"Hochspannungs"-Logikebenen, warum sie selten sind

1) Stimmt teilweise, aber es ist eher so, dass in modernen ICs die Transistoren kleiner sind, was bedeutet, dass die Versorgungsspannung aufgrund der kleineren Strukturen niedriger sein muss. Die Grenze ist die Feldstärke (Volt pro Entfernung), die gehandhabt werden kann. Wenn die Entfernung sinkt, muss also auch die Spannung sinken. Wie viel Strom verbraucht wird, hängt auch davon ab, aber dies kann auch separat durch das Schwellenspannungsimplantat eingestellt werden, das eine Wahl zwischen schnellem, aber hohem Stromverbrauch oder langsamerem, aber geringerem Stromverbrauch bietet.

2) Wenn Sie einen IC zerstören, schmelzen sehr selten die Drähte, je nachdem, was Sie falsch gemacht haben, gibt es viele Möglichkeiten, einen IC zu beschädigen. Durch Vertauschen der Versorgungsspannung werden beispielsweise die ESD-Schutzdioden beschädigt. Diese haben nichts mit der Funktionalität des IC selbst zu tun, müssen aber vorhanden sein, um ihn vor ESD-Entladungen zu schützen.

3) Was Sie sehen, ist die Verpackung, der IC selbst wird nur wenige Quadratmillimeter groß sein. Tatsache ist, dass wir in den 1970er Jahren nur ein paar tausend Transistoren auf ein paar Quadratmillimetern unterbringen konnten. Heutzutage können wir problemlos Hunderttausende von Transistoren auf wenigen Quadratmillimetern unterbringen. Dies liegt an moderneren IC-Fertigungsprozessen.

4) Die -28 Volt werden wahrscheinlich für das VFD benötigt. Sie werden keine modernen ICs finden, die mit solchen Spannungen umgehen können, da fast niemand mehr VFDs verwendet, da diese sehr stromhungrig sind.

Die Verbindung mit dieser alten Technologie ist eine Herausforderung, man muss wirklich wissen, was man tut. Es ist nichts für Anfänger.

Es gibt drei Gründe, warum ICs mit so hoher Spannung nicht (mehr) produziert werden:

• Höhere Spannungen erfordern einen größeren Abstand zwischen den Leiterbahnen. Sie benötigen keine größeren Leiterbahnen (die Leiterbahnbreite hängt vom Strom ab, nicht von der Spannung), aber wenn sie zu nahe beieinander liegen, führt die hohe Spannung zu einem elektrischen Zusammenbruch , wodurch die beiden Leiterbahnen kurzgeschlossen werden. Das bedeutet also, dass der Chip-Die größer sein muss, um den Freiraum zwischen den Verbindungen zu berücksichtigen. Und größere Chips sind teurer.

• Höhere Spannung bedeutet höheren Leistungsbedarf (bei gleichem Widerstand). Heutzutage ist das Chipdesign eindeutig auf niedrigen Stromverbrauch ausgerichtet, daher neigen Chipdesigner dazu, die niedrigstmögliche Spannung zu verwenden, die immer noch eine bequeme externe Schnittstelle mit dem Chip ermöglicht. Die meisten High-End-MPUs haben sogar eine niedrigere interne Arbeitsspannung als die für externe Schnittstellen (mit Pegelumsetzern für jeden Pin) verwendete, um den niedrigsten Stromverbrauch zu ermöglichen.

• Höhere Spannungen bedeuten, dass der Signalhub größer ist, wenn sich der logische Zustand ändert. Wenn also die Anstiegsgeschwindigkeit dieselbe ist, dauert es länger, wenn der Zustand geändert wird, und begrenzt somit die Betriebsfrequenz. Dies muss jedoch abgemildert werden: Dies gilt, wenn Sie einen Chip, der mit 28 V arbeitet, mit einem Chip vergleichen, der mit 3,3 V arbeitet, aber es trifft nicht zu, wenn Sie denselben Chip beispielsweise mit 2,0 V gegenüber 3,3 V arbeiten lassen. In diesem Fall kann die höhere Spannung normalerweise schnellere Betriebsfrequenzen ermöglichen (auf Kosten eines viel höheren Stromverbrauchs), da die höhere Spannungsdifferenz, die an Fet-Gates angelegt wird, das Schalten tatsächlich schneller macht (die Anstiegsgeschwindigkeit ist viel höher).

Alles in allem bringt es keinen wirklichen Vorteil, den Chip mit hohen Spannungen arbeiten zu lassen, außer dass er einfacher mit ausgefallenen Peripheriegeräten verbunden werden kann. Es ist also viel billiger, logische Chips mit niedriger Spannung arbeiten zu lassen und bei Bedarf spezielle Schaltkreise zu verwenden, um sie mit ausgefallenen Peripheriegeräten zu verbinden.

Sie können tatsächlich eine CD4000-Logik erhalten, die bis zu 15 V erreichen kann. Davon abgesehen ersetzte es die Transistorlogik, die mit 5 V betrieben wurde. CD4000 wurde durch die bekannte 74HC-Logik ersetzt, die mit 3,3 V betrieben werden kann, sodass Sie sehen können, dass die „Standard“-Spannung vor Jahrzehnten eingeführt wurde.

Bei Prozessoren und dergleichen geht die Entwicklung hin zu immer kleineren, aber eine Vielzahl von ICs funktioniert perfekt mit 3,3 V. Niedrigere Spannungen bieten Ihnen hauptsächlich Vorteile bei Schaltverlusten und Leckströmen. Diese werden nur bei Logik mit sehr hoher Dichte und/oder Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wirklich zu einem Problem.

Der Grund, warum 3,3 V beliebt sind, weil sehr niedrige Spannungen wie 1,2 V ein Schmerz im Hintern sind, um sie zu erzeugen und damit zu arbeiten. Auch das Abschneiden der Spannung bedeutet oft das Erhöhen des Stroms, was problematisch werden kann.