albisteak

Beharbada, Ohm-en legearen ondoren, elektronikako bigarren legerik ospetsuena Moore-ren legea da: Zirkuitu integratu batean fabrikatu daitezkeen transistore kopurua bi urtean behin edo bikoiztu egiten da. Txiparen tamaina fisikoa gutxi gorabehera berdina izaten denez, horrek esan nahi du transistore indibidualak txikiagoak izango direla denborarekin. Ezaugarrien tamaina txikiagoko txip belaunaldi berri bat abiadura normalean agertzea espero dugu, baina zertarako balio du gauzak txikiagoak egiteak? Txikiak beti esan nahi du hobea?
Azken mendean, ingeniaritza elektronikoak aurrerapen izugarriak egin ditu. 1920ko hamarkadan, AM irrati aurreratuenak hainbat huts-hodi, hainbat induktore, kondentsadore eta erresistentzia erraldoi, antena gisa erabiltzen ziren dozenaka metro hari eta gailu osoa elikatzeko bateria multzo handi batek osatzen zuten. Gaur egun, dozena bat musika erreproduzitzeko zerbitzu baino gehiago entzun ditzakezu poltsikoan gailuan, eta gehiago egin dezakezu. Baina miniaturizazioa ez da soilik eramangarritasunerako: guztiz beharrezkoa da gaur egun gure gailuetatik espero dugun errendimendua lortzea.
Osagai txikiagoen abantaila nabaria da bolumen berean funtzionalitate gehiago sartzeko aukera ematen dutela. Hau bereziki garrantzitsua da zirkuitu digitaletarako: osagai gehiagok denbora berean prozesatu gehiago egin dezakezula esan nahi du. Esaterako, teorian, 64 biteko prozesadore batek prozesatzen duen informazio kopurua erloju-maiztasun berean dabilen 8 biteko CPU batena baino zortzi aldiz handiagoa da. Baina zortzi aldiz osagai gehiago ere behar ditu: erregistroak, batutzaileak, autobusak... zortzi aldiz handiagoak dira. Beraz, zortzi aldiz handiagoa den txip bat behar duzu, edo zortzi aldiz txikiagoa den transistore bat behar duzu.
Gauza bera gertatzen da memoria txipekin: transistore txikiagoak eginez, biltegiratze leku gehiago izango duzu bolumen berean. Gaur egungo pantaila gehienetako pixelak film meheko transistorez eginda daude, beraz, zentzuzkoa da horiek eskalatzea eta bereizmen handiagoak lortzea. Hala ere, transistorea zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta hobeto, eta badago beste arrazoi erabakigarri bat: haien errendimendua asko hobetzen da. Baina zergatik zehazki?
Transistore bat egiten duzun bakoitzean, osagai osagarri batzuk doan emango ditu. Terminal bakoitzak erresistentzia bat du seriean. Korrontea daraman edozein objektuk ere autoinduktantzia du. Azkenik, bata bestearen aurrean dauden bi eroaleen artean kapazitate bat dago. Efektu hauek guztiek potentzia kontsumitzen dute eta transistorearen abiadura moteltzen dute. Kapazitate parasitoak bereziki kezkagarriak dira: transistoreak pizten edo itzaltzen diren bakoitzean kargatu eta deskargatu behar dira, eta horrek denbora eta korrontea behar du elikadura-iturritik.
Bi eroaleen arteko kapazitatea haien tamaina fisikoaren funtzioa da: tamaina txikiagoak kapazitate txikiagoa esan nahi du. Eta kondentsadore txikiagoek abiadura handiagoa eta potentzia txikiagoa esan nahi dutenez, transistore txikiagoek erloju-maiztasun handiagoetan funtziona dezakete eta bero gutxiago xahutu dezakete.
Transistoreen tamaina txikitzen duzun heinean, kapazitantzia ez da aldatzen den efektu bakarra: gailu handiagoentzat agerikoak ez diren efektu mekaniko kuantiko bitxi asko daude. Hala ere, oro har, transistoreak txikiagoak egiteak azkarrago egingo ditu. Baina produktu elektronikoak transistoreak baino gehiago dira. Beste osagai batzuk murrizten dituzunean, nola funtzionatzen dute?
Orokorrean, erresistentzia, kondentsadore eta induzitzaileak bezalako osagai pasiboak ez dira hobetuko txikiagoak direnean: modu askotan, okerrera egingo dute. Hori dela eta, osagai horien miniaturizazioa, batez ere, bolumen txikiago batean konprimitu ahal izatea da, horrela PCB espazioa aurreztuz.
Erresistentziaren tamaina murriztu daiteke galera handiegirik eragin gabe. Material baten erresistentzia honek ematen du, non l luzera den, A sekzio-eremua den eta ρ materialaren erresistentzia den. Besterik gabe, luzera eta ebakidura murriztu ditzakezu eta fisikoki erresistentzia txikiagoarekin amaitu, baina erresistentzia bera edukitzea. Desabantaila bakarra potentzia bera xahutzean, fisikoki erresistentzia txikiagoek bero gehiago sortuko dute erresistentzia handiagoek baino. Horregatik, erresistentzia txikiak potentzia baxuko zirkuituetan soilik erabil daitezke. Taula honek SMD erresistentzien potentzia maximoa nola txikitzen den erakusten du haien tamaina txikiagotzean.
Gaur egun, eros dezakezun erresistentzia txikiena 03015 neurri metrikoa da (0,3 mm x 0,15 mm). Haien potentzia nominala 20 mW baino ez da eta oso potentzia gutxi xahutzen duten eta tamainaz oso mugatuak diren zirkuituetarako soilik erabiltzen dira. 0201 pakete metriko txikiagoa (0,2 mm x 0,1 mm) kaleratu da, baina oraindik ez da ekoizten. Baina fabrikatzailearen katalogoan agertzen badira ere, ez espero nonahi egotea: hautatzeko eta kokatzeko robot gehienak ez dira nahikoa zehatzak maneiatzeko, beraz, produktu nitxoak izan daitezke oraindik.
Kondentsadoreak ere eskala daitezke, baina horrek haien kapazitatea murriztuko du. Shunt-kondentsadore baten kapazitatea kalkulatzeko formula hau da, non A plakaren azalera den, d haien arteko distantzia den eta ε konstante dielektrikoa (tarteko materialaren propietatea). Kondentsadorea (funtsean, gailu laua) miniaturizatuta badago, eremua murriztu egin behar da, horrela kapazitatea murriztuz. Oraindik bolumen txiki batean nafara asko bildu nahi baduzu, aukera bakarra hainbat geruza elkarrekin pilatzea da. Materialen eta fabrikazioaren aurrerapenen ondorioz, film meheak (d txikiak) eta dielektriko bereziak (ε handiagoak) ere posible egin dituztenez, kondentsadoreen tamaina nabarmen murriztu da azken hamarkadetan.
Gaur egun eskuragarri dagoen kondentsadorerik txikiena 0201 pakete metriko ultra-txiki batean dago: 0,25 mm x 0,125 mm baino ez. Haien kapazitatea oraindik erabilgarria den 100 nF-ra mugatuta dago, eta funtzionamendu-tentsio maximoa 6,3 V-koa da. Gainera, pakete hauek oso txikiak dira eta ekipamendu aurreratuak behar dituzte horiek kudeatzeko, haien harrera zabala mugatuz.
Induktoreentzat, istorioa pixka bat zaila da. Bobina zuzen baten induktantzia honek ematen du, non N bira-kopurua den, A bobinaren ebakidura-eremua, l bere luzera eta μ materialaren konstantea (iragazkortasuna). Dimentsio guztiak erdira murrizten badira, induktantzia ere erdira murriztuko da. Hala ere, hariaren erresistentzia berdina izaten jarraitzen du: hariaren luzera eta sekzioa jatorrizko balioaren laurdenera murrizten direlako da. Horrek esan nahi du induktantziaren erdian erresistentzia berdina lortzen duzula, beraz, bobinaren kalitatea (Q) faktorea erdira murrizten duzu.
Komertzialki eskuragarri dagoen indukzio diskretu txikienak 01005 hazbeteko tamaina hartzen du (0,4 mm x 0,2 mm). Hauek 56 nH bezain altuak dira eta ohm gutxiko erresistentzia dute. 0201 pakete metriko ultra-txiki bateko induzitzaileak 2014an kaleratu ziren, baina itxuraz ez dira inoiz merkatuan sartu.
Induktoreen muga fisikoak induktantzia dinamikoa izeneko fenomenoa erabiliz ebatzi dira, grafenoz egindako bobinetan ikus daitekeena. Baina hala ere, modu komertzialki bideragarrian fabrikatu badaiteke, %50 handitu daiteke. Azkenik, bobina ezin da ondo miniaturizatu. Hala ere, zure zirkuitua maiztasun altuetan funtzionatzen badu, hori ez da zertan arazo bat izango. Zure seinalea GHz barrutian badago, nH bobina batzuk nahikoak izan ohi dira.
Honek iragan mendean miniaturizatu den beste gauza batera garamatza baina agian ez zara berehala ohartuko: komunikaziorako erabiltzen dugun uhin-luzera. Hasierako irrati-emisioek 1 MHz inguruko uhin ertaineko AM frekuentzia erabiltzen zuten, 300 metro inguruko uhin-luzerarekin. 100 MHz edo 3 metrotan zentratutako FM maiztasun-banda 1960ko hamarkadaren inguruan ezaguna egin zen, eta gaur egun 4G komunikazioak erabiltzen ditugu batez ere 1 edo 2 GHz inguruan (20 cm inguru). Maiztasun handiagoek informazioa transmititzeko ahalmen handiagoa dakar. Miniaturizazioa dela eta maiztasun horietan lan egiten duten irrati merkeak, fidagarriak eta energia aurrezteko aukera dugu.
Uhin-luzera txikiagoek antenak txikitu ditzakete, haien tamaina transmititu edo jaso behar duten maiztasunarekin zuzenean lotuta baitago. Gaur egungo telefono mugikorrek ez dute antena luze irtenak behar, GHz-ko maiztasunetan duten komunikazio dedikatuari esker, eta horretarako antena zentimetro bat baino ez da izan behar. Horregatik, oraindik FM hargailuak dituzten telefono mugikor gehienek entzungailuak konektatzea eskatzen dute erabili aurretik: irratiak entzungailuen kablea erabili behar du antena gisa, metro bateko luzera duten uhin horietatik seinale indar nahikoa lortzeko.
Gure miniaturazko antenei konektaturiko zirkuituei dagokienez, txikiagoak direnean, errazago egiten dira. Hau ez da soilik transistoreak azkarragoak bihurtu direlako, baizik eta transmisio-lerroen efektuak jada ez direlako arazo. Laburbilduz, hari baten luzerak uhin-luzeraren hamarren bat gainditzen duenean, zirkuitua diseinatzerakoan bere luzeran dagoen fase-aldaketa kontuan hartu behar duzu. 2,4 GHz-tan, horrek esan nahi du hari zentimetro bakarrak eragin diola zure zirkuituan; osagai diskretuak elkarrekin soldatzen badituzu, buruhaustea da, baina zirkuitua milimetro karratu batzuetan ezartzen baduzu, ez da arazorik.
Mooreren Legearen desagerpena iragartzea edo iragarpen horiek behin eta berriz oker daudela erakustea, behin eta berriz errepikatzen den gaia bihurtu da zientzia eta teknologiako kazetaritzan. Izan ere, Intel, Samsung eta TSMC, oraindik jokoaren abangoardian dauden hiru lehiakideek, mikrometro karratu bakoitzeko ezaugarri gehiago konprimitzen jarraitzen dute eta etorkizunean hainbat txip hobetu belaunaldi sartzeko asmoa dute. Nahiz eta urrats bakoitzean egin duten aurrerapena duela bi hamarkada bezain handia ez izan, transistoreen miniaturizazioak jarraitzen du.
Hala ere, osagai diskretuetarako, badirudi berezko mugara iritsi garela: txikiagotzeak ez du errendimendua hobetzen, eta gaur egun dauden osagai txikienak erabilera kasu gehienek eskatzen dutena baino txikiagoak dira. Badirudi ez dagoela Moore-ren legea gailu diskretuetarako, baina Moore-ren legea badago, pertsona batek SMD soldadura-erronka zenbateraino bultza dezakeen ikustea gustatuko litzaiguke.
1970eko hamarkadan erabili nuen PTH erresistentzia bati argazki bat atera nahi izan diot beti eta SMD erresistentzia bat jarri, orain sartu/irteten ari naizen bezala. Nire helburua nire anai-arrebei (horietako bat ere ez da produktu elektronikoa) zenbat aldaketa egitea da, nire lanaren zatiak ere ikus ditzaket barne (ikusmena okertzen ari den heinean, eskuak okerrera egiten ari dira Dardara).
Gustatzen zait esatea, elkarrekin ala ez. Asko gorroto dut "hobetu, hobetu". Batzuetan zure diseinuak ondo funtzionatzen du, baina jada ezin dituzu piezak eskuratu. Zer demontre da hori? . Kontzeptu on bat kontzeptu ona da, eta hobe da dagoen bezala mantentzea, arrazoirik gabe hobetzea baino. Gantt
"Izan ere, Intel, Samsung eta TSMC hiru konpainiek joko honen abangoardian lehiatzen jarraitzen dute, mikrometro karratuko ezaugarri gehiago ateratzen dituztela etengabe".
Osagai elektronikoak handiak eta garestiak dira. 1971n, batez besteko familiak irrati gutxi, estereo bat eta telebista bat besterik ez zituen. 1976rako, ordenagailuak, kalkulagailuak, erloju digitalak eta erlojuak atera ziren, kontsumitzaileentzat txikiak eta merkeak.
Miniaturizazio batzuk diseinutik datoz. Eragiketa-anplifikadoreek giradoreak erabiltzea ahalbidetzen dute, zenbait kasutan induktore handiak ordezka ditzakete. Iragazki aktiboek induktoreak ere ezabatzen dituzte.
Osagai handiagoek beste gauza batzuk sustatzen dituzte: zirkuituaren minimizazioa, hau da, zirkuitua funtziona dezan osagai gutxien erabiltzen saiatzea. Gaur egun, ez zaigu hainbeste axola. Zerbait behar al duzu seinalea alderantzikatzeko? Hartu anplifikadore operatibo bat. Estatuko makina bat behar duzu? Hartu mpu bat. etab. Gaur egungo osagaiak oso txikiak dira, baina barruan osagai asko daude. Beraz, funtsean, zure zirkuituaren tamaina handitzen da eta energia-kontsumoa handitzen da. Seinale bat inbertitzeko erabiltzen den transistore batek anplifikadore operatibo batek baino potentzia gutxiago erabiltzen du lan bera betetzeko. Baina, berriro ere, miniaturizazioa arduratuko da boterearen erabileraz. Berrikuntza beste norabide batera joan dela da.
Benetan galdu dituzu tamaina murriztearen abantaila/arrazoi handienetako batzuk: paketeen parasitoak murriztea eta potentzia manipulatzea areagotzea (intuitiboa dirudiena).
Ikuspegi praktikotik, ezaugarrien tamaina 0.25u ingurura iristen denean, GHz-ko mailara iritsiko zara, eta une horretan SOP pakete handiak* efektu handiena sortzen hasten da. Lotura-hari luzeak eta kable horiek azkenean hilko zaituzte.
Une honetan, QFN/BGA paketeak asko hobetu dira errendimenduari dagokionez. Gainera, paketea horrela lauan muntatzen duzunean, * nabarmen * errendimendu termiko hobea eta ageriko kuxinak lortzen dituzu.
Gainera, Intelek, Samsungek eta TSMCk paper garrantzitsua izango dute zalantzarik gabe, baina ASML askoz ere garrantzitsuagoa izan daiteke zerrenda honetan. Jakina, baliteke hau ez aplikatzea ahots pasiboari...
Ez da soilik silizio-kostuak murriztea hurrengo belaunaldiko prozesu-nodoen bidez. Beste gauza batzuk, poltsak adibidez. Pakete txikiagoek material eta wcsp gutxiago behar dituzte edo are gutxiago. Pakete txikiagoak, PCB edo modulu txikiagoak, etab.
Askotan ikusten ditut katalogoko produktu batzuk, non eragile bakarra kostuak murriztea den. MHz/memoria tamaina berdina da, SOC funtzioa eta pin antolamendua berdinak dira. Teknologia berriak erabil ditzakegu energia-kontsumoa murrizteko (normalean hau ez da doakoa, beraz, bezeroei axola zaizkien abantaila lehiakor batzuk egon behar dira)
Osagai handien abantailetako bat erradiazioen aurkako materiala da. Transistore txiki-txikiak izpi kosmikoen eraginak jasan ditzakete, egoera garrantzitsu honetan. Esaterako, espazioan eta baita altuera handiko behatokietan ere.
Ez nuen abiadura handitzeko arrazoi handirik ikusi. Seinalearen abiadura gutxi gorabehera 8 hazbeteko nanosegundoko da. Beraz, tamaina murriztuz gero, txip azkarragoak posible dira.
Baliteke zure matematika egiaztatu nahi izatea bilketa aldaketen eta ziklo murriztuen ondoriozko hedapen-atzerapenaren diferentzia kalkulatuz (1/maiztasuna). Hau da, fakzioen atzerapena/epea murriztea. Konturatuko zara ez dela biribiltze faktore gisa ere agertzen.
Gehitu nahi dudan gauza bat da IC asko, batez ere diseinu zaharragoak eta txip analogikoak, ez direla benetan txikitzen, barnean behintzat. Fabrikazio automatizatuan egindako hobekuntzen ondorioz, paketeak txikiagoak egin dira, baina hori DIP paketeek normalean barruan espazio asko izaten dutelako gertatzen da, ez transistoreak eta abar txikiagoak direlako.
Abiadura handiko hautaketa-aplikazioetan osagai txikiak benetan maneiatzeko robota nahikoa zehatza izatearen arazoaz gain, beste arazo bat osagai txiki-txikiak fidagarritasunez soldatzea da. Batez ere, osagai handiagoak behar dituzunean potentzia/edukiera eskakizunengatik. Soldadura-pasta berezia erabiliz, soldadura-pasta txantiloi bereziak (aplikatu soldadura-pasta kopuru txiki bat behar den lekuan, baina osagai handietarako nahikoa soldadura-pasta eman) oso garestitzen hasi ziren. Beraz, goi-lautada bat dagoela uste dut, eta zirkuitu plaken mailan miniaturizazioa gehiago bide garestia eta bideragarria besterik ez da. Une honetan, siliziozko obleen mailan integrazio gehiago egin dezakezu eta osagai diskretuen kopurua minimo absoluturaino erraztu.
Hau zure telefonoan ikusiko duzu. 1995 inguruan, hasierako telefono mugikor batzuk erosi nituen garaje-salmentetan dolar batzuen truke. IC gehienak zulo bidezkoak dira. PUZ ezaguna eta NE570 konpander, IC berrerabilgarri handia.
Gero, eskuko telefono eguneratu batzuekin amaitu nuen. Oso osagai gutxi daude eta ia ezer ezagutzen. IC kopuru txiki batean, dentsitatea ez ezik, diseinu berri bat ere hartzen da (ikus SDR), lehen ezinbestekoak ziren osagai diskretu gehienak ezabatzen dituena.
> (Aplikatu soldadura-pasta kopuru txiki bat behar den lekuan, baina oraindik osagai handietarako nahikoa soldadura-pasta eman)
Aizu, "3D/Wave" txantiloia irudikatu nuen arazo hau konpontzeko: meheagoa osagai txikienak dauden lekuan eta lodiagoa potentzia-zirkuitua dagoen tokian.
Gaur egun, SMT osagaiak oso txikiak dira, benetako osagai diskretuak erabil ditzakezu (ez 74xx eta beste zabor batzuk) zure CPU propioa diseinatzeko eta PCBan inprimatzeko. Bota LEDarekin, denbora errealean funtzionatzen duela ikus dezakezu.
Urteetan zehar, zalantzarik gabe, osagai konplexu eta txikien garapen azkarra eskertzen dut. Ikaragarrizko aurrerapena ematen dute, baina, aldi berean, konplexutasun maila berri bat gehitzen diote prototipatze prozesu iteratiboari.
Zirkuitu analogikoen doikuntza eta simulazio abiadura laborategian egiten duzuna baino askoz azkarragoa da. Zirkuitu digitalen maiztasuna igotzen den heinean, PCB muntaketaren parte bihurtzen da. Adibidez, transmisio-lerroaren ondorioak, hedapen-atzerapena. Punta-puntako edozein teknologiaren prototipoak egitea hobe da diseinua behar bezala osatzera, laborategian doikuntzak egitea baino.
Zaletasun gaiei dagokienez, ebaluazioa. Zirkuitu plakak eta moduluak osagaiak txikitzeko eta aurretiazko probak egiteko moduluak dira.
Horrek gauzak "dibertsioa" galtzea eragin dezake, baina uste dut zure proiektua lehen aldiz martxan jartzea esanguratsuagoa izan daitekeela lanagatik edo zaletasunengatik.
Diseinu batzuk zulotik SMDra bihurtzen aritu naiz. Egin produktu merkeagoak, baina ez da dibertigarria prototipoak eskuz eraikitzea. Akats txiki bat: "leku paraleloa" "plaka paraleloa" bezala irakurri behar da.
Ez. Sistema batek irabazi ondoren, arkeologoak oraindik nahastuko dira haren aurkikuntzekin. Nork daki, agian 23. mendean, Aliantza Planetarioak sistema berri bat hartuko du...
Ezin nuen gehiago ados egon. Zein da 0603ren tamaina? Jakina, 0603 tamaina inperial gisa mantentzea eta 0603 neurri metrikoari 0604 (edo 0602) "deitzea" ez da hain zaila, nahiz eta teknikoki okerra izan (hau da: benetako bat etortzea, ez horrela). Zorrotza), baina denek jakingo dute zein teknologiataz ari zaren (metrikoa/inperiala)!
"Oro har, erresistentzia, kondentsadoreak eta induzitzaileak bezalako osagai pasiboak ez dira hobetuko txikiagoak egiten badituzu".