Requisito de voltaje para circuitos integrados

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Hay niveles de voltaje estándar de la industria para circuitos integrados, es decir, 12, 5, 3.3, 1.0, 1.05, 1.08 y 0.6 volts, etc. Mi pregunta es por qué es tan complejo tener tantos niveles de voltaje, por qué no solo ¿Un nivel de voltaje, es decir, 12 voltios para ser utilizado universalmente en todos los circuitos integrados? Las posibles respuestas que estoy esperando están relacionadas con el consumo de energía que involucra la capacidad de retención actual, las pérdidas de cobre, etc., pero sería bueno contar con una buena explicación del tecnólogo de la industria que haya pasado muchos años en electrónica.

Saludos cordiales Yasir

    
pregunta JYasir

2 respuestas

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La tendencia tecnológica en los circuitos integrados es hacer que se vuelvan más pequeños, más rápidos, rentables y que consuman poca energía. La reducción del tamaño del transistor es el principal impulso en esta industria, pero reducir el tamaño conduce a una menor tolerancia de voltaje a la ruptura, lo cual es una de las razones por las que la tensión de alimentación reduce el otro consumo, por supuesto, un bajo consumo de energía.

Habiendo dicho que cierta aplicación necesita ciertos CI con ciertos requisitos, por ejemplo, se necesitan circuitos integrados de potencia para manejar el alto voltaje, sin escaparse a eso. O circuitos análogos, como el amplificador, si uno requiere una ganancia alta, entonces hay que buscar un amplificador con una ganancia probablemente mayor (con un mayor voltaje de alimentación) y así sucesivamente ...

    
respondido por el rsg1710
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El elefante en la habitación a menudo se está calentando tanto como el voltaje de ruptura en este punto (el tiempo era que no era tanto el caso).

Para un dispositivo CMOS, la potencia suele estar dominada por las pérdidas de conmutación que van de forma lineal en frecuencia y como el cuadrado del voltaje (1/2 CV ^ 2 y todo eso), por lo que pasar de 5 V a 1 V para la alimentación central es una gran (~ 25 veces) ahorrando en generación de calor dinámico y eso importa a medida que los relojes se aceleran.

Al mismo tiempo, la generación de bajos voltajes a grandes corrientes se ha vuelto barata y fácil, las decenas de amperios a 1 V son triviales con un moderno convertidor de polifase. Mientras que 1V para el núcleo, 1.2V para DDR, 1.8V para LVDI IO, 2.5V para Aux IO es un poco molesto, los inductores necesarios para generarlos no se integran bien en un proceso de silicio (en magnéticos de chip tienden a ser pobres para hacer cosas poderosas), por lo que los suministros deben estar separados (además de que el proveedor de chips no puede saber qué otra cosa podría estar ejecutando en cualquier carril, así que, ¿cómo lo dimensionas?).

Lo que estamos viendo en los diseños modernos es un riel que generalmente se regula alrededor de 12V en la tarjeta a lo que necesite ese circuito en particular (otro síntoma de los convertidores de modo de conmutación baratos), rara vez se ve una fuente con 12/5 / 3.3 salidas todas llevados a varias placas de circuito (a decenas de amperios), todo es 12V o 48V (a veces, -48V en el mundo de las telecomunicaciones por motivos de corrosión) regulados en el punto de carga. Esto tiene muchas ventajas a partir de un cableado simplificado, y el hecho de que el voltaje del bus más alto sufre menos por las caídas de voltaje, y se extiende al hecho de que un regulador POL en la tarjeta puede detectar fácilmente el voltaje real en el dispositivo de carga.

    
respondido por el Dan Mills

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