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Forsi dopu à a lege di Ohm, a seconda lege più famosa in l'elettronica hè a lege di Moore: U numaru di transistori chì ponu esse fabbricati nantu à un circuitu integratu duppieghja ogni dui anni o più. Siccomu a dimensione fisica di u chip resta quasi u listessu, questu significa chì i transistori individuali diventeranu più chjuchi cù u tempu. Avemu cuminciatu à aspittà chì una nova generazione di chips cù dimensioni di caratteristiche più chjuche apparisce à una velocità normale, ma chì hè u puntu di fà e cose più chjuche? U più chjucu significa sempre megliu?
In u seculu passatu, l'ingegneria elettronica hà fattu un prugressu tremendu. In l'anni 1920, i radiu AM più avanzati sò custituiti da parechji tubi di vacuum, parechji induttori enormi, condensatori è resistori, decine di metri di fili utilizati com'è antenne, è un grande settore di batterie per alimentà tuttu u dispusitivu. Oghje, pudete Ascoltà più di una decina di servizii di streaming di musica nantu à u dispusitivu in a vostra sacchetta, è pudete fà più. Ma a miniaturizazione ùn hè micca solu per a portabilità: hè assolutamente necessariu per ottene u rendimentu chì aspittemu da i nostri dispositi oghje.
Un benefiziu evidenti di cumpunenti più chjuchi hè chì permettenu di include più funziunalità in u stessu voluminu. Questu hè particularmente impurtante per i circuiti digitale: più cumpunenti significa chì pudete fà più trasfurmazioni in u stessu tempu. Per esempiu, in teoria, a quantità di infurmazione processata da un processore 64-bit hè ottu volte quella di un CPU 8-bit chì corre à a listessa freccia di clock. Ma hè ancu bisognu di ottu volte più cumpunenti: i registri, adders, autobus, etc. sò tutti ottu volte più grande. Allora avete bisognu di un chip chì hè ottu volte più grande, o avete bisognu di un transistor chì hè ottu volte più chjucu.
U stessu hè veru per i chips di memoria: Facendu transistori più chjuchi, avete più spaziu di almacenamiento in u stessu voluminu. I pixel in a maiò parte di i schermi oghje sò fatti di transistori di film sottili, per quessa, hè sensu di scalali è ottene risoluzioni più altu. Tuttavia, u più chjucu u transistor, u megliu, è ci hè un altru mutivu cruciali: u so rendimentu hè assai megliu. Ma perchè esattamente?
Ogni volta chì fate un transistor, furnisce alcuni cumpunenti supplementari gratuitamente. Ogni terminale hà una resistenza in serie. Ogni ughjettu chì porta corrente hà ancu autoinduttanza. Infine, ci hè una capacitance trà ogni dui cunduttori di fronte à l'altru. Tutti questi effetti cunsumanu u putere è rallentà a velocità di u transistor. I capacità parassiti sò particularmente fastidiosi: i transistori anu da esse caricati è scaricati ogni volta chì sò attivati ​​o spenti, chì esige tempu è currente da u supply power.
A capacità trà dui cunduttori hè una funzione di a so dimensione fisica: una dimensione più chjuca significa una capacità più chjuca. È perchè i condensatori più chjuchi significanu velocità più altu è putenza più bassa, i transistori più chjuchi ponu curriri à frequenze di clock più altu è dissipate menu calore in questu.
Cum'è shrink the size of transistors, capacitance ùn hè micca l'unicu effettu chì cambia: ci sò assai strani effetti di meccanica quantistica chì ùn sò micca evidenti per i dispositi più grande. Tuttavia, in generale, rende i transistori più chjuchi li farà più veloci. Ma i prudutti elettronichi sò più cà solu transistori. Quandu scalate altri cumpunenti, cumu facenu?
In generale, i cumpunenti passivi, cum'è resistori, condensatori è induttori ùn anu micca megliu quandu si chjucheranu: in parechji manere, anu peghju. Per quessa, a miniaturizazione di sti cumpunenti hè principalmente di pudè cumpressà in un voluminu più chjucu, risparmiendu cusì u spaziu PCB.
A dimensione di a resistenza pò esse ridutta senza pruvucà troppu perdita. A resistenza di un pezzu di materiale hè datu da, induve l hè a lunghezza, A hè l'area di a sezione trasversale, è ρ hè a resistività di u materiale. Pudete simpricimenti riduce a lunghezza è a sezione trasversale, è finiscinu cù una resistenza fisicamente più chjuca, ma ancu avè a stessa resistenza. L'unicu svantaghju hè chì quandu si dissipa a listessa putenza, i resistori fisicamenti più chjuchi generanu più calore cà i resistori più grande. Dunque, i resistori chjuchi ponu esse aduprati solu in circuiti di bassa putenza. Questa tavula mostra cumu a putenza massima di i resistori SMD diminuisce mentre a so dimensione diminuisce.
Oghje, a resistenza più chjuca chì pudete cumprà hè a dimensione metrica 03015 (0,3 mm x 0,15 mm). A so putenza nominale hè solu 20 mW è sò solu aduprate per i circuiti chì dissipanu assai pocu putere è sò estremamente limitati in dimensione. Un pacchettu metricu 0201 più chjucu (0,2 mm x 0,1 mm) hè statu liberatu, ma ùn hè ancu statu messu in produzzione. Ma ancu s'ellu si prisentanu in u catalogu di u fabricatore, ùn aspittà micca ch'elli sò in ogni locu: a maiò parte di i robots pick and place ùn sò micca abbastanza precisi per trattà, perch'elli ponu ancu esse prudutti di niche.
I condensatori ponu ancu esse scalati, ma questu riducerà a so capacità. A formula per calculà a capacità di un condensatore shunt hè, induve A hè l'area di u bordu, d hè a distanza trà elli, è ε hè a constante dielettrica (a pruprietà di u materiale intermediu). Se u condensatore (in fondu un dispositivu flat) hè miniaturizatu, l'area deve esse ridutta, riducendu cusì a capacità. Se vulete sempre imballà assai nafara in un picculu voluminu, l'unica opzione hè di stack parechje strati. A causa di l'avanzati in i materiali è a fabricazione, chì anu ancu fattu filmi magre (picculi d) è dielectrics spiciali (cù ε più grande) pussibule, a dimensione di capacitors hà ristrettu significativamente in l'ultimi decennii.
U più chjucu capacitore dispunibule oghje hè in un pacchettu metricu 0201 ultra-picculu: solu 0,25 mm x 0,125 mm. A so capacità hè limitata à u 100 nF sempre utile, è a tensione massima di u funziunamentu hè 6,3 V. Inoltre, sti pacchetti sò assai chjuchi è necessitanu equipamentu avanzatu per trattà, limitendu a so adopzione generalizata.
Per i induttori, a storia hè un pocu complicata. L'induttanza di una bobina dritta hè data da, induve N hè u numeru di spire, A hè l'area di a sezione trasversale di a bobina, l hè a so lunghezza, è μ hè a constante di materiale (permeabilità). Se tutte e dimensioni sò ridutte à a mità, l'induttanza serà ancu ridutta à a mità. In ogni casu, a resistenza di u filu ferma a listessa: questu hè chì a lunghezza è a sezione trasversale di u filu sò ridutta à un quartu di u so valore originale. Questu significa chì finiscinu cù a listessa resistenza in a mità di l'induttanza, perchè dimezza u fattore di qualità (Q) di a bobina.
U più chjucu induttore discretu dispunibule in u cummerciu adopta a dimensione inch 01005 (0,4 mm x 0,2 mm). Quessi sò alti cum'è 56 nH è anu una resistenza di uni pochi ohms. Induttori in un pacchettu metricu 0201 ultra-picculu sò stati liberati in 2014, ma apparentemente ùn sò mai statu introduttu à u mercatu.
E limitazioni fisiche di l'induttori sò state risolte usendu un fenomenu chjamatu induttanza dinamica, chì pò esse osservatu in bobine di grafene. Ma ancu cusì, s'ellu pò esse fabbricatu in modu cummerciale viable, pò aumentà da 50%. Finalmente, a bobina ùn pò micca esse miniaturizzata bè. Tuttavia, se u vostru circuitu opera à frequenze alte, questu ùn hè micca necessariamente un prublema. Se u vostru signale hè in a gamma di GHz, uni pochi di bobine nH sò generalmente abbastanza.
Questu ci porta à un'altra cosa chì hè stata miniaturizzata in u seculu passatu, ma pudete micca avvistà immediatamente: a lunghezza d'onda chì usemu per a cumunicazione. I primi radiodiffusioni anu utilizatu una freccia AM d'onda media di circa 1 MHz cù una lunghezza d'onda di circa 300 metri. A banda di freccia FM centrata à 100 MHz o 3 metri hè diventata populari intornu à l'anni 1960, è oghje utilizemu principalmente cumunicazioni 4G intornu à 1 o 2 GHz (circa 20 cm). Frequenze più elevate significanu più capacità di trasmissione di informazioni. Hè per via di a miniaturizazione chì avemu radiu boni, affidabili è di risparmiu d'energia chì travaglianu in queste frequenze.
E lunghezze d'onda ridutte ponu riduce l'antenne perchè a so dimensione hè direttamente ligata à a frequenza chì anu bisognu di trasmette o riceve. I telefoni cellulari d'oghje ùn anu micca bisognu di antenne protruding long, grazia à a so cumunicazione dedicata à frequenze GHz, per quale l'antenna deve esse solu circa un centimetru longu. Hè per quessa chì a maiò parte di i telefoni cellulari chì cuntenenu ancora ricevitori FM necessitanu di inserisce l'auriculare prima di l'usu: a radiu hà bisognu à aduprà u filu di l'auriculare cum'è antenna per ottene abbastanza forza di signale da quelle onde lunghe di un metru.
In quantu à i circuiti cunnessi à e nostre antenne in miniatura, quandu sò più chjuchi, in realtà diventanu più faciuli di fà. Questu hè micca solu perchè i transistors sò diventati più veloci, ma ancu perchè l'effetti di a linea di trasmissione ùn sò più un prublema. In corta, quandu a lunghezza di un filu supera un decimu di a lunghezza d'onda, avete bisognu di cunsiderà u shift di fasa longu à a so lunghezza quandu cuncepisce u circuitu. À 2.4 GHz, questu significa chì solu un centimetru di filu hà affettatu u vostru circuitu; se saldate cumpunenti discreti inseme, hè un mal di testa, ma s'ellu si mette u circuitu nantu à uni pochi millimetri quadrati, ùn hè micca un prublema.
Predizzione di a morte di a Legge di Moore, o dimustrà chì sti predizioni sò sbagliati una volta è una volta, hè diventatu un tema recurrente in u ghjurnalismu di scienza è tecnulugia. U fattu ferma chì Intel, Samsung, è TSMC, i trè cuncurrenti chì sò sempre à l'avanti di u ghjocu, cuntinueghjanu à cumpressà più funzioni per micrometru quadru, è prughjettanu di intruduce parechje generazioni di chips mejorati in u futuru. Ancu s'è u prugressu chì anu fattu à ogni passu pò esse micca cusì grande quant'è duie decennii fà, a miniaturizazione di i transistori cuntinueghja.
In ogni casu, per i cumpunenti discreti, paremu avè righjuntu un limitu naturali: rendenduli più chjuchi ùn migliurà u so rendimentu, è i cumpunenti più chjuchi attualmente dispunibili sò più chjuchi di a maiò parte di i casi d'usu. Sembra chì ùn ci hè micca a Legge di Moore per i dispositi discreti, ma s'ellu ci hè a Legge di Moore, ci piacerebbe vede quantu una persona pò spinghja a sfida di saldatura SMD.
Aghju sempre vulutu piglià una foto di una resistenza PTH chì aghju utilizatu in l'anni 1970, è mette una resistenza SMD nantu à questu, cum'è aghju scambiatu in / out avà. U mo scopu hè di fà i mo fratelli è soru (nimu d'elli sò prudutti ilittronica) quantu cambià, cumpresi I pò ancu vede i parti di u mo travagliu, (cum'è a mo vista hè peggiu, e mio mani sò peggiu Tremulu).
Mi piace à dì, hè inseme o micca. Odiu veramente "migliurà, migliurà". Calchì volta u vostru layout funziona bè, ma ùn pudete più acquistà pezzi. Chì diavolo hè questu? . Un bonu cuncettu hè un bonu cuncettu, è hè megliu di mantene cum'è hè, piuttostu chè di migliurà senza ragiuni. Gantt
"U fattu resta chì e trè cumpagnie Intel, Samsung è TSMC sò sempre in cumpetizione in prima linea di stu ghjocu, strintendu constantemente più funzioni per micrometru quadru",
I cumpunenti elettronici sò grossi è caru. In u 1971, a famiglia media avia solu uni pochi di radiu, un stereo è una TV. In u 1976, l'urdinatori, i calculatrici, l'orologio digitale è l'orologi eranu sorti, chì eranu chjuchi è pocu prezzu per i cunsumatori.
Certi miniaturizazione vene da u disignu. L'amplificatori operativi permettenu l'usu di giratori, chì ponu rimpiazzà i grandi induttori in certi casi. I filtri attivi eliminanu ancu induttori.
I cumpunenti più grande prumove altre cose: a minimizazione di u circuitu, vale à dì, pruvate d'utilizà u minimu cumpunenti per fà u travagliu di u circuitu. Oghje, ùn ci importa micca tantu. Avete bisognu di qualcosa per riversà u signale? Pigliate un amplificatore operativu. Avete bisognu di una macchina statale? Pigliate un mpu. etc. I cumpunenti oghje sò veramente chjuchi, ma ci sò veramente assai cumpunenti in l'internu. Dunque, in fondu, a dimensione di u vostru circuitu aumenta è u cunsumu di energia aumenta. Un transistor utilizatu per invertisce un signalu usa menu putenza per fà u stessu travagliu chè un amplificatore operativu. Ma dinò, a miniaturizazione hà da piglià cura di l'usu di u putere. Hè solu chì l'innuvazione hè andata in una direzzione diversa.
Avete veramente mancatu alcuni di i più grandi benefici / ragiuni di a dimensione ridutta: parassiti di pacchetti ridotti è una manipulazione di putenza aumentata (chì pare contru à l'intuitivu).
Da un puntu di vista praticu, una volta chì a dimensione di a funzione righjunghji circa 0.25u, ghjunghjerete à u livellu di GHz, à quandu u grande pacchettu SOP cumencia à pruduce l'effettu più grande *. I fili di ligame longu è quelli cunduttori eventualmente vi uccideranu.
À questu puntu, i pacchetti QFN / BGA anu migliuratu assai in quantu à u rendiment. Inoltre, quandu muntate u pacchettu pianu cusì, finisci cù * significativamente * megliu rendimentu termale è pads esposti.
In più, Intel, Samsung è TSMC certamenti ghjucà un rolu impurtante, ma ASML pò esse assai più impurtante in questa lista. Di sicuru, questu ùn pò micca applicà à a voce passiva ...
Ùn si tratta micca solu di riduce i costi di siliciu attraversu i nodi di prucessu di a prossima generazione. Altre cose, cum'è sacchetti. I pacchetti più chjuchi necessitanu menu materiali è wcsp o ancu menu. Pacchetti più chjuchi, PCB o moduli più chjuchi, etc.
Spessu vecu certi prudutti di catalogu, induve l'unicu fattore di guida hè a riduzione di u costu. A dimensione di MHz / memoria hè a stessa, a funzione SOC è l'arrangiamentu di pin sò listessi. Pudemu aduprà e tecnulugia novi per riduce u cunsumu di energia (di solitu questu ùn hè micca liberu, dunque ci deve esse qualchì vantaghju cumpetitivu chì i clienti curanu)
Unu di i vantaghji di i grandi cumpunenti hè u materiale anti-radiazione. Tiny transistors sò più suscettibile à l'effetti di i raghji còsmici, in questa situazione impurtante. Per esempiu, in u spaziu è ancu l'osservatori d'altitudine.
Ùn aghju micca vistu un mutivu maiò per l'aumentu di a velocità. A velocità di u signale hè di circa 8 inch per nanosecondu. Allora solu riducendu a dimensione, chips più veloci sò pussibuli.
Pudete vulete verificà a vostra propria matematica calculendu a diffarenza di ritardu di propagazione per via di cambiamenti di imballaggio è cicli ridotti (1/frequency). Hè per riduce u ritardu / periodu di fazioni. Truverete chì ùn si prisenta mancu cum'è un fattore di arrotondamentu.
Una cosa chì vogliu aghjustà hè chì parechji IC, in particulare disinni più vechji è chips analogichi, ùn sò micca veramente ridutti, almenu internamente. A causa di e migliure in a fabricazione automatizata, i pacchetti sò diventati più chjuchi, ma questu hè perchè i pacchetti DIP sò generalmente assai spazii rimanenti à l'internu, micca perchè i transistori ecc.
In più di u prublema di rende u robot abbastanza precisu per trattà in realtà i cumpunenti minusculi in l'applicazioni di pick-and-place à alta velocità, un altru prublema hè a saldatura affidabile di cumpunenti minuscoli. Soprattuttu quandu avete sempre bisognu di cumpunenti più grande per via di esigenze di putenza / capacità. Utilizendu pasta di saldatura speciale, mudelli di pasta di saldatura speciale (applicà una piccula quantità di pasta di saldatura induve hè necessariu, ma ancu furnisce abbastanza pasta di saldatura per i grandi cumpunenti) cuminciaru à diventà assai caru. Allora pensu chì ci hè un plateau, è più miniaturizazione à u livellu di u circuitu hè solu un modu caru è fattibile. À questu puntu, pudete ancu fà più integrazione à u nivellu di wafer di siliciu è simplificà u numeru di cumpunenti discreti à un minimu assolutu.
Tu vi vede stu nant'à u vostru telefonu. Intornu à u 1995, aghju compru alcuni telefoni cellulari in vendita di garage per uni pochi di dollari ognunu. A maiò parte di i circuiti integrati sò à traversu. CPU ricunnisciutu è compander NE570, grande IC riutilizzabile.
Allora aghju finitu cù qualchi telefuni portatili aghjurnati. Ci sò assai pochi cumpunenti è quasi nunda familiar. In un picculu numeru di IC, micca solu a densità hè più altu, ma ancu un novu disignu (vede SDR) hè aduttatu, chì elimina a maiò parte di i cumpunenti discreti chì eranu indispensabili prima.
> (Applicate una piccula quantità di pasta di saldatura induve hè necessariu, ma ancu furnisce abbastanza pasta di saldatura per cumpunenti grandi)
Ehi, aghju imaginatu u mudellu "3D / Wave" per risolve stu prublema: più sottile induve sò i cumpunenti più chjuchi, è più grossu induve u circuitu di putenza.
Oghje, i cumpunenti SMT sò assai chjuchi, pudete aduprà cumpunenti discreti veri (micca 74xx è altri basura) per cuncepisce u vostru propiu CPU è stampà nantu à u PCB. Sprinkle it with LED, pudete vede u travagliu in tempu reale.
À l'anni, certamenti apprezzà u rapidu sviluppu di cumpunenti cumplessi è chjuchi. Anu furnisce un prugressu tremendu, ma à u stessu tempu aghjunghjenu un novu livellu di cumplessità à u prucessu iterativu di prototipu.
L'aghjustamentu è a velocità di simulazione di i circuiti analogichi hè assai più veloce di ciò chì fate in u laboratoriu. Quandu a freccia di i circuiti digitale cresce, u PCB diventa parte di l'assemblea. Per esempiu, effetti di linea di trasmissione, ritardu di propagazione. U prototipu di qualsiasi tecnulugia d'avanguardia hè megliu spesu per cumplettà u disignu currettamente, invece di fà aghjustamenti in u laboratoriu.
In quantu à l'articuli di hobby, valutazione. I circuiti è i moduli sò una soluzione per riduce i cumpunenti è i moduli di pretest.
Questu pò fà chì e cose perdenu "divertimentu", ma pensu chì u vostru prughjettu per travaglià per a prima volta pò esse più significativu per u travagliu o passatempi.
Aghju cunvertitu parechji disinni da u foru attraversu à SMD. Fate prudutti più prezzu, ma ùn hè micca divertente di custruisce prototipi cù a manu. Un picculu sbagliu: "locu parallelu" deve esse lettu cum'è "plata parallela".
No Dopu chì un sistema vince, l'archeologi seranu sempre cunfunditi da i so scuperti. Quale sà, forse in u 23u seculu, l'Alianza Planetaria adutrà un novu sistema...
Ùn pudia micca più d'accordu. Chì ghjè a dimensione di 0603? Di sicuru, mantene 0603 cum'è a dimensione imperiale è "chjamà" a dimensione metrica 0603 0604 (o 0602) ùn hè micca cusì difficiule, ancu s'ellu pò esse tecnicamente sbagliatu (vale à dì: a misura di currispundenza attuale - micca cusì) in ogni modu. Strict), ma almenu tutti sapanu di quale tecnulugia si parla (metrica / imperiale) !
"In generale, i cumpunenti passivi cum'è resistori, condensatori è induttori ùn anu micca megliu se li rende più chjuchi".