Mengapa banyak elektronik beroperasi pada 5 DAN 3,3 Volts?

Banyak peralatan modern menggunakan koneksi Power 5V. Secara internal mereka bekerja dengan 3.3V. Bukankah lebih mudah memiliki 5V di mana-mana?

Contohnya adalah banyak perangkat USB atau Router (mereka menggunakan 5V untuk daya tetapi 3,3V untuk komunikasi serial).

5 V menjadi banyak digunakan dalam keluarga logika awal, dan terutama TTL. Sementara TTL sangat banyak ketinggalan jaman sekarang semua orang masih berbicara tentang "level TTL". (Saya bahkan mendengar UART diuraikan sebagai "TTL bus", yang merupakan istilah yang keliru: ini adalah saluran komunikasi tingkat logika, tetapi mungkin memiliki tegangan yang berbeda dari 5 V.) Dalam TTL 5 V adalah pilihan yang baik untuk setpoint BJTs dan untuk kekebalan noise yang tinggi.

Tingkat 5 V dipertahankan ketika teknologi beralih ke HCMOS (CMOS Kecepatan Tinggi), dengan 74HC sebagai keluarga paling terkenal; 74HCxx IC dapat beroperasi pada 5 V, tetapi 74HCT juga kompatibel dengan TTL untuk level inputnya. Kompatibilitas itu mungkin diperlukan dalam sirkuit teknologi campuran, dan itulah alasan mengapa 5 V tidak akan sepenuhnya ditinggalkan segera.

Tetapi HCMOS tidak membutuhkan 5 V seperti transistor bipolar TTL. Tegangan yang lebih rendah berarti konsumsi daya yang lebih rendah: IC HCMOS pada 3,3 V biasanya akan mengkonsumsi daya 50% atau kurang dari sirkuit yang sama pada 5 V. Jadi Anda membuat mikrokontroler yang berjalan secara internal pada 3,3 V untuk menghemat daya, tetapi memiliki 5 VI / Os. (I / O juga mungkin 5 V-tolerant; kemudian bekerja pada level 3,3 V, tetapi tidak akan rusak oleh input 5 V. Di samping kompatibilitas 5 V juga menawarkan kekebalan noise yang lebih baik.

Dan itu lebih jauh. Saya telah bekerja dengan pengontrol ARM7TDMI (NXP LPC2100) dengan core yang berjalan pada 1.8 V, dengan 3.3 VI / Os. Tegangan yang lebih rendah adalah penghematan daya ekstra (hanya 13% dari pengontrol 5 V), dan EMI juga lebih rendah. Kekurangannya adalah Anda membutuhkan dua regulator tegangan.

Jadi itulah trennya: voltase yang lebih rendah secara internal untuk konsumsi daya dan EMI yang lebih rendah, dan voltase eksternal yang lebih tinggi untuk kekebalan dan konektivitas noise yang lebih baik.

Yakin. Tetapi ingat bahwa konsumsi daya meningkat dengan kuadrat tegangan. Meningkatkan tegangan yang digunakan dari 3.3V ke 5V meningkatkan konsumsi daya sebesar 2.3 kali. Oleh karena itu ada nilai dalam menggunakan tegangan serendah mungkin, bahkan jika ada beberapa kehilangan dalam catu daya dari konversi.

Sebagian besar elektronik memiliki +5 tersedia di dalam pesawat, tetapi, ketika sirkuit hanya membutuhkan 3.3V, lebih mudah untuk menjatuhkan tegangan pada chip daripada meminta produsen untuk merekayasa ulang pasokan listrik mereka dan papan untuk menambahkan 3.3V. Tegangan yang lebih rendah tidak hanya mengurangi konsumsi daya tetapi di sirkuit digital berkecepatan tinggi dibutuhkan lebih sedikit waktu untuk berayun dari satu rel ke yang lain.