novaĵoj

Eble post la leĝo de Ohm, la dua plej fama leĝo en elektroniko estas la leĝo de Moore: La nombro da transistoroj kiuj povas esti fabrikitaj sur integra cirkvito duobliĝas ĉiujn du jarojn aŭ pli. Ĉar la fizika grandeco de la peceto restas proksimume la sama, tio signifas ke individuaj transistoroj iĝos pli malgrandaj kun la tempo. Ni komencis atendi, ke nova generacio de blatoj kun pli malgrandaj trajtoj aperos kun normala rapido, sed kio estas la signifo fari aferojn pli malgrandaj? Ĉu pli malgranda ĉiam signifas pli bone?
En la pasinta jarcento, elektronika inĝenierado faris enorman progreson. En la 1920-aj jaroj, la plej progresintaj AM-radioj konsistis el pluraj vakutuboj, pluraj grandegaj induktoroj, kondensiloj kaj rezistiloj, dekoj da metroj da dratoj uzataj kiel antenoj, kaj granda aro da baterioj por funkciigi la tutan aparaton. Hodiaŭ, vi povas Aŭskulti pli ol dekduon de muzikfluaj servoj sur la aparato en via poŝo, kaj vi povas fari pli. Sed miniaturigo ne estas nur por porteblo: estas absolute necese atingi la rendimenton, kiun ni atendas de niaj aparatoj hodiaŭ.
Unu evidenta avantaĝo de pli malgrandaj komponantoj estas, ke ili permesas vin inkluzivi pli da funkcieco en la sama volumeno. Ĉi tio estas precipe grava por ciferecaj cirkvitoj: pli da komponantoj signifas, ke vi povas fari pli da pretigo en la sama tempo. Ekzemple, en teorio, la kvanto de informoj prilaborita per 64-bita procesoro estas ok fojojn tiu de 8-bita CPU kuranta je la sama horloĝfrekvenco. Sed ĝi ankaŭ postulas ok-oble pli multajn komponantojn: registroj, adiciiloj, busoj ktp estas ĉiuj ok-oble pli grandaj. Do vi aŭ bezonas blaton, kiu estas ok-oble pli granda, aŭ vi bezonas transistoron, kiu estas ok-oble pli malgranda.
La sama estas vera por memoraj blatoj: Farante pli malgrandajn transistorojn, vi havas pli da stoka spaco en la sama volumeno. La pikseloj en la plej multaj ekranoj hodiaŭ estas faritaj el maldikfilmaj transistoroj, do havas sencon malgrandigi ilin kaj atingi pli altajn rezoluciojn. Tamen, ju pli malgranda estas la transistoro, des pli bone, kaj estas alia decida kialo: ilia agado estas multe plibonigita. Sed kial ĝuste?
Kiam ajn vi faras transistoron, ĝi provizos kelkajn pliajn komponantojn senpage. Ĉiu terminalo havas rezistilon en serio. Ĉiu objekto kiu portas kurenton ankaŭ havas mem-induktancon. Finfine, ekzistas kapacitanco inter iuj du konduktiloj alfrontantaj unu la alian. Ĉiuj ĉi tiuj efikoj konsumas potencon kaj malrapidigas la rapidecon de la transistoro. Parazitaj kapacitancoj estas precipe ĝenaj: transistoroj devas esti ŝargitaj kaj malŝarĝitaj ĉiufoje kiam ili estas ŝaltitaj aŭ malŝaltitaj, kio postulas tempon kaj kurenton de la elektroprovizo.
La kapacitanco inter du konduktiloj estas funkcio de ilia fizika grandeco: pli malgranda grandeco signifas pli malgrandan kapacitancon. Kaj ĉar pli malgrandaj kondensiloj signifas pli altajn rapidecojn kaj pli malaltan potencon, pli malgrandaj transistoroj povas funkcii ĉe pli altaj horloĝfrekvencoj kaj disipi malpli varmecon en fari tion.
Ĉar vi ŝrumpas la grandecon de transistoroj, kapacitanco ne estas la sola efiko kiu ŝanĝiĝas: ekzistas multaj strangaj kvantumaj mekanikaj efikoj kiuj ne estas evidentaj por pli grandaj aparatoj. Tamen, ĝenerale, fari transistorojn pli malgrandaj igos ilin pli rapidaj. Sed elektronikaj produktoj estas pli ol nur transistoroj. Kiam vi malgrandigas aliajn komponentojn, kiel ili funkcias?
Ĝenerale parolante, pasivaj komponantoj kiel rezistiloj, kondensiloj kaj induktoroj ne pliboniĝos kiam ili malgrandiĝos: multmaniere ili plimalboniĝos. Tial, la miniaturigo de ĉi tiuj komponantoj estas ĉefe povi kunpremi ilin en pli malgrandan volumenon, tiel ŝparante PCB-spacon.
La grandeco de la rezistilo povas esti reduktita sen kaŭzado de tro da perdo. La rezisto de peco de materialo estas donita per, kie l estas la longo, A estas la sekca areo, kaj ρ estas la resistiveco de la materialo. Vi povas simple redukti la longon kaj sekcon, kaj fini kun fizike pli malgranda rezistilo, sed ankoraŭ havanta la saman reziston. La nura malavantaĝo estas ke dum disipado de la sama potenco, fizike pli malgrandaj rezistiloj generos pli da varmeco ol pli grandaj rezistiloj. Tial, malgrandaj rezistiloj nur povas esti uzitaj en malalt-potencaj cirkvitoj. Ĉi tiu tabelo montras kiel la maksimuma potenco-rangigo de SMD-rezistiloj malpliiĝas kiam ilia grandeco malpliiĝas.
Hodiaŭ, la plej malgranda rezistilo, kiun vi povas aĉeti, estas la metrika grandeco 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). Ilia taksita potenco estas nur 20 mW kaj estas nur uzitaj por cirkvitoj kiuj disipas tre malmulte da potenco kaj estas ekstreme limigitaj en grandeco. Pli malgranda metrika 0201 pakaĵo (0.2 mm x 0.1 mm) estis liberigita, sed ankoraŭ ne estis metita en produktadon. Sed eĉ se ili aperas en la katalogo de la fabrikanto, ne atendu, ke ili estu ĉie: la plej multaj elektaj kaj lokaj robotoj ne estas sufiĉe precizaj por manipuli ilin, do ili eble ankoraŭ estas niĉaj produktoj.
Kondensiloj ankaŭ povas esti malgrandigitaj, sed tio reduktos ilian kapacitancon. La formulo por kalkuli la kapacitancon de ŝunta kondensilo estas, kie A estas la areo de la tabulo, d estas la distanco inter ili, kaj ε estas la dielektrika konstanto (la propraĵo de la meza materialo). Se la kondensilo (esence plata aparato) estas miniaturigita, la areo devas esti reduktita, tiel reduktante la kapacitancon. Se vi ankoraŭ volas paki multe da nafara en malgranda volumo, la sola opcio estas stakigi plurajn tavolojn kune. Pro progresoj en materialoj kaj fabrikado, kiuj ankaŭ ebligis maldikaj filmoj (malgrandaj d) kaj specialajn dielektrikojn (kun pli grandaj ε), la grandeco de kondensiloj signife ŝrumpis en la lastaj jardekoj.
La plej malgranda kondensilo disponebla hodiaŭ estas en ultra-malgranda metrika 0201-pakaĵo: nur 0,25 mm x 0,125 mm. Ilia kapacitanco estas limigita al la ankoraŭ utila 100 nF, kaj la maksimuma funkciiga tensio estas 6.3 V. Ankaŭ, ĉi tiuj pakaĵoj estas tre malgrandaj kaj postulas altnivelan ekipaĵon por pritrakti ilin, limigante ilian ĝeneraligitan adopton.
Por induktoroj, la rakonto estas iom malfacila. La indukto de rekta bobeno estas donita de, kie N estas la nombro da turnoj, A estas la sekca areo de la bobeno, l estas ĝia longo, kaj μ estas la materiala konstanto (permeablo). Se ĉiuj dimensioj estas reduktitaj je duono, la induktanco ankaŭ estos reduktita je duono. Tamen, la rezisto de la drato restas la sama: tio estas ĉar la longo kaj sekco de la drato estas reduktitaj al kvarono de ĝia originala valoro. Ĉi tio signifas, ke vi finas kun la sama rezisto en duono de la indukto, do vi duonigas la kvaliton (Q) faktoron de la bobeno.
La plej malgranda komerce havebla diskreta induktoro adoptas la colgrandecon 01005 (0.4 mm x 0.2 mm). Tiuj estas same altaj kiel 56 nH kaj havas reziston de kelkaj omoj. Induktiloj en ultra-malgranda metrika 0201-pakaĵo estis liberigitaj en 2014, sed ŝajne ili neniam estis enkondukitaj al la merkato.
La fizikaj limigoj de induktoroj estis solvitaj uzante fenomenon nomitan dinamika induktanco, kiu povas esti observita en bobenoj faritaj el grafeno. Sed eĉ tiel, se ĝi povas esti fabrikita en komerce realigebla maniero, ĝi povas pliiĝi je 50%. Fine, la bobeno ne povas esti bone miniaturigita. Tamen, se via cirkvito funkcias ĉe altfrekvencoj, ĉi tio ne nepre estas problemo. Se via signalo estas en la GHz-gamo, kelkaj nH-bobenoj kutime sufiĉas.
Ĉi tio alportas nin al alia afero, kiu estis miniaturigita en la pasinta jarcento, sed vi eble ne tuj rimarkos: la ondolongo, kiun ni uzas por komunikado. Fruaj radielsendoj uzis mez-ondan AM-frekvencon de proksimume 1 MHz kun ondolongo de proksimume 300 metroj. La FM-frekvencbendo centrita je 100 MHz aŭ 3 metroj populariĝis ĉirkaŭ la 1960-aj jaroj, kaj hodiaŭ ni ĉefe uzas 4G-komunikadojn ĉirkaŭ 1 aŭ 2 GHz (ĉirkaŭ 20 cm). Pli altaj frekvencoj signifas pli da informa dissendkapablo. Estas pro miniaturigo ke ni havas malmultekostajn, fidindajn kaj energiŝparajn radiojn kiuj funkcias sur ĉi tiuj frekvencoj.
Ŝrumpantaj ondolongoj povas ŝrumpi antenojn ĉar ilia grandeco rekte rilatas al la frekvenco kiun ili devas elsendi aŭ ricevi. La nuntempaj poŝtelefonoj ne bezonas longajn elstarajn antenojn, danke al sia dediĉita komunikado ĉe GHz-frekvencoj, por kiuj la anteno bezonas nur ĉirkaŭ unu centimetron longa. Tial la plej multaj poŝtelefonoj, kiuj ankoraŭ enhavas FM-ricevilojn, postulas, ke vi enŝovu la aŭdilojn antaŭ uzo: la radio bezonas uzi la draton de la aŭdilo kiel antenon por ricevi sufiĉe da signalforto de tiuj unumetraj longaj ondoj.
Koncerne la cirkvitojn konektitajn al niaj miniaturaj antenoj, kiam ili estas pli malgrandaj, ili efektive fariĝas pli facile. Ĉi tio estas ne nur ĉar transistoroj fariĝis pli rapidaj, sed ankaŭ ĉar transmisiliniefikoj ne plu estas problemo. Mallonge, kiam la longo de drato superas unu dekonon de la ondolongo, vi devas konsideri la fazŝanĝon laŭ ĝia longo dum desegnado de la cirkvito. Je 2.4 GHz, tio signifas, ke nur unu centimetro da drato influis vian cirkviton; se vi kunlutas diskretajn komponantojn, ĝi estas kapdoloro, sed se vi aranĝas la cirkviton sur kelkaj kvadrataj milimetroj, ĝi ne estas problemo.
Antaŭdiri la forpason de la Leĝo de Moore, aŭ montri ke ĉi tiuj antaŭdiroj estas malĝustaj denove kaj denove, fariĝis ripetiĝanta temo en la scienca kaj teknologia ĵurnalismo. La fakto restas, ke Intel, Samsung kaj TSMC, la tri konkurantoj, kiuj ankoraŭ estas ĉe la avangardo de la ludo, daŭre kunpremas pli da funkcioj po kvadrata mikrometro, kaj planas enkonduki plurajn generaciojn de plibonigitaj blatoj estonte. Kvankam la progreso, kiun ili faris ĉe ĉiu paŝo, eble ne estas tiel granda kiel antaŭ du jardekoj, la miniaturigo de transistoroj daŭras.
Tamen, por diskretaj komponentoj, ni ŝajnas esti atinginta naturan limon: igi ilin pli malgrandaj ne plibonigas ilian efikecon, kaj la plej malgrandaj komponentoj nuntempe haveblaj estas pli malgrandaj ol la plej multaj uzkazoj postulas. Ŝajnas, ke ne ekzistas la Leĝo de Moore por diskretaj aparatoj, sed se ekzistas la Leĝo de Moore, ni amus vidi kiom unu persono povas puŝi la SMD-ludan defion.
Mi ĉiam volis fari foton de PTH-rezistilo, kiun mi uzis en la 1970-aj jaroj, kaj meti SMD-rezistilon sur ĝin, same kiel mi interŝanĝas/eliras nun. Mia celo estas fari miajn fratojn kaj fratinojn (neniu el ili estas elektronikaj produktoj) kiom da ŝanĝo, inkluzive de mi eĉ povas vidi la partojn de mia laboro, (ĉar mia vido plimalboniĝas, miaj manoj plimalboniĝas Tremante).
Mi ŝatas diri, ĉu ĝi estas kune aŭ ne. Mi vere malamas "pliboniĝi, pliboniĝi." Kelkfoje via aranĝo funkcias bone, sed vi ne plu povas akiri partojn. Kio diable estas tio? . Bona koncepto estas bona koncepto, kaj estas pli bone konservi ĝin kiel ĝi estas, prefere ol plibonigi ĝin sen kialo. Gantt
"La fakto restas, ke la tri kompanioj Intel, Samsung kaj TSMC ankoraŭ konkuras ĉe la avangardo de ĉi tiu ludo, konstante elpremante pli da funkcioj po kvadrata mikrometro,"
Elektronikaj komponantoj estas grandaj kaj multekostaj. En 1971, la meza familio havis nur kelkajn radiojn, stereofon kaj televidilon. Antaŭ 1976, komputiloj, kalkuliloj, ciferecaj horloĝoj kaj horloĝoj aperis, kiuj estis malgrandaj kaj malmultekostaj por konsumantoj.
Iu miniaturigo venas de dezajno. Funkciaj amplifiloj permesas la uzon de giratoroj, kiuj povas anstataŭigi grandajn induktorojn en kelkaj kazoj. Aktivaj filtriloj ankaŭ forigas induktorojn.
Pli grandaj komponentoj ja antaŭenigas aliajn aferojn: la minimumigo de la cirkvito, tio estas, provante uzi la plej malmultajn komponentojn por igi la cirkviton funkcii. Hodiaŭ, ni ne tiom zorgas. Ĉu vi bezonas ion por inversigi la signalon? Prenu operacian amplifilon. Ĉu vi bezonas ŝtatmaŝinon? Prenu mpu. ktp La komponantoj hodiaŭ estas vere malgrandaj, sed efektive estas multaj komponantoj interne. Do esence via cirkvito grandeco pliiĝas kaj elektra konsumo pliiĝas. Transistoro uzita por inversigi signalon uzas malpli potencon por plenumi la saman taskon ol funkcia amplifilo. Sed denove, miniaturigo zorgos pri la uzado de potenco. Estas nur ke novigo iris en malsama direkto.
Vi vere maltrafis kelkajn el la plej grandaj avantaĝoj/kialoj de reduktita grandeco: reduktitaj pakaĵparazitoj kaj pliigita potenca uzado (kio ŝajnas kontraŭintuicia).
De praktika vidpunkto, post kiam la karakteriza grandeco atingas proksimume 0.25u, vi atingos la GHz-nivelon, tiam la granda SOP-pakaĵo komencas produkti la plej grandan* efikon. Longaj ligaj dratoj kaj tiuj kondukoj finfine mortigos vin.
Je ĉi tiu punkto, QFN/BGA-pakaĵoj multe pliboniĝis laŭ rendimento. Krome, kiam vi muntas la pakaĵon plata tiel, vi finas kun *signife* pli bona termika rendimento kaj elmontritaj kusenetoj.
Krome, Intel, Samsung kaj TSMC certe ludos gravan rolon, sed ASML povas esti multe pli grava en ĉi tiu listo. Kompreneble, ĉi tio eble ne validas por la pasiva voĉo...
Ne temas nur pri redukto de siliciokostoj per venontgeneraciaj proceznodoj. Aliaj aferoj, kiel sakoj. Pli malgrandaj pakaĵoj postulas malpli da materialoj kaj wcsp aŭ eĉ malpli. Pli malgrandaj pakaĵoj, pli malgrandaj PCB-oj aŭ moduloj, ktp.
Mi ofte vidas iujn katalogajn produktojn, kie la sola konduka faktoro estas kostoredukto. MHz/memorgrandeco estas la sama, SOC-funkcio kaj pingla aranĝo estas la samaj. Ni povas uzi novajn teknologiojn por redukti elektrokonsumon (kutime ĉi tio ne estas senpaga, do devas esti iuj konkurencivaj avantaĝoj pri kiuj la klientoj zorgas)
Unu el la avantaĝoj de grandaj komponantoj estas la kontraŭradiada materialo. Etaj transistoroj estas pli sentemaj al la efikoj de kosmaj radioj, en ĉi tiu grava situacio. Ekzemple, en kosmo kaj eĉ altsituaj observatorioj.
Mi ne vidis gravan kialon por pliiĝo de rapideco. La signalrapideco estas proksimume 8 coloj je nanosekundo. Do nur reduktante la grandecon, pli rapidaj blatoj eblas.
Vi eble volas kontroli vian propran matematikon kalkulante la diferencon en disvastigo prokrasto pro pakaj ŝanĝoj kaj reduktitaj cikloj (1/frekvenco). Tio estas redukti la prokraston/periodon de frakcioj. Vi trovos, ke ĝi eĉ ne aperas kiel rondiga faktoro.
Unu afero, kiun mi volas aldoni, estas, ke multaj IC-oj, precipe pli malnovaj dezajnoj kaj analogaj blatoj, fakte ne estas malgrandigitaj, almenaŭ interne. Pro plibonigoj en aŭtomatigita fabrikado, pakaĵoj fariĝis pli malgrandaj, sed tio estas ĉar DIP-pakaĵoj kutime havas multe da restanta spaco interne, ne ĉar transistoroj ktp fariĝis pli malgrandaj.
Krom la problemo fari la roboton sufiĉe preciza por efektive pritrakti etajn komponentojn en altrapidaj elekt-kaj-lokaj aplikoj, alia problemo fidinde veldas etajn komponentojn. Precipe kiam vi ankoraŭ bezonas pli grandajn komponantojn pro potenco/kapacito postuloj. Uzante specialan lutpaston, specialaj paŝaj lutpastoŝablonoj (apliku malgrandan kvanton da lutpasto kie bezonite, sed ankoraŭ havigu sufiĉe da lutpasto por grandaj komponentoj) komencis fariĝi tre multekostaj. Do mi pensas, ke ekzistas altebenaĵo, kaj plia miniaturigo ĉe la nivelo de cirkvito estas nur multekosta kaj farebla maniero. Je ĉi tiu punkto, vi ankaŭ povus fari pli da integriĝo ĉe la silicia oblata nivelo kaj simpligi la nombron da diskretaj komponantoj al absoluta minimumo.
Vi vidos ĉi tion sur via telefono. Ĉirkaŭ 1995, mi aĉetis kelkajn fruajn poŝtelefonojn en garaĝaj vendoj po kelkaj dolaroj. Plej multaj IC estas tra-truoj. Rekonebla CPU kaj NE570-akompanilo, granda reuzebla IC.
Tiam mi finis kun kelkaj ĝisdatigitaj porteblaj telefonoj. Estas tre malmultaj komponantoj kaj preskaŭ nenio konata. En malgranda nombro da ICs, ne nur la denseco estas pli alta, sed ankaŭ nova dezajno (vidu SDR) estas adoptita, kiu eliminas la plej multajn el la diskretaj komponentoj kiuj antaŭe estis nemalhaveblaj.
> (Apliku malgrandan kvanton da lutpasto kie necesas, sed tamen havigu sufiĉe da lutpasto por grandaj komponantoj)
He, mi imagis la ŝablonon "3D/Ondo" por solvi ĉi tiun problemon: pli maldika kie estas la plej malgrandaj komponantoj, kaj pli dika kie estas la elektra cirkvito.
Nuntempe, SMT-komponentoj estas tre malgrandaj, vi povas uzi verajn diskretajn komponentojn (ne 74xx kaj aliajn rubaĵojn) por desegni vian propran CPU kaj presi ĝin sur la PCB. Aspergu ĝin per LED, vi povas vidi ĝin funkcii en reala tempo.
Tra la jaroj, mi certe aprezas la rapidan disvolviĝon de kompleksaj kaj malgrandaj komponantoj. Ili provizas enorman progreson, sed samtempe ili aldonas novan nivelon de komplekseco al la ripeta procezo de prototipado.
La ĝustigo kaj simulada rapideco de analogaj cirkvitoj estas multe pli rapida ol tio, kion vi faras en la laboratorio. Ĉar la ofteco de ciferecaj cirkvitoj pliiĝas, la PCB fariĝas parto de la kunigo. Ekzemple, transmisiliniefikoj, disvastigo prokrasto. Prototipado de iu ajn avangarda teknologio estas plej bone elspezita por kompletigi la dezajnon ĝuste, prefere ol fari alĝustigojn en la laboratorio.
Koncerne ŝatokupojn, taksadon. Cirkvittabuloj kaj moduloj estas solvo por ŝrumpi komponantojn kaj antaŭtestajn modulojn.
Ĉi tio eble igas aferojn perdi "amuzon", sed mi pensas ke via projekto funkcii unuafoje povas esti pli signifa pro laboro aŭ ŝatokupoj.
Mi konvertas kelkajn dezajnojn de tra-truo al SMD. Faru pli malmultekostajn produktojn, sed ne estas amuze konstrui prototipojn permane. Unu eta eraro: "paralela loko" devus esti legata kiel "paralela plato".
Ne. Post kiam sistemo venkas, arkeologoj ankoraŭ estos konfuzitaj de ĝiaj trovoj. Kiu scias, eble en la 23-a jarcento, la Planeda Alianco adoptos novan sistemon...
Mi ne povus pli konsenti. Kio estas la grandeco de 0603? Kompreneble, konservi 0603 kiel la imperian grandecon kaj "nomi" la 0603 metrikan grandecon 0604 (aŭ 0602) ne estas tiom malfacila, eĉ se ĝi povas esti teknike malĝusta (te: reala kongrua grandeco-ne tiel) ĉiuokaze. Strikta), sed almenaŭ ĉiuj scios pri kia teknologio vi parolas (metriko/imperia)!
"Ĝenerale, pasivaj komponantoj kiel rezistiloj, kondensiloj kaj induktoroj ne pliboniĝos se vi malgrandigos ilin."