nijs

Miskien nei de wet fan Ohm, de twadde meast ferneamde wet yn elektroanika is Moore syn wet: It oantal transistors dat kin wurde produsearre op in yntegrearre circuit ferdûbelet elke twa jier of sa.Om't de fysike grutte fan 'e chip sawat itselde bliuwt, betsjut dit dat yndividuele transistors mei de tiid lytser wurde.Wy binne begon te ferwachtsjen dat in nije generaasje chips mei lytsere funksjegrutte sil ferskine op in normale snelheid, mar wat is it punt om dingen lytser te meitsjen?Betsjut lytser altyd better?
Yn 'e ôfrûne ieu hat elektroanyske technyk geweldige foarútgong makke.Yn 'e 1920's bestie de meast avansearre AM-radio's út ferskate fakuümbuizen, ferskate enoarme induktors, kondensators en wjerstannen, tsientallen meters oan triedden dy't as antennes brûkt waarden, en in grutte set batterijen om it hiele apparaat oan te driuwen.Hjoed kinne jo Harkje nei mear dan in tsiental muzykstreamingtsjinsten op it apparaat yn jo bûse, en jo kinne mear dwaan.Mar miniaturisaasje is net allinich foar portabiliteit: it is perfoarst needsaaklik om de prestaasjes te berikken dy't wy hjoed ferwachtsje fan ús apparaten.
Ien fanselssprekkend foardiel fan lytsere komponinten is dat se jo mear funksjonaliteit yn itselde folume kinne opnimme.Dit is benammen wichtich foar digitale circuits: mear komponinten betsjutte dat jo yn deselde tiid mear ferwurkjen kinne dwaan.Bygelyks, yn teory, de hoemannichte ynformaasje ferwurke troch in 64-bit prosessor is acht kear dat fan in 8-bit CPU dy't rint op deselde klok frekwinsje.Mar it freget ek acht kear safolle ûnderdielen: registers, optellers, bussen, ensfh. binne allegear acht kear grutter.Dus jo hawwe of in chip nedich dy't acht kear grutter is, of jo hawwe in transistor nedich dy't acht kear lytser is.
Itselde jildt foar ûnthâld chips: Troch it meitsjen fan lytsere transistors, do hast mear opslachromte yn itselde folume.De piksels yn de measte byldskermen hjoed binne makke fan tinne film transistors, dus it makket sin te skaaljen se del en berikke hegere resolúsjes.Lykwols, hoe lytser de transistor, hoe better, en der is in oare krúsjale reden: harren prestaasjes binne sterk ferbettere.Mar wêrom krekt?
Elke kear as jo in transistor meitsje, sil it fergees wat ekstra komponinten leverje.Elke terminal hat in wjerstân yn searje.Elk objekt dat stroom draacht hat ek selsinduktânsje.Uteinlik is d'r in kapasitânsje tusken elke twa diriginten dy't nei elkoar stean.Al dizze effekten konsumearje macht en fertrage de snelheid fan 'e transistor.Parasitêre kapasitanen binne benammen lestich: transistors moatte wurde opladen en ûntslein elke kear as se yn- of útskeakele wurde, wat tiid en stroom nedich is fan 'e stroomfoarsjenning.
De kapasiteit tusken twa diriginten is in funksje fan har fysike grutte: in lytsere grutte betsjut in lytsere kapasitânsje.En om't lytsere kondensatoren hegere snelheden en legere krêft betsjutte, kinne lytsere transistors op hegere klokfrekwinsjes rinne en dêrby minder waarmte dissipearje.
As jo ​​de grutte fan transistors krimpje, is kapasitânsje net it ienige effekt dat feroaret: d'r binne in protte frjemde kwantummeganyske effekten dy't net foar de hân binne foar gruttere apparaten.Lykwols, oer it algemien sprutsen, it meitsjen fan transistors lytser sil meitsje se flugger.Mar elektroanyske produkten binne mear as gewoan transistors.As jo ​​oare komponinten skaalje, hoe prestearje se dan?
Yn 't algemien sille passive komponinten lykas wjerstannen, kondensators en induktors net better wurde as se lytser wurde: op in protte manieren sille se slimmer wurde.Dêrom is de miniaturisaasje fan dizze komponinten benammen om se yn in lytser folume te kinnen komprimearje, en dêrmei PCB-romte besparje.
De grutte fan 'e wjerstân kin wurde fermindere sûnder te folle ferlies te feroarjen.De wjerstân fan in stik materiaal wurdt jûn troch, dêr't l is de lingte, A is it dwerstrochsneed gebiet, en ρ is de resistivity fan it materiaal.Jo kinne gewoan ferminderjen de lingte en dwerstrochsneed, en einigje mei in fysyk lytsere wjerstân, mar dochs hawwe deselde wjerstân.It ienige neidiel is dat by it dissipearjen fan deselde krêft, fysyk lytsere wjerstannen mear waarmte generearje dan gruttere wjerstannen.Dêrom kinne lytse wjerstannen allinich brûkt wurde yn circuits mei leech krêft.Dizze tabel lit sjen hoe't de maksimale macht wurdearring fan SMD wjerstannen ôfnimt as harren grutte ôfnimt.
Tsjintwurdich is de lytste wjerstân dy't jo kinne keapje de metryske 03015 grutte (0,3 mm x 0,15 mm).Harren nominearre macht is mar 20 mW en wurde allinnich brûkt foar circuits dy't dissipearje hiel bytsje macht en binne ekstreem beheind yn grutte.In lytsere metryske 0201-pakket (0,2 mm x 0,1 mm) is frijjûn, mar is noch net yn produksje brocht.Mar sels as se ferskine yn 'e katalogus fan' e fabrikant, ferwachtsje net dat se oeral binne: de measte pick and place-robots binne net akkuraat genôch om se te behanneljen, dus se kinne noch nicheprodukten wêze.
Capacitors kinne ek wurde fermindere, mar dit sil ferminderje harren capacitance.De formule foar it berekkenjen fan de kapasitânsje fan in shuntkondensator is, wêrby't A it gebiet fan it boerd is, d is de ôfstân tusken har, en ε is de dielektrike konstante (it eigendom fan it tuskenmateriaal).As de capacitor (yn prinsipe in plat apparaat) is miniaturized, it gebiet moat wurde fermindere, dêrmei ferminderjen fan de capacitance.As jo ​​​​noch in protte nafara yn in lyts folume wolle pakke, is de ienige opsje om ferskate lagen byinoar te stapeljen.Troch foarútgong yn materialen en fabrikaazje, dy't ek tinne films (lytse d) en spesjale dielektrika (mei gruttere ε) mooglik makke hawwe, is de grutte fan kondensatoren yn 'e ôfrûne tsientallen jierren flink krimp.
De lytste kondensator dy't hjoed beskikber is, is yn in ultra-lyts metrysk 0201-pakket: allinich 0,25 mm x 0,125 mm.Harren capacitance is beheind ta de noch brûkbere 100 nF, en de maksimale bestjoeringssysteem spanning is 6,3 V. Ek, dizze pakketten binne hiel lyts en fereaskje avansearre apparatuer te behannelje se, beheine harren wiidferspraat oannimmen.
Foar induktors is it ferhaal in bytsje lestich.De induktânsje fan in rjochte spoel wurdt jûn troch, wêrby't N it oantal bochten is, A is it dwerstrochsneedgebiet fan 'e spoel, l is har lingte, en μ is de materiaalkonstante (permeabiliteit).As alle ôfmjittings wurde fermindere troch de helte, de inductance wurdt ek fermindere mei de helte.De wjerstân fan 'e tried bliuwt lykwols itselde: dit komt om't de lingte en dwerstrochsneed fan 'e draad fermindere wurde nei in kwart fan syn oarspronklike wearde.Dit betsjut dat jo einigje mei deselde wjerstân yn 'e helte fan' e inductance, sadat jo halve de kwaliteit (Q) faktor fan 'e coil.
De lytste kommersjeel beskikber diskrete inductor oannimt de inch grutte 01005 (0,4 mm x 0,2 mm).Dizze binne sa heech as 56 nH en hawwe in wjerstân fan in pear ohm.Induktors yn in ultra-lyts metrysk 0201-pakket waarden yn 2014 frijlitten, mar blykber binne se nea yn 'e merke yntrodusearre.
De fysike beheiningen fan induktors binne oplost troch it brûken fan in ferskynsel neamd dynamyske induktânsje, dat kin wurde waarnommen yn spoelen makke fan grafeen.Mar sels dat, as it kin wurde produsearre op in kommersjeel libbensfetbere manier, kin it mei 50% tanimme.Uteinlik kin de spoel net goed miniaturisearre wurde.As jo ​​circuit lykwols op hege frekwinsjes wurket, is dit net needsaaklik in probleem.As jo ​​sinjaal yn it GHz-berik is, binne in pear nH-spoelen meastal genôch.
Dit bringt ús by in oar ding dat yn 'e ôfrûne ieu miniaturisearre is, mar dat jo miskien net direkt fernimme: de golflingte dy't wy brûke foar kommunikaasje.Iere radio-útstjoerings brûkten in middengolf AM-frekwinsje fan sa'n 1 MHz mei in golflingte fan sa'n 300 meter.De FM-frekwinsjeband sintraal op 100 MHz of 3 meter waard populêr om 'e jierren 1960, en hjoed brûke wy benammen 4G-kommunikaasje om 1 of 2 GHz (sawat 20 sm).Hegere frekwinsjes betsjutte mear ynformaasje oerdrachtkapasiteit.It is fanwege miniaturisaasje dat wy goedkeape, betroubere en enerzjybesparjende radio's hawwe dy't wurkje op dizze frekwinsjes.
Krimpende golflingten kinne antennes krimpe, om't har grutte direkt relatearre is oan de frekwinsje dy't se nedich binne om te ferstjoeren of te ûntfangen.De hjoeddeistige mobile tillefoans hawwe gjin lange útstekke antennes nedich, troch har tawijde kommunikaasje op GHz-frekwinsjes, wêrfoar't de antenne mar sa'n ien sintimeter lang hoecht te wêzen.Dit is de reden wêrom't de measte mobile tillefoans dy't noch FM-ûntfangers befetsje fereaskje dat jo de eartelefoanen ynstekke foardat jo gebrûk meitsje: de radio moat de draad fan 'e koptelefoan as antenne brûke om genôch sinjaalsterkte te krijen fan dy ien meter lange weagen.
Wat de circuits oanbelanget ferbûn mei ús miniatuerantennes, as se lytser binne, wurde se eins makliker te meitsjen.Dit is net allinich om't transistors rapper wurden binne, mar ek om't transmisjeline-effekten net langer in probleem binne.Koartsein, as de lingte fan in draad mear as ien-tsjiende fan 'e golflingte is, moatte jo de fazeferskowing oer syn lingte beskôgje by it ûntwerpen fan it circuit.By 2,4 GHz betsjut dit dat mar ien sintimeter draad hat ynfloed op jo circuit;as jo solder diskrete komponinten tegearre, it is in hoofdpijn, mar as jo lizze út it circuit op in pear fjouwerkante milimeter, it is gjin probleem.
It foarsizzen fan 'e ûndergong fan' e wet fan Moore, of sjen litte dat dizze foarsizzingen hieltyd wer ferkeard binne, is in weromkommend tema wurden yn 'e wittenskip- en technologysjoernalistyk.It feit bliuwt dat Intel, Samsung en TSMC, de trije konkurrinten dy't noch altyd oan 'e foargrûn fan it spultsje binne, trochgean mei it komprimearjen fan mear funksjes per fjouwerkante mikrometer, en plannen om ferskate generaasjes fan ferbettere chips yn' e takomst yn te fieren.Ek al is de foarútgong dy't se hawwe makke by elke stap miskien net sa grut as twa desennia lyn, de miniaturisaasje fan transistors giet troch.
Foar diskrete komponinten lykje wy lykwols in natuerlike limyt te hawwen berikt: se lytser meitsje ferbetterje har prestaasjes net, en de lytste komponinten dy't op it stuit beskikber binne binne lytser dan de measte gebrûksgefallen fereaskje.It liket derop dat d'r gjin Moore's Law is foar diskrete apparaten, mar as d'r Moore's Law is, soene wy ​​​​graach wolle sjen hoefolle ien persoan de útdaging foar SMD-solderjen kin triuwe.
Ik haw altyd woe nimme in foto fan in PTH wjerstân ik brûkte yn de jierren 1970, en sette in SMD wjerstân derop, krekt sa't ik bin ruilje yn / út no.Myn doel is om myn bruorren en susters (gjin fan harren binne elektroanyske produkten) hoefolle feroaring, ynklusyf ik kin sels sjen de dielen fan myn wurk, (as myn sicht wurdt minder, myn hannen wurde slimmer Trembling).
Ik wol sizze, is it tegearre of net.Ik haatsje echt "ferbetterje, better wurde."Soms wurket jo yndieling goed, mar jo kinne gjin dielen mear krije.Wat is dat blinder?.In goed konsept is in goed konsept, en it is better om te hâlden sa't it is, ynstee ferbetterjen it sûnder reden.Gantt
"It feit bliuwt dat de trije bedriuwen Intel, Samsung en TSMC noch konkurrearje oan 'e foargrûn fan dit spultsje, hieltyd mear funksjes per fjouwerkante mikrometer útdrukke,"
Elektroanyske komponinten binne grut en djoer.Yn 1971 hie de gemiddelde famylje mar in pear radio's, in stereo en in tv.Tsjin 1976 kamen kompjûters, rekkenmasines, digitale klokken en horloazjes út, dy't lyts en goedkeap wiene foar konsuminten.
Guon miniaturisaasje komt fan ûntwerp.Operasjonele Amplifiers tastean it brûken fan gyrators, dat kin ferfange grutte inductors yn guon gefallen.Aktive filters eliminearje ek induktors.
Gruttere komponinten befoarderje wol oare dingen: it minimalisearjen fan it circuit, dat wol sizze, besykje de minste komponinten te brûken om it circuit te wurkjen.Hjoed hawwe wy net sa folle skele.Wat nedich om it sinjaal te kearen?Nim in operasjonele fersterker.Hawwe jo nedich in steat masine?Nim in mpu.ensfh De komponinten hjoed binne echt lyts, mar der binne eins in protte komponinten binnen.Dus yn prinsipe nimt jo sirkwygrutte ta en enerzjyferbrûk nimt ta.In transistor dy't brûkt wurdt om in sinjaal om te kearen, brûkt minder macht om deselde taak te folbringen as in operasjonele fersterker.Mar dan wer, miniaturisaasje sil soargje foar it brûken fan macht.It is gewoan dat ynnovaasje in oare rjochting is gien.
Jo hawwe echt miste guon fan 'e grutste foardielen / redenen fan fermindere grutte: redusearre pakket parasitêr en ferhege macht ôfhanneling (dat liket tsjinoerstelde).
Ut in praktysk eachpunt, as de funksjegrutte sa'n 0.25u berikt, sille jo it GHz-nivo berikke, op hokker tiid it grutte SOP-pakket it grutste * effekt begjint te produsearjen.Lange bonding triedden en dy leads sille úteinlik deadzje dy.
Op dit punt binne QFN / BGA-pakketten sterk ferbettere yn termen fan prestaasjes.Dêrneist, as jo mount it pakket plat as dit, jo einigje mei * oanmerklik * bettere termyske prestaasjes en bleatsteld pads.
Derneist sille Intel, Samsung en TSMC grif in wichtige rol spylje, mar ASML kin folle wichtiger wêze yn dizze list.Fansels kin dit net jilde foar de passive stim ...
It giet net allinich oer it ferminderjen fan silisiumkosten fia prosesknooppunten fan folgjende generaasje.Oare dingen, lykas tassen.Lytsere pakketten fereaskje minder materialen en wcsp of noch minder.Lytsere pakketten, lytsere PCB's of modules, ensfh.
Ik sjoch faak wat katalogus produkten, dêr't de ienige driuwende faktor is kostenreduksje.MHz / ûnthâld grutte is itselde, SOC funksje en pin arrangement binne itselde.Wy kinne nije technologyen brûke om enerzjyferbrûk te ferminderjen (normaal is dit net fergees, dus d'r moatte wat kompetitive foardielen wêze wêr't klanten om soarchje)
Ien fan 'e foardielen fan grutte komponinten is it anty-strielingsmateriaal.Tiny transistors binne mear gefoelich foar de effekten fan kosmyske strielen, yn dizze wichtige situaasje.Bygelyks yn romte en sels observatoariums op hege hichte.
Ik seach gjin wichtige reden foar snelheidsferheging.De sinjaalsnelheid is sawat 8 inch per nanosekonde.Sa gewoan troch it ferminderjen fan de grutte, flugger chips binne mooglik.
Jo kinne jo eigen wiskunde kontrolearje troch it ferskil yn fuortplantingsfertraging te berekkenjen fanwege ferpakkingsferoarings en fermindere syklusen (1 / frekwinsje).Dat is om de fertraging / perioade fan fraksjes te ferminderjen.Jo sille fine dat it net iens ferskynt as in ôfrondingsfaktor.
Ien ding dat ik taheakje wol is dat in protte IC's, foaral âldere ûntwerpen en analoge chips, net eins wurde fermindere, teminsten yntern.Troch ferbetteringen yn automatisearre fabrikaazje binne pakketten lytser wurden, mar dat komt om't DIP-pakketten meastentiids in soad oerbleaune romte binnen hawwe, net om't transistors ensfh.
Njonken it probleem om de robot akkuraat genôch te meitsjen om wirklik lytse komponinten te behanneljen yn pick-and-place-applikaasjes mei hege snelheid, is in oar probleem it betrouber lassen fan lytse komponinten.Benammen as jo noch gruttere komponinten nedich binne fanwege krêft / kapasiteit easken.Mei help fan spesjale solder paste, spesjale stap solder paste sjabloanen (tapasse in lyts bedrach fan solder paste wêr nedich, mar dochs soargje genôch solder paste foar grutte komponinten) te wurden hiel djoer.Dus ik tink dat d'r in plato is, en fierdere miniaturisaasje op it circuit boardnivo is gewoan in kostbere en helbere manier.Op dit punt kinne jo likegoed mear yntegraasje dwaan op it nivo fan silisium wafer en it oantal diskrete komponinten ferienfâldigje ta in absolút minimum.
Jo sille dit sjen op jo tillefoan.Om 1995 kocht ik wat iere mobile tillefoans yn garaazjeferkeap foar in pear dollar elk.De measte IC's binne troch-hole.werkenber CPU en NE570 compander, grutte reusable IC.
Doe bin ik einige mei wat bywurke handheld tillefoans.D'r binne heul pear komponinten en hast neat bekend.Yn in lyts oantal IC's is net allinich de tichtheid heger, mar ek in nij ûntwerp (sjoch SDR) wurdt oannommen, dy't de measte diskrete komponinten elimineert dy't earder ûnmisber wiene.
> (Tapasse in lyts bedrach fan soldeerpasta wêr't it nedich is, mar leverje noch genôch solderpasta foar grutte komponinten)
Hee, ik stelde my it sjabloan "3D / Wave" foar om dit probleem op te lossen: tinner wêr't de lytste komponinten binne, en dikker wêr't it stroomkring is.
Tsjintwurdich binne SMT-komponinten heul lyts, jo kinne echte diskrete komponinten brûke (net 74xx en oare ôffal) om jo eigen CPU te ûntwerpen en it op 'e PCB te printsjen.Sprinkle it mei LED, jo kinne sjen dat it yn realtime wurket.
Yn 'e rin fan' e jierren wurdearje ik de rappe ûntwikkeling fan komplekse en lytse komponinten grif.Se jouwe enoarme foarútgong, mar tagelyk foegje se in nij nivo fan kompleksiteit ta oan it iterative proses fan prototyping.
De oanpassing en simulaasje snelheid fan analoge circuits is folle flugger dan wat jo dogge yn it laboratoarium.As de frekwinsje fan digitale circuits ferheget, wurdt de PCB diel fan 'e gearkomste.Bygelyks transmission line effekten, fertraging fertraging.Prototyping fan elke moderne technology wurdt it bêste bestege oan it korrekt foltôgjen fan it ûntwerp, ynstee fan oanpassingen yn it laboratoarium.
As foar hobby items, evaluaasje.Circuit boards en modules binne in oplossing foar krimpende komponinten en pre-testen modules.
Dit kin dingen "leuk" ferlieze, mar ik tink dat jo projekt foar it earst oan it wurk krije kin mear sinfol wêze fanwege wurk of hobby's.
Ik haw wat ûntwerpen omsetten fan troch-gat nei SMD.Meitsje goedkeapere produkten, mar it is net leuk om prototypes mei de hân te bouwen.Ien lytse flater: "parallel plak" moat lêzen wurde as "parallel plaat".
Nee Nei in systeem wint, argeologen sille noch wurde betize troch syn befiningen.Wa wit, miskien yn 'e 23e ieu, sil de Planetary Alliance in nij systeem oannimme ...
Ik bin it der hielendal mei iens.Wat is de grutte fan 0603?Fansels is 0603 as de keizerlike grutte te hâlden en de 0603 metryske grutte 0604 (of 0602) "oanroppen" net sa dreech, sels as it technysk ferkeard kin wêze (dat wol sizze: eigentlike oerienkommende grutte - net op dy manier).Strikt), mar teminsten sil elkenien witte oer hokker technology jo it hawwe (metrysk / keizerlik)!
"Yn it algemien sille passive komponinten lykas wjerstannen, kondensators en induktors net better wurde as jo se lytser meitsje."