habari

Labda baada ya sheria ya Ohm, sheria ya pili maarufu zaidi katika umeme ni sheria ya Moore: Idadi ya transistors ambayo inaweza kutengenezwa kwenye mzunguko jumuishi huongezeka mara mbili kila baada ya miaka miwili au zaidi. transistors za kibinafsi zitakuwa ndogo baada ya muda.Tumeanza kutarajia kizazi kipya cha chipsi zilizo na ukubwa wa vipengele vidogo kuonekana kwa kasi ya kawaida, lakini ni nini maana ya kufanya mambo kuwa madogo zaidi? Je, ndogo daima inamaanisha bora?
Katika karne iliyopita, uhandisi wa kielektroniki umepata maendeleo makubwa sana. Katika miaka ya 1920, redio za hali ya juu zaidi za AM zilikuwa na mirija ya utupu, viingilio vikubwa kadhaa, vidhibiti na vidhibiti, mita kadhaa ya waya zilizotumika kama antena, na seti kubwa ya betri. ili kuwasha kifaa kizima. Leo, unaweza Sikiliza zaidi ya huduma kumi na mbili za utiririshaji muziki kwenye kifaa kilicho mfukoni mwako, na unaweza kufanya zaidi.Lakini uboreshaji mdogo sio tu kwa ajili ya kubebeka: ni muhimu kabisa kufikia utendaji tunaotarajia kutoka kwa vifaa vyetu leo.
Faida moja ya wazi ya vipengele vidogo ni kwamba inakuwezesha kujumuisha utendaji zaidi katika kiasi sawa.Hii ni muhimu hasa kwa nyaya za digital: vipengele vingi vinamaanisha kuwa unaweza kufanya usindikaji zaidi kwa muda sawa.Kwa mfano, katika nadharia, kiasi cha habari kinachochakatwa na kichakataji cha biti 64 ni mara nane ya CPU ya biti 8 inayoendesha kwa mzunguko wa saa sawa. Lakini pia inahitaji vipengele mara nane zaidi: rejista, nyongeza, mabasi, nk. zote ni kubwa mara nane. .Kwa hivyo unahitaji chip ambayo ni kubwa mara nane au transistor ambayo ni ndogo mara nane.
Ndivyo ilivyo kwa chip za kumbukumbu: Kwa kutengeneza transistors ndogo zaidi, una nafasi zaidi ya kuhifadhi katika sauti sawa.Pikseli katika maonyesho mengi leo zimeundwa na transistors za filamu nyembamba, kwa hivyo inaleta maana kuzipunguza na kufikia maazimio ya juu. , jinsi transistor inavyokuwa ndogo, ndivyo inavyokuwa bora zaidi, na kuna sababu nyingine muhimu: utendaji wao umeboreshwa sana. Lakini kwa nini hasa?
Wakati wowote unapotengeneza transistor, itatoa baadhi ya vipengele vya ziada bila malipo.Kila terminal ina kipingamizi katika mfululizo.Kitu chochote kinachobeba mkondo pia kina uwezo wa kujipenyeza.Mwisho, kuna uwezo kati ya kondakta zozote mbili zinazotazamana.Athari hizi zote hutumia nguvu na kupunguza kasi ya transistor.Capacitances ya vimelea ni shida hasa: wanahitaji kushtakiwa na kuruhusiwa kila wakati transistors zinawashwa au kuzimwa, ambayo inahitaji muda na sasa kutoka kwa umeme.
Uwezo kati ya waendeshaji wawili ni kazi ya ukubwa wao wa kimwili: ukubwa mdogo unamaanisha uwezo mdogo.Na kwa sababu capacitors ndogo ina maana ya kasi ya juu na nguvu ya chini, transistors ndogo inaweza kukimbia kwa masafa ya juu ya saa na kuondokana na joto kidogo kwa kufanya hivyo.
Unapopunguza ukubwa wa transistors, uwezo sio athari pekee inayobadilika: kuna madhara mengi ya ajabu ya mitambo ya quantum ambayo si dhahiri kwa vifaa vikubwa.Hata hivyo, kwa ujumla, kufanya transistors ndogo itawafanya haraka. kuliko tu transistors.Unapopunguza vipengele vingine, vinafanyaje?
Kwa ujumla, vipengele vya passiv kama vile resistors, capacitors, na inductors hazitakuwa bora zaidi zinapokuwa ndogo: kwa njia nyingi, zitazidi kuwa mbaya. , na hivyo kuokoa nafasi ya PCB.
Ukubwa wa kupinga inaweza kupunguzwa bila kusababisha hasara nyingi.Upinzani wa kipande cha nyenzo hutolewa na, ambapo l ni urefu, A ni eneo la sehemu ya msalaba, na ρ ni kupinga kwa nyenzo.Unaweza kupunguza tu urefu na sehemu ya msalaba, na kuishia na upinzani mdogo wa kimwili, lakini bado una upinzani sawa.Hasara pekee ni kwamba wakati wa kuondokana na nguvu sawa, vipinga vidogo vya kimwili vitazalisha joto zaidi kuliko resistors kubwa.Kwa hiyo, ndogo ndogo. vipinga vinaweza kutumika tu katika mizunguko ya chini ya nguvu.Jedwali hili linaonyesha jinsi ukadiriaji wa nguvu wa juu wa vipinga vya SMD unavyopungua kadri saizi yao inavyopungua.
Leo, kinzani ndogo zaidi unayoweza kununua ni kipimo cha ukubwa wa 03015 (mm 0.3 x 0.15 mm). Nguvu yake iliyokadiriwa ni mW 20 pekee na inatumika tu kwa saketi zinazotoa nishati kidogo sana na ukubwa wake ni mdogo. Kipimo kidogo zaidi cha 0201 kifurushi (0.2 mm x 0.1 mm) kimetolewa, lakini bado hakijawekwa katika uzalishaji. Lakini hata kama kinaonekana kwenye orodha ya watengenezaji, usitarajie kuwa kila mahali: roboti nyingi za kuchagua na kuweka si sahihi vya kutosha. kuzishughulikia, kwa hivyo zinaweza kuwa bidhaa za niche.
Capacitors pia inaweza kupunguzwa, lakini hii itapunguza uwezo wao. Mfumo wa kuhesabu uwezo wa shunt capacitor ni, ambapo A ni eneo la bodi, d ni umbali kati yao, na ε ni dielectric mara kwa mara. (mali ya nyenzo za kati).Ikiwa capacitor (kimsingi kifaa cha gorofa) ni miniaturized, eneo lazima lipunguzwe, na hivyo kupunguza uwezo.Ikiwa bado unataka kufunga nafara nyingi kwa kiasi kidogo, chaguo pekee ni kuweka tabaka kadhaa pamoja.Kutokana na maendeleo katika nyenzo na utengenezaji, ambayo pia yametengeneza filamu nyembamba (ndogo d) na dielectrics maalum (zenye kubwa ε) iwezekanavyo, ukubwa wa capacitors umepungua kwa kiasi kikubwa katika miongo michache iliyopita.
Capacitor ndogo zaidi inapatikana leo iko katika mfuko wa ultra-small metric 0201: tu 0.25 mm x 0.125 mm. Uwezo wao ni mdogo kwa 100 nF bado muhimu, na voltage ya juu ya uendeshaji ni 6.3 V. Pia, vifurushi hivi ni ndogo sana na zinahitaji vifaa vya hali ya juu kuzishughulikia, na kuzuia uasiliaji wao ulioenea.
Kwa inductors, hadithi ni gumu kidogo. Uingizaji wa coil moja kwa moja hutolewa na, ambapo N ni idadi ya zamu, A ni eneo la sehemu ya msalaba ya coil, l ni urefu wake, na μ ni nyenzo mara kwa mara (upenyezaji). Ikiwa vipimo vyote vimepunguzwa kwa nusu, inductance pia itapungua kwa nusu. Hata hivyo, upinzani wa waya unabakia sawa: hii ni kwa sababu urefu na sehemu ya msalaba wa waya hupunguzwa hadi robo ya thamani yake ya awali.Hii ina maana kwamba unaishia na upinzani sawa katika nusu ya inductance, hivyo unapunguza nusu ya kipengele cha ubora (Q) cha coil.
Indukta ndogo kabisa inayopatikana kibiashara inachukua ukubwa wa inchi 01005 (mm 0.4 x 0.2 mm). Hizi ni za juu hadi nH 56 na zina upinzani wa ohms chache. Viingilizi katika kifurushi cha ultra-small metric 0201 zilitolewa mwaka wa 2014, lakini inaonekana hawajawahi kuingizwa sokoni.
Mapungufu ya kimwili ya inductors yametatuliwa kwa kutumia jambo linaloitwa inductance ya nguvu, ambayo inaweza kuzingatiwa katika coil zilizofanywa kwa graphene.Lakini hata hivyo, ikiwa inaweza kutengenezwa kwa njia ya kibiashara, inaweza kuongezeka kwa 50%. coil haiwezi kuwa miniaturized vizuri.Hata hivyo, ikiwa mzunguko wako unafanya kazi kwa masafa ya juu, hii si lazima iwe tatizo.Ikiwa ishara yako iko katika safu ya GHz, coil chache za nH kawaida hutosha.
Hii inatuleta kwenye jambo lingine ambalo limefanywa kuwa ndogo katika karne iliyopita lakini huenda usitambue mara moja: urefu wa mawimbi tunaotumia kwa mawasiliano.Matangazo ya awali ya redio yalitumia mawimbi ya AM ya mawimbi ya wastani ya takriban 1 MHz yenye urefu wa takribani mita 300. Bendi ya masafa ya FM iliyojikita katika 100 MHz au mita 3 ilipata umaarufu karibu miaka ya 1960, na leo tunatumia mawasiliano ya 4G karibu na 1 au 2 GHz (karibu 20 cm).Masafa ya juu yanamaanisha uwezo zaidi wa upitishaji habari. Ni kwa sababu ya uboreshaji mdogo ndipo tuna redio za bei nafuu, za kuaminika na zinazookoa nishati ambazo hufanya kazi kwenye masafa haya.
Kupungua kwa urefu wa mawimbi kunaweza kupunguza antena kwa sababu saizi yake inahusiana moja kwa moja na mzunguko unaohitaji kusambaza au kupokea.Simu za rununu za leo hazihitaji antena ndefu zinazochomoza, kwa sababu ya mawasiliano yao ya kujitolea katika masafa ya GHz, ambayo antena inahitaji kuwa karibu moja tu. urefu wa sentimeta. Hii ndiyo sababu simu nyingi za rununu ambazo bado zina vipokea sauti vya FM huhitaji uchogee vipokea sauti vya masikioni kabla ya kutumia: redio inahitaji kutumia waya wa earphone kama antena ili kupata nguvu ya kutosha ya mawimbi kutoka kwa mawimbi hayo yenye urefu wa mita moja.
Kuhusu mizunguko iliyounganishwa na antena zetu ndogo, zinapokuwa ndogo, huwa rahisi kutengeneza.Hii si tu kwa sababu transistors zimekuwa za kasi, lakini pia kwa sababu athari za mstari wa maambukizi sio suala tena.Kwa kifupi, wakati urefu ya waya huzidi sehemu ya kumi ya urefu wa wimbi, unahitaji kuzingatia mabadiliko ya awamu kwa urefu wake wakati wa kutengeneza mzunguko.Katika 2.4 GHz, hii ina maana kwamba sentimita moja tu ya waya imeathiri mzunguko wako; ikiwa unajumuisha vipengele tofauti, ni maumivu ya kichwa, lakini ikiwa utaweka mzunguko kwenye milimita chache za mraba, sio tatizo.
Kutabiri kuangamia kwa Sheria ya Moore, au kuonyesha kwamba utabiri huu si sahihi tena na tena, imekuwa mada ya mara kwa mara katika uandishi wa habari za sayansi na teknolojia.Ukweli unabakia kuwa Intel, Samsung, na TSMC, washindani watatu ambao bado wako mstari wa mbele. ya mchezo, endelea kubana vipengele zaidi kwa kila mikromita ya mraba, na kupanga kutambulisha vizazi kadhaa vya chipsi zilizoboreshwa katika siku zijazo.Ingawa maendeleo waliyofanya katika kila hatua yanaweza yasiwe makubwa kama miongo miwili iliyopita, uboreshaji mdogo wa transistors. inaendelea.
Hata hivyo, kwa vipengele tofauti, inaonekana tumefikia kikomo cha asili: kuvifanya vidogo hakuboresha utendakazi wao, na vipengele vidogo vinavyopatikana kwa sasa ni vidogo kuliko hali nyingi za utumiaji zinavyohitaji. Inaonekana kwamba hakuna Sheria ya Moore ya vifaa tofauti, lakini ikiwa kuna Sheria ya Moore, tungependa kuona ni kiasi gani mtu mmoja anaweza kusukuma changamoto ya uuzaji wa SMD.
Siku zote nilitaka kuchukua picha ya kipinga cha PTH nilichotumia miaka ya 1970, na kuweka kipingamizi cha SMD juu yake, kama vile ninabadilishana/kutoa sasa hivi. Lengo langu ni kuwafanya kaka na dada zangu (hakuna hata mmoja wao bidhaa za elektroniki) ni kiasi gani cha mabadiliko, ikijumuisha naweza hata kuona sehemu za kazi yangu, (kadiri macho yangu yanavyozidi kuwa mabaya, mikono yangu inazidi Kutetemeka).
Ninapenda kusema, ni pamoja au la. Nachukia sana "boresha, fanya vizuri." Wakati mwingine mpangilio wako hufanya kazi vizuri, lakini huwezi tena kupata sehemu.Je, kuzimu ni nini? Dhana nzuri ni dhana nzuri, na ni bora kuiweka kama ilivyo, badala ya kuiboresha bila sababu.Gantt
"Ukweli unabakia kuwa kampuni tatu za Intel, Samsung na TSMC bado zinashindana katika mstari wa mbele wa mchezo huu, zikiendelea kufinya vipengele zaidi kwa kila mita ya mraba,"
Vipengele vya elektroniki ni kubwa na vya gharama kubwa.Mwaka wa 1971, familia ya wastani ilikuwa na redio chache tu, stereo na TV.Kufikia mwaka wa 1976, kompyuta, vikokotoo, saa za dijiti na saa zilikuwa zimetoka, ambazo zilikuwa ndogo na zisizo na gharama kubwa kwa watumiaji.
Baadhi ya miniaturization hutoka kwa kubuni.Amplifaya za uendeshaji huruhusu matumizi ya gyrators, ambayo inaweza kuchukua nafasi ya inductors kubwa katika baadhi ya matukio.Filters zinazofanya kazi pia huondoa inductors.
Vipengele vikubwa zaidi vinakuza mambo mengine: kupunguza mzunguko, yaani, kujaribu kutumia vipengele vichache zaidi kufanya mzunguko ufanye kazi.Leo, hatujali sana.Je, unahitaji kitu cha kubadilisha mawimbi? Chukua amplifier ya uendeshaji. Je, unahitaji mashine ya hali?Chukua mpu.nk.Vijenzi leo ni vidogo sana, lakini kwa kweli kuna vijenzi vingi ndani.Hivyo kimsingi saizi yako ya mzunguko huongezeka na matumizi ya nishati huongezeka. Transistor inayotumiwa kugeuza mawimbi hutumia nguvu kidogo kutimiza kazi sawa kuliko amplifier ya uendeshaji.Lakini basi tena, miniaturization itachukua huduma ya matumizi ya nguvu.Ni kwamba uvumbuzi umekwenda katika mwelekeo tofauti.
Kwa kweli umekosa baadhi ya manufaa/sababu kuu za ukubwa uliopunguzwa: vimelea vilivyopunguzwa vya kifurushi na ushughulikiaji wa nguvu ulioongezeka (ambao unaonekana kupingana).
Kwa mtazamo wa vitendo, mara tu ukubwa wa kipengele unapofikia takriban 0.25u, utafikia kiwango cha GHz, wakati ambapo kifurushi kikubwa cha SOP kinaanza kutoa athari kubwa zaidi *.Waya za kuunganisha kwa muda mrefu na miongozo hiyo hatimaye itakuua.
Katika hatua hii, vifurushi vya QFN/BGA vimeboreshwa sana katika suala la utendakazi. Zaidi ya hayo, unapoweka kifurushi kikiwa sawa hivi, utapata *utendaji bora zaidi* wa halijoto na pedi zilizoachwa wazi.
Kwa kuongeza, Intel, Samsung, na TSMC hakika zitachukua jukumu muhimu, lakini ASML inaweza kuwa muhimu zaidi katika orodha hii. Bila shaka, hii inaweza kutumika kwa sauti ya passiv...
Sio tu kupunguza gharama za silicon kupitia nodi za mchakato wa kizazi kijacho.Vitu vingine, kama vile mifuko.Vifurushi vidogo vinahitaji nyenzo kidogo na wcsp au hata kidogo.Vifurushi vidogo, PCB ndogo au moduli, n.k.
Mara nyingi mimi huona baadhi ya bidhaa za katalogi, ambapo kipengele pekee cha kuendesha gari ni kupunguza gharama.MHz/ukubwa wa kumbukumbu ni sawa, utendaji wa SOC na mpangilio wa pini ni sawa. Tunaweza kutumia teknolojia mpya ili kupunguza matumizi ya nishati (kwa kawaida hii si ya bure, kwa hivyo lazima kuwe na faida fulani za ushindani ambazo wateja wanajali)
Moja ya faida za vipengele vikubwa ni nyenzo za kupambana na mionzi.Transistors ndogo huathirika zaidi na athari za mionzi ya cosmic, katika hali hii muhimu.Kwa mfano, katika nafasi na hata uchunguzi wa juu wa urefu.
Sikuona sababu kuu ya kuongezeka kwa kasi. Kasi ya ishara ni takriban inchi 8 kwa nanosecond. Kwa hivyo kwa kupunguza tu ukubwa, chips za haraka zinawezekana.
Unaweza kutaka kuangalia hisabati yako mwenyewe kwa kuhesabu tofauti ya ucheleweshaji wa uenezi kutokana na mabadiliko ya ufungashaji na mizunguko iliyopunguzwa (1/frequency). Hiyo ni kupunguza ucheleweshaji / muda wa vikundi. Utagundua kuwa hata haionekani kama sababu ya kuzunguka.
Jambo moja ninalotaka kuongeza ni kwamba IC nyingi, hasa miundo ya zamani na chips za analogi, hazipunguzwi, angalau ndani.Kutokana na uboreshaji wa utengenezaji wa kiotomatiki, vifurushi vimekuwa vidogo, lakini hiyo ni kwa sababu vifurushi vya DIP kawaida huwa na mengi. nafasi iliyobaki ndani, sio kwa sababu transistors nk zimekuwa ndogo.
Kando na tatizo la kufanya roboti kuwa sahihi vya kutosha kushughulikia vipengee vidogo katika programu za kuchagua na kuweka mahali kwa kasi ya juu, suala jingine ni kulehemu vijenzi vidogo. Hasa wakati bado unahitaji vijenzi vikubwa zaidi kutokana na mahitaji ya nguvu/uwezo. maalum solder kuweka, maalum hatua solder kuweka templates (tumia kiasi kidogo cha kuweka solder inapohitajika, lakini bado kutoa solder kuweka kutosha kwa ajili ya vipengele kubwa) ilianza kuwa ghali sana.Hivyo nadhani kuna Plateau, na miniaturization zaidi katika mzunguko. kiwango cha ubao ni njia ya gharama kubwa na inayowezekana. Katika hatua hii, unaweza vilevile kufanya ujumuishaji zaidi katika kiwango cha kaki ya silicon na kurahisisha idadi ya vipengee tofauti kwa kiwango cha chini kabisa.
Utaona hili kwenye simu yako. Karibu 1995, nilinunua simu za rununu za mapema kwa mauzo ya gereji kwa dola chache kila moja. IC nyingi ni za shimo. CPU inayotambulika na compander ya NE570, IC kubwa inayoweza kutumika tena.
Kisha nikamalizia na baadhi ya simu zilizosasishwa za kushika mkono. Kuna vipengele vichache sana na karibu hakuna kitu kinachojulikana. Katika idadi ndogo ya ICs, sio tu msongamano ni wa juu, lakini pia muundo mpya (angalia SDR) unapitishwa, ambao huondoa zaidi ya vipengele tofauti ambavyo hapo awali vilikuwa vya lazima.
> (Weka kiasi kidogo cha kuweka solder inapohitajika, lakini bado toa ubao wa solder wa kutosha kwa vipengele vikubwa)
Halo, nilifikiria kiolezo cha "3D/Wave" ili kutatua tatizo hili: nyembamba ambapo vipengele vidogo zaidi, na nene ambapo mzunguko wa nguvu ulipo.
Siku hizi, vipengele vya SMT ni vidogo sana, unaweza kutumia vipengele halisi vya diski (sio 74xx na takataka nyingine) ili kuunda CPU yako mwenyewe na kuichapisha kwenye PCB.Nyunyiza na LED, unaweza kuiona ikifanya kazi kwa wakati halisi.
Kwa miaka mingi, hakika ninathamini maendeleo ya haraka ya vipengele vya ngumu na vidogo. Wanatoa maendeleo makubwa, lakini wakati huo huo huongeza kiwango kipya cha utata kwa mchakato wa kurudia wa prototyping.
Marekebisho na kasi ya uigaji wa saketi za analogi ni haraka zaidi kuliko vile unavyofanya katika maabara.Marudio ya saketi za kidijitali yanapoongezeka, PCB inakuwa sehemu ya mkusanyiko.Kwa mfano, athari za njia za upokezi, kuchelewa kwa uenezi.Uchapaji wa aina yoyote ya kukata- teknolojia ya makali hutumiwa vyema katika kukamilisha kubuni kwa usahihi, badala ya kufanya marekebisho katika maabara.
Kuhusu vitu vya hobby, tathmini. Bodi za mzunguko na moduli ni suluhisho la vipengele vya kupungua na moduli za kupima kabla.
Hii inaweza kufanya mambo kupoteza "furaha", lakini nadhani kupata mradi wako kufanya kazi kwa mara ya kwanza inaweza kuwa na maana zaidi kwa sababu ya kazi au burudani.
Nimekuwa nikibadilisha baadhi ya miundo kutoka kwa shimo hadi kwa SMD.Tengeneza bidhaa za bei nafuu, lakini haifurahishi kuunda prototypes kwa mkono.Kosa moja dogo: "mahali sambamba" panapaswa kusomwa kama "sahani sambamba".
Hapana. Baada ya mfumo kushinda, wanaakiolojia bado watachanganyikiwa na matokeo yake. Nani anajua, labda katika karne ya 23, Muungano wa Sayari utapitisha mfumo mpya...
Sikuweza kukubaliana zaidi. Je, ukubwa wa 0603 ni upi? Bila shaka, kuweka 0603 kama saizi ya kifalme na "kupiga" kipimo cha 0603 0604 (au 0602) sio ngumu sana, hata kama inaweza kuwa sio sahihi kiufundi (yaani: saizi halisi inayolingana-sio hivyo) hata hivyo. Mkali), lakini angalau kila mtu atajua ni teknolojia gani unayozungumza (metric/imperial)!
"Kwa ujumla, vipengee vya kawaida kama vile vipinga, capacitors, na inductors hazitakuwa bora ikiwa utazifanya kuwa ndogo."