¿Por qué no podemos trabajar en un rango de milivoltios?

Incluso si pudiera diseñar circuitos lógicos para funcionar en niveles lógicos por debajo de 100 mV, las fuentes de alimentación que alimentan la lógica suelen ser bastante ruidosas y este ruido también aparecerá superpuesto a las señales lógicas, obteniendo una fuente lógica que no produce ruido eso podría convertir un 0 en un 1 o un 1 en un 0 sería bastante complicado. Estaría viendo aproximadamente el máximo de ruido de 30 mVp-p y probablemente más como 10mVp-p para una confiabilidad decente.

No solo es ruido, sino también la precisión de la fuente de alimentación: producir una fuente de alimentación cuyo voltaje sube y baja (por ejemplo) +/- 0,25 voltios en todos los rangos de carga y temperatura no es tan difícil, pero hacerlo (y mantener un ruido no esencial) ) a continuación (digamos) 20mV máximo es un gran desafío.

Pero, como lo mencionó @PlasmaHH, los transistores dentro de las puertas lógicas necesitan un cierto voltaje para encenderse y si puede inventar un transistor que pueda encenderse y apagarse de manera confiable con un rango de voltaje de entrada de 100 mV, entonces debería volverse muy Rico. No estoy diciendo que sea una cuestión de leyes de la física, pero podría ser muy bien.

Recuerde, la belleza de las soluciones digitales es que evitan las corrupciones digitales al tener una "diferencia de voltaje" distinta entre alto y bajo. Actualmente, algunos chips usan 0.8V como la tensión de alimentación lógica, por lo que las cosas se están moviendo de esta manera.

Mirando las respuestas antes que las mías, lo mejor tiene que ver con los umbrales de voltaje de la compuerta y las caídas de diodos. Los semiconductores se encienden y apagan a voltajes mínimos en función de los materiales utilizados. Típico para el silicio es 0.7V a 1.2V. Algunas compuertas lógicas necesitan más de un transistor para hacer su trabajo, por lo que se necesita un voltaje más alto. Luego, se necesita algo de voltaje de suministro adicional para compensar las pérdidas en un circuito y el ruido y las tolerancias. Hay materiales con umbrales de voltaje más bajos, pero son más caros o más difíciles de fabricar, por lo que son menos comunes.

El ruido de la fuente de alimentación proviene principalmente de la carga fluctuante de los circuitos que está alimentando. Pero necesita ser considerado. No desea que un aumento en la potencia de una parte de un circuito cause un error en otra parte del circuito, por lo que se necesita espacio adicional para asegurarse de que la tensión de alimentación sea suficiente para que no se detecten falsos o ceros.

El comentario sobre un Arduino que necesita más corriente a un voltaje más bajo no es la respuesta correcta a tu pregunta. El cartel probablemente está pensando en una bombilla o calentador que necesita más corriente a un voltaje más bajo para proporcionar la misma potencia de iluminación o calor.

ULV ICs operan a 800mV o incluso ligeramente por debajo (775mV para algunas CPU Intel de bajo consumo) ). Un voltaje más bajo a menudo no es una ventaja para los microcontroladores porque su interfaz con el mundo real representa una porción más alta del costo del sistema que, por ejemplo, una CPU de teléfono inteligente.

Si desea operar un relé, encienda un LED, incluso cambie un segmento de LCD, toma más de 1 voltio, por lo que necesita traductores de voltaje para casi todo. Puede operar directamente muchos MOSFET de potencia desde una MCU de 5V, pero sus opciones de diseño han disminuido a unos 1.8V.

Algunas MCU de hoy utilizan un voltaje de núcleo de voltaje más bajo y tienen traductores de voltaje internos para la E / S solo por esta razón. Por lo tanto, es posible que tenga un voltaje de núcleo de 1.8V y 3.3V de E / S.