалык өлчөмү (0,3 мм x 0,15 мм). Алардын номиналдык кубаттуулугу болгону 20 мВт жана өтө аз кубаттуулукту таркаткан жана көлөмү өтө чектелген схемалар үчүн гана колдонулат. Кичирээк метрикалык 0201 пакет (0,2 мм x 0,1 мм) чыгарылды, бирок али өндүрүшкө киргизиле элек. Бирок алар өндүрүүчүнүн каталогунда пайда болсо да, алар бардык жерде болот деп күтпөңүз: көпчүлүк роботторду тандоо жана жайгаштыруу жетиштүү так эмес. аларды иштетүү үчүн, алар дагы эле niche продукт болуп калышы мүмкүн.
Конденсаторлорду да кичирейтсе болот, бирок бул алардын сыйымдуулугун төмөндөтөт. Шунттук конденсатордун сыйымдуулугун эсептөө формуласы, мында A - тактанын аянты, d - алардын ортосундагы аралык, ал эми ε - диэлектрдик өтмүш. (аралык материалдын касиети).Эгер конденсатор (негизинен жалпак түзүлүш) кичирейтилген болсо, анда аянтты кыскартуу керек, ошону менен capacitance.If сиз дагы эле кичинекей көлөмдө nafara көп топтоону кааласаңыз, жалгыз вариант бир нече катмарды бириктирүү болуп саналат. Жука пленкаларды (кичинекей d) жана атайын диэлектриктерди (чоңураак ε менен) мүмкүн кылган материалдардагы жана өндүрүштөгү жетишкендиктерден улам акыркы бир нече он жылдыкта конденсаторлордун өлчөмү кыйла кичирейген.
Бүгүнкү күндө эң кичинекей конденсатор өтө 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 абдан кичинекей жана аларды иштетүү үчүн заманбап жабдууларды талап кылат, бул алардын кеңири жайылышын чектейт.
Индукторлор үчүн окуя бир аз татаал. Түз катушканын индуктивдүүлүгү төмөнкүчө берилет, мында N - бурулуштардын саны, A - катушканын кесилишинин аянты, l - анын узундугу жана μ - материалдык константа (өткөрүү).Эгер бардык өлчөмдөр эки эсеге азайса, индуктивдүүлүк да эки эсеге азаят.Бирок, зымдын каршылыгы өзгөрүүсүз калат: бул зымдын узундугу жана кесилиши бир азга чейин кыскаргандыктан. анын баштапкы наркынын төрттөн бир бөлүгү. Бул сиз индуктивдүүлүктүн жарымында бирдей каршылыкка ээ болосуз, демек, катушканын сапаттык (Q) факторун эки эсе азайтасыз.
Эң кичинекей коммерциялык дискреттик индуктор 01005 дюйм өлчөмүн (0,4 мм х 0,2 мм) кабыл алат. Булар 56 нН сыяктуу жогору жана бир нече ohms каршылыкка ээ. Ультра кичинекей метрикалык 0201 пакеттеги индукторлор 2014-жылы чыгарылган, бирок сыягы, алар эч качан рынокко киргизилген эмес.
Индукторлордун физикалык чектөөлөрү динамикалык индуктивдүүлүк деп аталган феноменди колдонуу менен чечилди, аны графенден жасалган катушкалар байкаса болот. Бирок ошондой болсо да, эгерде ал коммерциялык жактан жарактуу жол менен өндүрүлүшү мүмкүн болсо, ал 50% га көбөйүшү мүмкүн. катушканы жакшы кичирейтүү мүмкүн эмес. Бирок, эгер чынжырыңыз жогорку жыштыктарда иштеп жатса, бул сөзсүз эле көйгөй эмес. Сигналыңыз ГГц диапазонунда болсо, адатта бир нече nH катушкалар жетиштүү.
Бул бизди өткөн кылымда кичирейтилген дагы бир нерсеге алып келет, бирок сиз дароо байкабайсыз: биз байланыш үчүн колдонгон толкун узундугу. Алгачкы радиоберүүлөрдө 300 метрге жакын толкун узундугу менен 1 МГц орто толкундуу AM жыштыгы колдонулган. 100 МГц же 3 метрге багытталган FM жыштык тилкеси 1960-жылдардын тегерегинде популярдуу болуп, бүгүнкү күндө биз негизинен 1 же 2 ГГц (болжол менен 20 см) тегерегинде 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 алардын өткөрүү же кабыл алуу жыштыгына түздөн-түз байланыштуу. Бүгүнкү уюлдук телефондор ГГц жыштыктарында атайын байланышы аркасында узун чыгып турган антенналарга муктаж эмес, антенна бир гана болушу керек. сантиметр. Ошондуктан FM кабыл алгычтары бар көпчүлүк уюлдук телефондор колдонуудан мурун наушникти сайып турууну талап кылат: радио бир метр узундуктагы толкундардан жетиштүү сигнал күчүн алуу үчүн кулакчындын зымын антенна катары колдонушу керек.
Биздин миниатюралык антенналарыбызга туташтырылган схемаларга келсек, алар кичирейгенде, аларды жасоо оңой болуп калат. Бул транзисторлор тезирээк болуп калгандыктан гана эмес, ошондой эле электр өткөргүч линияларынын эффекттери көйгөй болбой калгандыктан. Кыскасы, узундугу качан зым толкун узундугунун ондон бир бөлүгүнөн ашса, схеманы долбоорлоодо анын узундугу боюнча фазалык жылышты эске алуу керек. 2,4 ГГц жыштыкта, 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 темага айланды. Intel, Samsung жана TSMC дагы эле алдыңкы сапта турган үч атаандаш экени чындык. оюндун, чарчы микрометрге көбүрөөк мүмкүнчүлүктөрдү кысуу улантуу жана келечекте жакшыртылган чиптердин бир нече муундарын киргизүүнү пландаштырууда. Алар ар бир кадамда жетишкен прогресс жыйырма жыл мурункудай чоң болбосо да, транзисторлорду миниатюризациялоо улантат.
Бирок, дискреттик компоненттер үчүн биз табигый чекке жеттик окшойбуз: аларды кичирейтүү алардын иштешин жакшыртпайт жана учурда жеткиликтүү болгон эң кичинекей компоненттер көпчүлүк колдонуу учурларынан кичине. Дискреттик түзүлүштөр үчүн Мур мыйзамы жок окшойт бирок Мурдун Мыйзамы бар болсо, анда биз бир адам SMD ширетүү чакырыгын канчалык көтөрө аларын көргүбүз келет.
Мен ар дайым 1970-жылдары колдонгон PTH резисторумду сүрөткө тартып, ага SMD резисторун койгум келчү, мен азыр кирип/чыгарып жаткандай элем. Менин максатым бир туугандарымды жана эже-карындаштарымды жасоо (алардын бири да жок). электрондук продуктылар) канчалык өзгөрөт, анын ичинде мен жумушумдун бөлүктөрүн да көрө алам (көзүмдүн көрүүсү начарлап бараткандыктан, колдорум титиреп баратат).
Мен айткым келет, бул биргеби же жокпу. Мен чындап эле "жакшыртуу, жакшырууну" жек көрөм. Кээде сиздин макетиңиз жакшы иштейт, бирок сиз бөлүктөрдү ала албай каласыз. Бул эмне деген тозок?.Жакшы концепция - бул жакшы түшүнүк жана аны эч себепсиз жакшырткандан көрө, 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 тетиктер 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 баштаган, алар керектөөчүлөр үчүн кичинекей жана арзан болгон.
Кээ бир miniaturization design.Operational күчөткүчтөр кээ бир учурларда чоң индукторлорду алмаштырууга мүмкүн gyrators, пайдаланууга мүмкүндүк берет. Active чыпкалары, ошондой эле индукторлорду жок.
Чоңураак компоненттер башка нерселерге көмөктөшөт: схеманы минимизациялоо, башкача айтканда, схеманы иштетүү үчүн эң аз компоненттерди колдонууга аракет кылуу. Бүгүнкү күндө бизге анча деле маани берилбейт. Сигналдын тескерисине бир нерсе керекпи? Операциялык күчөткүчтү алыңыз. Сизге мамлекеттик машина керекпи? mpu.etc алыңыз. Компоненттер бүгүн чындап эле кичинекей, бирок чындыгында ичинде көптөгөн компоненттер бар. Демек, сиздин чынжырыңыз чоңоюп, электр кубатын керектөө көбөйөт. Сигналды инвертлөө үчүн колдонулган транзистор энергияны азыраак колдонот. операциялык күчөткүчкө караганда бир эле ишти аткарыңыз. Бирок, дагы бир жолу, кичирейтүү күчтү колдонууга кам көрөт. Болгону, инновация башка багытта 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* эффектти бере баштайт. Узун байланыш зымдары жана ал жетелейт, акыры сизди 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 жөн гана кийинки муундагы процесс nodes.Other нерселер аркылуу кремний чыгымдарын азайтуу жөнүндө эмес, мисалы, bags.Smaller пакеттери азыраак материалдарды жана wcsp же андан да азыраак талап кылат. Кичинекей пакеттер, кичине PCBs же модулдар, ж.б.
Мен кээ бир каталог өнүмдөрүн көп көрөм, бул жерде бирден-бир кыймылдаткыч фактор - чыгымды азайтуу. МГц/эстутумдун көлөмү бирдей, SOC функциясы жана пиндин жайгашуусу бирдей. Биз энергияны керектөөнү азайтуу үчүн жаңы технологияларды колдонушубуз мүмкүн (адатта бул бекер эмес, ошондуктан кардарлар кам көрө турган кээ бир атаандаштык артыкчылыктары болушу керек)
Ири компоненттердин артыкчылыктарынын бири анти-радиациялык материал болуп саналат.Tiny транзисторлор бул маанилүү кырдаалда, космостук нурлардын таасирине көбүрөөк кабылышат.Мисалы, космосто жана ал тургай бийик тоолуу обсерваторияларда.
Мен ылдамдыкты жогорулатуунун негизги себебин көргөн жокмун. Сигналдын ылдамдыгы наносекундда болжол менен 8 дюймду түзөт. Демек, өлчөмүн кичирейтүү менен, микросхемалардын ылдамыраак болушу мүмкүн.
Сиз өзүңүздүн математикаңызды таңгактардын өзгөрүшүнө жана кыскартылган циклдерге (1/жыштык) байланыштуу таралуу кечигүү айырмасын эсептөө менен текшерип көргүңүз келет. Башкача айтканда, фракциялардын кечигүүсүн/мезгилдигин кыскартуу үчүн. Сиз ал тургай көрүнбөй турганын көрөсүз. тегеректөө фактору.
Мен кошумчалай турган бир нерсе, көптөгөн IC, айрыкча, эски конструкциялар жана аналогдук чиптер, чынында, кыскартылбайт, жок дегенде, ички түрдө. Автоматташтырылган өндүрүштүн жакшырышына байланыштуу, пакеттер кичирейип кетти, бирок DIP пакеттеринде адатта бир топ бар. транзисторлор ж.б. кичирейип кеткендиктен эмес, ичинде калган боштук.
Роботту чындыгында жогорку ылдамдыктагы тандоо жана жайгаштыруу колдонмолорунда кичинекей компоненттерди иштетүү үчүн жетиштүү так кылуу маселесинен тышкары, дагы бир маселе - кичинекей компоненттерди ишенимдүү ширетүүдө. Өзгөчө күч/кубаттуулук талаптарынан улам чоңураак компоненттер керек болгондо. атайын solder пастасы, атайын кадам solder pasta шаблондору (зарыл жерде бир аз өлчөмдөгү ширетүү пастасын колдонуу, бирок дагы эле чоң компоненттер үчүн жетиштүү ширетүү пастасы менен камсыз кылуу) абдан кымбат болуп баштады. Ошентип, плато бар деп ойлойм, жана схема боюнча андан ары кичирейтүү. тактайдын деңгээли жөн гана кымбат жана мүмкүн болгон жол. Бул учурда, сиз кремний пластинкасынын деңгээлинде көбүрөөк интеграцияны жасап, дискреттик компоненттердин санын абсолюттук минимумга чейин жөнөкөйлөтө аласыз.
Сиз муну телефонуңуздан көрө аласыз. 1995-жылы, мен гараждагы сатуудан бир нече алгачкы уюлдук телефондорду ар бири бир нече долларга сатып алгам. Көпчүлүк IC тешиктери бар. Таанылуучу CPU жана NE570 компандери, көп жолу колдонулуучу IC.
Анан мен кээ бир жаңыртылган кол телефондору менен аяктадым. Компоненттери өтө аз жана дээрлик эч нерсе тааныш эмес. Аз сандагы ИКтерде тыгыздык гана жогору эмес, ошондой эле жаңы дизайн (SDR караңыз) кабыл алынган, ал көпчүлүктү жок кылат. мурда зарыл болгон дискреттик компоненттери.
> (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 чыныгы дискреттик компоненттерди (74xx жана башка таштандылар эмес) колдонуп, өз CPUңузду иштеп чыгып, аны PCBге басып чыгара аласыз. Аны LED менен чачыңыз, аны реалдуу убакыт режиминде көрө аласыз.
Жылдар бою, мен, албетте, татаал жана кичинекей компоненттердин тез өнүгүшүн баалайм. Алар эбегейсиз прогрессти камсыз кылат, бирок ошол эле учурда алар прототиптөөнүн кайталануучу процессине жаңы татаалдыкты кошот.
Аналогдук микросхемалардын тууралоо жана симуляция ылдамдыгы лабораторияда кылганыңыздан алда канча тезирээк. Санариптик схемалардын жыштыгы жогорулаган сайын, ПХБ assembly.For example, өткөргүч линиясынын эффекттерин, таралуу кечиктирилишинин бир бөлүгү болуп калат. Эң жакшысы лабораторияда оңдоолорду киргизгенден көрө, долбоорду туура бүтүрүүгө жумшалат.
Хобби буюмдарына келсек, evaluation.Circuit boards and modules - кичирейтүү компоненттери жана алдын ала тестирлөө модулдары үчүн чечим.
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 конструкцияларды тешиктен SMD.Make арзан өнүмдөрүнө өзгөртүп келем, бирок прототиптерди кол менен куруу кызыктуу эмес. Бир кичинекей ката: “параллель жер” дегенди “параллель пластинка” деп окуу керек.
Жок. Система жеңип чыккандан кийин, археологдор дагы эле анын табылгалары менен чаташып калышат. Ким билет, балким 23-кылымда Планетардык альянс жаңы системаны кабыл алат...
Мен дагы макул боло албадым. 0603 деген эмне? чыныгы дал келүүчү өлчөм-бул эмес) баары бир. 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."