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Forse dopu à a lege di Ohm, a seconda lege più famosa in l'elettronica hè a lege di Moore: u numeru di transistori chì ponu esse fabbricati nantu à un circuitu integratu radduppia 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?
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 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 in u dispositivu in a vostra sacchetta, è pudete fà più. Ma a miniaturizazione ùn hè micca solu per a portabilità: hè assolutamente necessariu per ottene u rendiment 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, u A quantità di informazioni trattata da un processore di 64 bit hè ottu volte quella di un CPU di 8 bit chì funziona à a listessa freccia di clock. .Allora avete bisognu di un chip chì hè ottu volte più grande o 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 almacenamento in u stessu voluminu. I pixel in a maiò parte di i display oghje sò fatti di transistori di film sottili, per quessa hè sensu di scalalli è ottene risoluzioni più altu. , u più chjucu u transistor, u megliu, è ci hè un altru mutivu cruciale: u so rendimentu hè assai migliuratu. Ma perchè esattamente?
Ogni volta chì fate un transistor, furnisce alcuni cumpunenti supplementari gratuitamente. Ogni terminale hà una resistenza in serie. Qualchese ughjettu chì porta u currente hà ancu l'auto-induttanza. Infine, ci hè una capacità trà ogni dui cunduttori chì si affaccianu. Tutti questi effetti. cunsumà u putere è rallentà a vitezza di u transistor.Capacità parassiti sò particularmente fastidiosi: anu bisognu à esse incaricati è scaricati ogni volta chì i transistori sò attivati ​​o spenti, chì esige u tempu è u currente da l'alimentazione.
A capacità trà dui cunduttori hè una funzione di a so dimensione fisica: una dimensione più chjuca significa una capacità più chjuca. E perchè i condensatori più chjuchi significanu più veloce è una putenza più bassa, i transistori più chjuchi ponu curriri à frequenze di clock più altu è dissipate menu calore in questu.
Quandu si riduce a dimensione di i transistori, a capacità ùn hè micca l'unicu effettu chì cambia: ci sò assai effetti meccanichi quantistici strani chì ùn sò micca evidenti per i dispositi più grandi. cà solu transistors.When vo scalate altri cumpunenti, cumu fà?
In generale, i cumpunenti passivi, cum'è resistori, condensatori è induttori ùn anu micca megliu quandu si chjude: in parechji manere, anu da peghju. , risparmiendu cusì spaziu PCB.
A dimensione di u resistore pò esse ridutta senza pruvucà troppu perda. A resistenza di un pezzu di materiale hè datu da, induve l hè a lunghezza, A hè l'area di seccione trasversale, è ρ hè a resistività di u materiale. simpricimenti riducendu a lunghezza è cross-section, è finiscinu cu una resistenza fisicamenti più chjuca, ma ancu avè a stessa resistenza. L'unicu svantaghju hè chì quandu si dissipa u listessu putere, i resistori fisicamenti più chjuchi generanu più calore chì resistori più grande. resistors pò ièssiri usatu solu in circuits.This bassu putenza, tavula mostra cumu u puntu di putenza massima di resistors SMD diminuisce cum'è a so taglia 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 dimensioni. pacchettu (0,2 mm x 0,1 mm) hè statu liberatu, ma ùn hè ancu statu messu in pruduzzione. 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, cusì ponu esse ancu 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 (basamentalmente un dispositivu flat) hè miniaturizatu, l'area deve esse ridutta, riducendu cusì a capacità.Se vulete ancu imballà assai nafara in un picculu voluminu, l'unica opzione. hè di stack parechji strati together.Due to advances in materiali è manifattura, chì anu ancu fattu filmi magre (picculi d) è dielectrics spiciali (cù ε più grande) pussibule, a dimensione di capacitors hà shrunk 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.Also, sti pacchetti sò assai chjuchi è necessitanu equipaggiu avanzatu per trattà, limitendu a so adopzione generalizata.
Per l'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 u constante di materiale (permeabilità).Se tutte e dimensioni sò ridotte à a mità, l'induttanza serà ancu ridutta à a mità. Tuttavia, a resistenza di u filu ferma a listessa: questu hè perchè a lunghezza è a sezione trasversale di u filu sò ridutta à un quartu di u so valore uriginale. Questu significa chì finiscinu cù a stessa resistenza in a mità di l'induttanza, perchè avete a mità di 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 anu mai statu introduttu à u mercatu.
I limitazioni fisichi di induttori sò stati risolti cù un fenomenu chjamatu inductance dinamica, chì pò esse osservatu in bobine fatti di graphene.Ma ancu cusì, s'ellu pò esse fabbricatu in modu cummerciale viable, pò cresce da 50%. a bobina ùn pò micca esse miniaturizzata bè. Tuttavia, se u vostru circuitu hè operatu à frequenze alte, questu ùn hè micca necessariamente un prublema. Se u vostru signale hè in a gamma 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 trasmissioni di radiu 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 avemu usatu principalmente cumunicazioni 4G intornu à 1 o 2 GHz (circa 20 cm). Frequenzi più elevati significanu più capacità di trasmissione di l'infurmazioni. 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 chì si riducenu ponu riduce l'antenne perchè a so dimensione hè direttamente ligata à a freccia chì anu bisognu di trasmette o riceve. I telefuni mobili 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 una. centimeter long.This hè per quessa chì a maiò parte di i telefoni cellulari chì cuntenenu ancu 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 quelli 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 durata di un filu supera una decima 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.
Predicting a morte di a Legge di Moore, o dimustrà chì sti prediczioni 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 in prima linea. di u ghjocu, cuntinueghjanu à cumpressà più funziunalità per micrometru quadru, è prughjettanu di intruduce parechje generazioni di chips perfezionati in u futuru.Ancu s'è u prugressu ch'elli anu fattu à ogni passu pò esse micca grande quant'è duie decennii fà, a miniaturizazione di transistors. cuntinueghja.
In ogni casu, per i cumpunenti discreti, paremu avè ghjuntu à un limitu naturali: rende più chjucu ùn migliurà u so rendiment, è i cumpunenti più chjuchi dispunibuli attualmente sò più chjuchi di a maiò parte di i casi d'usu. 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 now.My goal is to make my brothers and soreds (nimu di 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 ottene parte. Chì diavule hè questu?. Un bonu cuncettu hè un bonu cuncettu, è hè megliu di mantene cum'è hè, invece di migliurà senza raghjone.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 esce, chì eranu chjuchi è pocu prezzu per i cunsumatori.
Certi miniaturizazione venenu 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.
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. Avete bisognu di una macchina statale? Pigliate un mpu.etc. I cumpunenti oghje sò veramente chjuchi, ma in realtà ci sò assai cumpunenti in l'internu. Dunque, in fondu, a vostra dimensione di u circuitu aumenta è u cunsumu di energia aumenta. rializà u listessu travagliu chè un amplificatore upirativu. Ma dinò, a miniaturizazione hà da piglià cura di l'usu di u putere.
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, ghjunghjerai à u livellu di GHz, à quellu tempu u pacchettu SOP grande 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.
Inoltre, Intel, Samsung, è TSMC certamente 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 riduzzione di i costi di siliciu attraversu nodi di prucessu di a nova 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 vi vede parechji prudutti di catalogu, induve l'unicu fattore di guida hè a riduzzione di u costu.MHz / dimensione di memoria hè a stessa, a funzione SOC è l'arrangiamentu di u pin sò listessi. Pudemu aduprà novi tecnulugia per riduce u cunsumu di energia (di solitu questu ùn hè micca liberu, cusì ci deve esse qualchì vantaghju cumpetitivu chì i clienti curanu)
Unu di i vantaghji di i cumpunenti grandi hè u materiale anti-radiazione. I transistors Tiny sò più suscettibili à l'effetti di i raghji cosmici, 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 nanosecond.So solu per riduce 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 vede 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 i migliori in a fabricazione automatizzata, i pacchetti sò diventati più chjuchi, ma questu hè perchè i pacchetti DIP sò generalmente assai u spaziu restu à l'internu, micca perchè i transistors ecc. sò diventati più chjuchi.
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 di saldare in modu affidabile cumpunenti minusculi. Soprattuttu quandu avete bisognu di cumpunenti più grande per via di esigenze di putenza / capacità. pasta di saldatura spiciali, mudelli di pasta di saldatura di passu spiciali (applicà una piccula quantità di pasta di saldatura induve hè necessariu, ma ancu furnisce abbastanza pasta di saldatura per i grandi cumpunenti) hà cuminciatu à diventà assai caru. Allora pensu chì ci hè un plateau, è più miniaturizazione à u circuitu. livellu di bordu hè solu un modu caru è fattibili. À questu puntu, pudete ancu fà più integrazione à u nivellu di wafer di silicone è simplificà u numeru di cumpunenti discreti à un minimu assolutu.
Viderà questu nantu à u vostru telefunu. Intornu à u 1995, aghju compru alcuni telefunini mobili in vendita di garage per uni pochi di dollari ognunu. A maiò parte di l'IC sò attraversu-bucu.
Allora aghju finitu cù qualchì telefuninu di telefuninu aghjurnatu. Ci hè assai pocu cumpunenti è quasi nunda di 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 prima eranu indispensabili.
> (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 designà u vostru propiu CPU è stampate nantu à u PCB. Sprinkle it with LED, pudete vede u travagliu in tempu reale.
Duranti l'anni, certamenti apprezzà u rapidu sviluppu di cumpunenti cumplessi è chjuchi. Furniscenu 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. Cumu a freccia di i circuiti digitale cresce, u PCB diventa parte di l'assemblea. Per esempiu, effetti di linea di trasmissione, ritardu di propagazione. A tecnulugia di punta hè megliu spesa per finisce u disignu currettamente, invece di fà aghjustamenti in u laboratoriu.
In quantu à l'articuli di hobby, valutazione.Circuit boards and modules are a solution to shrinking components and pre-testing modules.
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 avutu cunvertisce parechji disinni da u foru passante à SMD. Fate prudutti più economici, ma ùn hè micca divertente di custruisce prototipi a manu. Un picculu sbagliu: "locu parallelu" deve esse lettu cum'è "piastra parallela".
No.Dopu chì un sistema vince, l'archeologi seranu sempre cunfusi da i so scuperte. Quale sà, forse in u 23u seculu, l'Alianza Planetaria adutrà un novu sistema...
Ùn pudia micca più d'accordu. Chì hè 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 incorrectu (ie: dimensione attuale di corrispondenza - 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".