Requisito de voltaje para circuitos integrados

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 voltios, etc. Mi pregunta es por qué es tan complejo tener tantos niveles de voltaje, ¿por qué no tener solo un nivel de voltaje? es decir, 12 voltios para uso universal en todos los circuitos integrados. Las posibles respuestas que espero son sobre el consumo de energía que involucra la capacidad de retención actual, las pérdidas de cobre, etc., pero sería bueno tener una buena explicación de un tecnólogo de la industria que haya pasado muchos años en electrónica.

Saludos cordiales Yasir

¿Por qué no tener un solo estándar de conector USB? ¿Por qué no tener un solo estándar de tomacorriente de pared? ¿Por qué no tener un solo idioma hablado?
¿Hay lugar para la simplificación?
¿Hay lugar para la simplificación? Por supuesto. Pero parece haber razones económicas para la diversificación, de lo contrario, todos los fabricantes de chips no estarían haciendo diferentes diseños para adaptarse a las necesidades de los diferentes clientes.
rsg1710 lo clava en la cabeza. Históricamente, los circuitos integrados necesitaban voltajes más altos incluso para activar los transistores. Ahora, los transistores son tan pequeños que si aplicaras el mismo voltaje, dejarías que la magia saliera. Luego, también hay que preocuparse por la baja potencia y el calor.
0.6V IC... en serio...?
Sin embargo, siempre me he preguntado cómo se les ocurrieron los números impares. Uno pensaría que serían múltiplos de un voltaje de celda, como 1.5. 3.0, 4.5, 9 y 12V.
@Trevor Tal vez quieran alentar a las personas a comprar convertidores boost / buck.
@HarrySvensson jajaja tal vez. Antes, cuando TTL y yo comenzamos, aunque tales cosas no existían, y los SMPS eran raros y costosos. Incluso los reguladores LDO no estaban disponibles, básicamente estaba atrapado con un 7805 caliente y CMOS se consideró demasiado poco confiable antes de que mejoraran y aprendiésemos a manejar ESD. Siempre me he preguntado cuántos artilugios TTL que funcionan con baterías nunca se desarrollaron porque el costo de alimentarlos los convirtió en un no iniciador.

Respuestas (2)

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

Habiendo dicho que cierta aplicación necesita ciertos circuitos integrados con ciertos requisitos, por ejemplo, se necesitan circuitos integrados de potencia para manejar alto voltaje, no hay escapatoria de eso. O circuitos analógicos como un amplificador, si se requiere una ganancia alta, entonces uno tiene que buscar un amplificador con una ganancia probablemente más alta (con un voltaje de suministro más alto), etc.

Agradezco la respuesta :)
Gran respuesta. Ha explicado por qué los voltajes están cayendo. Podría mejorarse explicando por qué todavía tenemos aplicaciones de mayor voltaje como analógicas, RS232, 4 a 20 mA y PLC.
@ lm317 gracias :) la segunda parte de mi respuesta también aborda eso :) gracias por mencionar ejemplos específicos :)

El elefante en la habitación a menudo está sacando el calor tanto como el voltaje de ruptura en este punto (el tiempo era que ese no era tanto el caso).

Para un dispositivo CMOS, la potencia generalmente está dominada por las pérdidas de conmutación que van linealmente 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 potencia central es enorme (~ 25 tiempos) ahorrando en la generación dinámica de calor y eso es importante a medida que los relojes se aceleran.

Al mismo tiempo, generar bajos voltajes a grandes corrientes se ha vuelto barato y fácil, decenas de amperios a 1V es trivial con un convertidor reductor polifásico moderno. Si bien el 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 (magnetismo en chip tienden a ser pobres para hacer cosas de energía), por lo que los suministros deben estar separados (Además, el proveedor del chip no puede saber qué más podría estar ejecutando en un riel determinado, entonces, ¿cómo lo dimensionas?).

Lo que estamos viendo en los diseños modernos es un riel de aproximadamente 12 V que se regula en la tarjeta según lo que necesite ese circuito en particular (otro síntoma de los convertidores de modo de conmutación baratos), rara vez se ve un suministro que tiene 12/5/3.3 salidas, todas llevadas a varios placas de circuito (a decenas de amperios), todo es de 12 V o 48 V (a veces, -48 V en el mundo de las telecomunicaciones por razones de corrosión) regulado en el punto de carga. Esto tiene muchas ventajas, comenzando con un cableado simplificado y el hecho de que el voltaje de 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.

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