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 ĉiun duan jaron.Ĉar la fizika grandeco de la blato restas proksimume la sama, tio signifas ke individuaj transistoroj fariĝos pli malgrandaj kun la tempo.Ni komencis atendi ke nova generacio de blatoj kun pli malgrandaj trajtoj aperos kun normala rapido, sed kia estas la signifo fari aferojn pli malgrandaj?Ĉu pli malgranda ĉiam signifas pli bonan?
En la pasinta jarcento, elektronika inĝenierado faris grandegan progreson.En la 1920-aj jaroj, la plej altnivelaj 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 da 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 al vi inkluzivi pli da funkcieco en la sama volumeno. Ĉi tio estas speciale grava por ciferecaj cirkvitoj: pli da komponantoj signifas, ke vi povas fari pli da pretigo en la sama kvanto da tempo. Ekzemple, en teorio, la kvanto de informo prilaborita de 64-bita procesoro estas ok fojojn tiu de 8-bita CPU funkcianta je la sama horloĝfrekvenco.Sed ĝi ankaŭ postulas ok fojojn pli multajn komponantojn: registroj, adiciiloj, busoj, ktp estas ĉiuj ok fojojn pli grandaj. .Vi do aŭ bezonas blaton, kiu estas ok-oble pli granda, aŭ transistoro, 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 volumo. La pikseloj en la plej multaj ekranoj hodiaŭ estas faritaj el maldikaj filmaj 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 rendimento estas multe plibonigita.Sed kial ĝuste?
Kiam ajn vi faras transistoron, ĝi provizos kelkajn pliajn komponantojn senpage.Ĉiu terminalo havas rezistilon en serio.Ajna objekto portanta kurento ankaŭ havas mem-induktancon.Fine, estas kapacitanco inter iuj du konduktiloj unu kontraŭ la alia.Ĉiuj ĉi tiuj efikoj. konsumi potencon kaj malrapidigi la rapidecon de la transistoro.Parazitaj kapacitancoj estas precipe ĝenaj: ili devas esti ŝargitaj kaj malŝarĝitaj ĉiufoje kiam la transistoroj 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 da varmeco farante 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 komponantojn, 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 por povi kunpremi ilin en pli malgrandan volumon. , tiel ŝparante PCB-spacon.
La grandeco de la rezistilo povas esti reduktita sen kaŭzi tro da perdo. La rezisto de materialo estas donita de, 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 finiĝu kun fizike pli malgranda rezistilo, sed ankoraŭ havanta la saman reziston.La sola malavantaĝo estas, ke kiam disipas la saman potencon, fizike pli malgrandaj rezistiloj generos pli da varmo ol pli grandaj rezistiloj.Tial, malgrandaj rezistiloj nur povas esti uzataj en malalt-potencaj cirkvitoj. Ĉi tiu tabelo montras kiel la maksimuma potenco-taksado de SMD-rezistiloj malpliiĝas kiam ilia grandeco malpliiĝas.
Hodiaŭ, la plej malgranda rezistilo, kiun vi povas aĉeti, estas la metriko 03015 grandeco (0,3 mm x 0,15 mm). Ilia taksita potenco estas nur 20 mW kaj estas nur uzata por cirkvitoj kiuj dispelas tre malmulte da potenco kaj estas ekstreme limigita en grandeco. Pli malgranda metriko 0201 pakaĵo (0,2 mm x 0,1 mm) estis liberigita, sed ankoraŭ ne estis produktata. Sed eĉ se ili aperas en la katalogo de la fabrikanto, ne atendu, ke ili estu ĉie: la plej multaj elekt-kaj-lokaj robotoj ne estas sufiĉe precizaj. manipuli ilin, do ili ankoraŭ povas esti niĉaj produktoj.
Kondensiloj ankaŭ povas esti malgrandigitaj, sed ĉi 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 funkcia tensio estas 6,3 V. Ankaŭ ĉi tiuj pakoj estas tre malgrandaj kaj postulas altnivelan ekipaĵon por trakti ilin, limigante ilian ĝeneraligitan adopton.
Por induktiloj, la rakonto estas iom malfacila. La induktanco 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 indukto 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 a. kvarono de ĝia originala valoro. Ĉi tio signifas, ke vi finas kun la sama rezisto en duono de la induktanco, do vi duonigas la kvaliton (Q) faktoron de la bobeno.
La plej malgranda komerce havebla diskreta induktoro adoptas la colan grandecon 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Ĉi tiuj estas same altaj kiel 56 nH kaj havas reziston de kelkaj ohmoj. Induktiloj en ultra-malgranda metrika 0201-pakaĵo estis liberigitaj en 2014, sed ŝajne ili neniam estis enkondukitaj en la merkaton.
La fizikaj limigoj de induktoroj estis solvitaj per uzado de fenomeno nomata dinamika indukto, kiu povas esti observita en bobenoj faritaj el grafeno.Sed eĉ tiel, se ĝi povas esti fabrikita en komerce realigebla maniero, ĝi povas pliigi je 50%.Fine, la bobeno ne povas esti bone miniaturigita.Tamen, se via cirkvito funkcias ĉe altaj frekvencoj, 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 radioelsendoj uzis mez-ondan AM-frekvencon de ĉirkaŭ 1 MHz kun ondolongo de ĉirkaŭ 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 informtranssendokapablo. Estas pro miniaturigo ke ni havas malmultekostajn, fidindajn kaj energiŝparajn radiojn kiuj funkcias sur ĉi tiuj frekvencoj.
Malgrandiĝantaj ondolongoj povas ŝrumpi antenojn ĉar ilia grandeco rekte rilatas al la frekvenco kiun ili bezonas por transdoni aŭ ricevi.La hodiaŭaj poŝtelefonoj ne bezonas longajn elstarajn antenojn, danke al sia dediĉita komunikado ĉe GHz-frekvencoj, por kiuj la anteno devas esti 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 konektitaj al niaj miniaturaj antenoj, kiam ili estas pli malgrandaj, ili efektive fariĝas pli facile. Ĉi tio estas ne nur pro tio, ke transistoroj fariĝis pli rapidaj, sed ankaŭ ĉar la efektoj de transmisiolinio 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 scienc-teknika ĵurnalismo. La fakto restas, ke Intel, Samsung kaj TSMC, la tri konkurantoj, kiuj ankoraŭ estas ĉe la avangardo. de la ludo, daŭre kunpremi 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. daŭrigas.
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 ekzistas neniu Leĝo de Moore por diskretaj aparatoj, sed se ekzistas la Leĝo de Moore, ni amus vidi kiom unu persono povas puŝi la SMD-lutado-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 enen/eksteren 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 "plibonigi, 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 averaĝa familio havis nur kelkajn radiojn, stereofon kaj televidilon.En 1976 aperis komputiloj, kalkuliloj, ciferecaj horloĝoj kaj horloĝoj, 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 iuj kazoj. Aktivaj filtriloj ankaŭ forigas induktorojn.
Pli grandaj komponantoj ja antaŭenigas aliajn aferojn: la minimumigo de la cirkvito, tio estas, provi uzi la plej malmultajn komponentojn por ke la cirkvito funkcii.Hodiaŭ, ni ne tiom zorgas.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 cirkvitograndeco pliiĝas kaj elektra konsumo pliiĝas.Transistoro uzata por inversigi signalon uzas malpli da potenco por plenumi la saman laboron ol operacia amplifilo. Sed denove, miniaturigo zorgos pri la uzado de potenco. Estas nur, ke novigo iris en malsaman direkton.
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 trajtograndeco 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 procezaj nodoj.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 ekzisti iuj konkurencivaj avantaĝoj pri kiuj zorgas klientoj)
Unu el la avantaĝoj de grandaj komponantoj estas la kontraŭradia materialo.Malgrandaj transistoroj estas pli sentemaj al la efikoj de kosmaj radioj, en ĉi tiu grava situacio.Ekzemple, en kosmo kaj eĉ altaj observatorioj.
Mi ne vidis gravan kialon por pliiĝo de rapideco. La signala rapido 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 pakaĵŝanĝoj 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 malpligrandigitaj, almenaŭ interne. Pro plibonigoj en aŭtomatigita fabrikado, pakaĵoj fariĝis pli malgrandaj, sed tio estas ĉar DIP-pakaĵoj kutime havas multajn. restanta spaco interne, ne ĉar transistoroj ktp fariĝis pli malgrandaj.
Krom la problemo fari la roboton sufiĉe preciza por efektive manipuli etajn komponantojn en altrapidaj elekt-kaj-lokaj aplikoj, alia afero estas fidinde veldi etajn komponantojn.Precipe kiam vi ankoraŭ bezonas pli grandajn komponantojn pro potenco/kapacaj postuloj.Uzante speciala lutpasto, specialaj paŝaj lutpasto ŝablonoj (apliki malgrandan kvanton de lutpasto kie necesas, sed ankoraŭ havigi sufiĉe da lutpasto por grandaj komponantoj) komencis fariĝi tre multekostaj.Do mi pensas, ke estas altebenaĵo, kaj plia miniaturigo ĉe la cirkvito tabulnivelo 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 garaĝa vendo po kelkaj dolaroj ĉiu. Plej multaj IC-oj 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 IC-oj, ne nur la denseco estas pli alta, sed ankaŭ nova dezajno (vidu SDR) estas adoptita, kiu forigas la plej grandan parton de la diskretaj komponantoj, 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 komponantojn (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 alĝustigo kaj simulada rapideco de analogaj cirkvitoj estas multe pli rapida ol tio, kion vi faras en la laboratorio.Kiel la ofteco de ciferecaj cirkvitoj pliiĝas, la PCB fariĝas parto de la muntado.Ekzemple, transmisiliniefikoj, disvastigmalfruo.Prototipado de iu ajn tranĉo- randteknologio estas plej bone elspezita por kompletigi la dezajnon ĝuste, prefere ol fari alĝustigojn en la laboratorio.
Koncerne al ŝatokupoj, taksado.Cirkuttabuloj 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 desegnaĵojn de tratruo 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 konsenti pli.Kio estas la grandeco de 0603?Kompreneble, konservi 0603 kiel la imperian grandecon kaj "nomi" la 0603-metran grandecon 0604 (aŭ 0602) ne estas tiom malfacila, eĉ se ĝi povas esti teknike malĝusta (t.e.: 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."