Sirkuit terpadu tampaknya memiliki tegangan standar 5V, 3.3V, 2.5V. 1.8V ...
- Siapa yang memutuskan voltase ini?
- Mengapa perangkat yang lebih kecil membutuhkan voltase lebih rendah?
integrated-circuit
Thomas O
sumber
sumber
Jawaban:
Tegangan baru sering dipilih untuk memberikan tingkat kompatibilitas dengan apa yang datang sebelumnya.
Level output 3V3 CMOS kompatibel dengan input 5V TTL, misalnya.
sumber
VDD yang lebih rendah diperlukan karena geometri gerbang menyusut. Ini mencegah kerusakan pada oksida gerbang CMOS dan meminimalkan kebocoran. Ketika fab beralih dari 0,5um ke 0,35um, gerbang yang lebih tipis hanya bisa menangani potensi hingga 3,6V. Itu menyebabkan persediaan di 3.3V +/- 10%. Dengan beralih ke 0.18um, tegangan dikurangi menjadi 1.8V +/- 10%. Dalam proses terbaru (misalnya 45nm), gerbang terbuat dari dielektrik k tinggi seperti halfnium untuk mengurangi kebocoran.
sumber
Itu kombinasi dari beberapa faktor:
Baru-baru ini gambar menjadi lebih rumit - tegangan suplai tidak dapat dengan mudah diturunkan karena gain transistor intrinsik terbatas. Gain ini menghadirkan tradeoff (pada tegangan pasokan yang diberikan) antara resistansi "on" dari saluran transistor, yang membatasi kecepatan switching, dan resistansi "off" yang menyebabkan kebocoran arus melaluinya. Itu sebabnya tegangan suplai inti menetap di sekitar 1V yang menyebabkan kecepatan chip IC digital baru tumbuh lebih lambat dan konsumsi daya mereka tumbuh lebih cepat daripada sebelumnya. Hal-hal menjadi semakin buruk jika Anda mempertimbangkan variabilitas proses manufaktur - jika Anda tidak dapat memposisikan transistor dengan cukup memindahkan tegangan ambang batas (dan ketika transistor semakin kecil itu menjadi sangat sulit) margin antara resistensi "on" / "off" menghilang.
sumber
Tegangan muncul mengikuti pola:
sumber
sqrt(2)/2
. Masih tidak sempurna, tetapi dalam 10% dan itu jauh lebih masuk akal daripada fraksi sewenang-wenang Anda: P" Mengapa perangkat yang lebih kecil membutuhkan voltase lebih rendah ?" IC yang lebih kecil memiliki permukaan lebih sedikit untuk menghilangkan panas. Setiap kali sedikit beralih di suatu tempat di IC, kapasitor harus diisi atau dikosongkan (yaitu kapasitansi gerbang transistor CMOS). Meskipun transisotr dalam IC digital biasanya sangat kecil, ada banyak dari mereka, sehingga masalah ini tetap penting. Energi yang disimpan dalam kapasitor sama dengan 0,5 * C * U ^ 2. Dua kali tegangan akan menyebabkan 2 ^ 2 = 4 kali energi yang harus digunakan untuk setiap gerbang MOSFET. Oleh karena itu, bahkan langkah kecil dari, katakanlah, 2.5V ke 1.8V akan membawa peningkatan yang signifikan. Itu sebabnya perancang IC tidak hanya bertahan pada 5V selama beberapa dekade dan menunggu sampai teknologi siap menggunakan 1.2V, tetapi menggunakan semua level tegangan lucu lainnya di antaranya.
sumber
Jawaban singkat: Geeks di TI mengatakan demikian, dan semua orang mengikuti dengan membuat produk yang kompatibel atau bersaing.
5 Volts dipilih untuk kekebalan kebisingan . Chip awal adalah babi listrik, yang menyebabkan riak pada catu daya setiap kali sesuatu beralih sehingga perancang akan berusaha mengatasinya dengan meletakkan kapasitor pada pin pasokan setiap chip. Meski begitu, headroom ekstra 2,4 volt memberi mereka bantal untuk tidak masuk ke area terlarang antara 0.8V dan 2.2V. Juga, transistor menyebabkan penurunan tegangan ~ 0,4 V hanya dengan operasinya.
Tegangan suplai telah menurun untuk memperpanjang usia baterai, dan karena chip mati telah menyusut untuk membuat perangkat portabel Anda lebih kecil dan lebih ringan. Semakin dekat jarak komponen pada chip menuntut tegangan yang lebih rendah untuk mencegah pemanasan yang berlebihan dan karena tegangan yang lebih tinggi dapat melewati isolasi yang lebih tipis.
sumber
Siapa pun yang membuat IC memutuskan voltase yang dibutuhkannya.
Di masa lalu seseorang mulai menggunakan 5V untuk logika digital dan itu macet untuk waktu yang lama, terutama karena jauh lebih sulit untuk menjual chip yang membutuhkan 4V ketika semua orang merancang dengan banyak chip yang berjalan pada 5V.
iow: Alasan mengapa semua orang cenderung menggunakan voltase yang sama bukanlah masalah mereka semua memilih proses yang sama karena mereka tidak ingin dikutuk karena menggunakan voltase "tidak biasa" oleh para desainer yang menggunakan chip mereka.
Mengalihkan sinyal pada kecepatan tertentu membutuhkan lebih banyak daya jika tegangannya lebih tinggi, jadi dengan kecepatan yang lebih tinggi Anda memerlukan voltase yang lebih rendah untuk menjaga arus turun, itu sebabnya sirkuit modern yang lebih cepat, lebih padat, cenderung menggunakan voltase lebih rendah daripada chip lama.
Banyak chip bahkan menggunakan 3.3V untuk i / o dan tegangan yang lebih rendah, seperti 1.8V untuk inti internal.
Perancang chip tahu bahwa 1.8V adalah tegangan aneh dan akan sering memiliki regulator internal untuk menyediakan tegangan inti untuk chip itu sendiri, sehingga desainer tidak perlu menghasilkan tegangan inti.
Untuk contoh situasi tegangan ganda, lihat ENC28J60 yang beroperasi pada 3.3V, tetapi memiliki regulator 2.5V internal.
sumber
Tegangan ditentukan oleh fisika bahan (bahan semikonduktor) dan proses yang digunakan dalam pembuatan chip. (Saya harap saya menggunakan istilah yang tepat di sini ...) Berbagai jenis semikonduktor memiliki voltase celah yang berbeda - pada dasarnya voltase yang 'mengaktifkan' mereka. Mereka juga dapat mengoptimalkan struktur chip untuk memungkinkan tegangan yang lebih rendah untuk bekerja lebih andal ketika mereka melakukan tata letak (saya percaya).
Bukan karena perangkat yang lebih kecil membutuhkan voltase yang lebih rendah, ini adalah bahwa mereka telah mendesainnya untuk menggunakan voltase yang lebih kecil karena voltase yang lebih sedikit berarti lebih sedikit pembuangan panas dan kemungkinan operasi yang lebih cepat. Lebih mudah memiliki sinyal clock 10MHz jika hanya perlu antara 0V dan 1.8V.
sumber