Was ist der Unterschied zwischen VCCVCCV_{CC}, VDDVDDV_{DD}, VEEVEEV_{EE}, VSSVSSV_{SS}

Zurück in der Pleistoszene (1960er oder früher) wurde Logik mit bipolaren Transistoren implementiert. Genauer gesagt waren sie NPN, weil NPN aus irgendwelchen Gründen, auf die ich nicht näher eingehen werde, schneller waren. Damals machte es für jemanden Sinn, dass die positive Versorgungsspannung Vcc genannt würde, wobei das "c" für Kollektor steht. Manchmal (aber seltener) wurde die negative Versorgung als Vee bezeichnet, wobei "e" für Emitter steht.

Als die FET-Logik entstand, wurde die gleiche Art der Benennung verwendet, aber jetzt war die positive Versorgung Vdd (Drain) und die negative Vss (Quelle). Bei CMOS macht das keinen Sinn, aber es bleibt trotzdem bestehen. Beachten Sie, dass das "C" in CMOS für "komplementär" steht. Das bedeutet, dass sowohl N- als auch P-Kanal-Geräte in etwa gleicher Anzahl verwendet werden. Ein CMOS-Inverter ist in seiner einfachsten Form nur ein P-Kanal- und ein N-Kanal-MOSFET. Bei einer ungefähr gleichen Anzahl von N- und P-Kanal-Geräten ist es nicht wahrscheinlicher, dass Drains positiv sind als Sources und umgekehrt. Die Namen Vdd und Vss sind jedoch aus historischen Gründen geblieben. Technisch gesehen ist Vcc/Vee für Bipolar und Vdd/Vss für FETs, aber in der Praxis bedeuten heute Vcc und Vdd dasselbe, und Vee und Vss bedeuten dasselbe.

Ich denke, ich habe die eindeutige Antwort darauf. Diese Benennung stammt aus einem IEEE-Standard 255-1963 von 1963 "Letter Symbols for Semiconductor Devices" (IEEE Std 255-1963). Ich bin ein Fanatiker der Elektronikgeschichte und dies könnte für andere (Fanatiker) interessant sein, daher werde ich diese Antwort etwas breiter als nötig machen.

Zunächst einmal stammt der erste Großbuchstabe V aus den Absätzen 1.1.1 und 1.1.2 der Norm, die definieren, dass v und V Größensymbole sind , die die Spannung beschreiben; in Kleinbuchstaben bedeutet es Momentanspannung (1.1.1) und in Großbuchstaben bedeutet es maximale, durchschnittliche oder Effektivspannung (1.1.2). Als Referenz:

Absatz 1.2 beginnt mit der Definition der Indizes für Mengensymbole. Tiefgestellte Buchstaben in Großbuchstaben bedeuten DC-Werte und Kleinbuchstaben bedeuten AC-Werte. Versorgungsspannungen sind offensichtlich Gleichspannungen, daher müssen ihre Buchstaben in Großbuchstaben geschrieben werden.

Der Standard definiert 11 Suffixe (Buchstaben). Diese sind:

• E, e für Emitter
• B, b für Basis
• C, c für Sammler
• J, j für einen generischen Halbleitervorrichtungsanschluss
• A, a für Anode
• K, k für Kathode
• G, g für Tor
• X, x für einen generischen Knoten in einer Schaltung
• M, m für Maximum
• Min, min für Minimum
• (AV) für Durchschnitt

Dieser Standard ist älter als der MOS-Transistor (der im August 1963 patentiert wurde) und hat daher keine Buchstaben für Source und Drain. Es wurde inzwischen durch einen neueren Standard ersetzt, der die Buchstaben für Drain und Source definiert, aber ich habe diesen Standard nicht zur Verfügung.

Die weiteren Nuancen des Standards, die weitere Regeln zur Schreibweise der Symbole definieren, sorgen für eine faszinierende Lektüre. Es ist erstaunlich, wie all dies zu einem Allgemeinwissen geworden ist, das jetzt auch ohne normativen Bezug stillschweigend akzeptiert und verstanden wird.

Absatz 1.3 definiert, wie Indizes geschrieben werden, insbesondere wenn es mehr als einen gibt. Bitte lesen Sie die Worte der Norm:

So bedeutet zum Beispiel V _bE den RMS-Wert (Großbuchstabe V) der AC-Komponente (Kleinbuchstabe b) der Spannung an der Basis eines Halbleiterbauelements in Bezug auf den DC-Wert der Spannung des Emitters des Halbleiterbauelements (Großbuchstabe E ).

Falls der Emitter des Halbleiters direkt mit Erde verbunden ist, was sicherlich als bekannte Referenz zu verstehen ist, dann ist die AC-RMS-Spannung an der Basis V _b . Die DC- oder RMS-Spannung an der Basis ist V _B und eine Momentanspannung an der Basis ist V _b .

Nun zum Extra-Credit: Warum V _CC statt V _C oder V _DD statt V _D ? Früher dachte ich, dass es umgangssprachlich von "Spannung von Kollektor zu Kollektor" ist, aber offensichtlich ist es keine Überraschung, dass es auch im Standard definiert ist:

V _CCB bedeutet also die DC-Versorgungsspannung am Kollektor der Halbleitervorrichtung in Bezug auf die Basis der Vorrichtung und V _CC bedeutet die DC-Versorgungsspannung am Kollektor in Bezug auf Masse.

Auf den ersten Blick scheint es, als würde die Verdopplung des Indexes zu Mehrdeutigkeiten führen, aber das ist nicht der Fall. Zunächst einmal sind Fälle, die mehrdeutig erscheinen, ziemlich selten; Das Lesen von V _CC bedeutet, dass die Spannung vom Kollektor eines Geräts zum Kollektor desselben Geräts offensichtlich Null ist, sodass es keinen Sinn macht, es zu beschreiben. Aber was passiert, wenn das Gerät zwei Basen hat? Die Norm gibt eine Antwort. Die Spannung von der Basis 1 eines Geräts zur Basis 2 eines Geräts wird als V _B1-B2 geschrieben . Und die Spannung von der Basis von Gerät 1 zur Basis von Gerät 2 (achten Sie hier darauf - das ist interessant) ist geschrieben V _1B-2B .

Eine Frage bleibt: der mysteriöse Fall von CMOS-Schaltungen. Wie bereits in anderen Antworten erwähnt, scheint der Benennungsstandard in Bezug auf CMOS-Schaltungen nicht zu gelten. Zu dieser Frage kann ich nur einen Einblick bieten, der sich aus der Tatsache ergibt, dass ich für ein Halbleiterunternehmen arbeite. _{("whoah" hier erwartet.)}

In der Tat sind in CMOS sowohl die positive als auch die negative Schiene mit N- und P-Kanalquellen verbunden - es ist fast undenkbar, es anders zu machen - die Schwellenspannungen würden in Standard-Gates mehrdeutig und ich möchte nicht einmal an Schutzstrukturen denken ... also kann ich nur Folgendes anbieten: Wir haben es gewohnt, V _DD in NMOS-Schaltungen zu sehen (Grüße an @supercat, der obere Schienenwiderstand ist tatsächlich normalerweise ein Transistor - für diejenigen, die daran interessiert sind, siehe bitte das ausgezeichnete Buch von 1983 " Einführung in das MOS-LSI-Design"), und V _SS ist für NMOS und CMOS gleich. Es wäre also lächerlich , andere Begriffe als V _DD und V _SS (oder V _{GND ) zu verwenden}) in unseren Datenblättern. Unsere Kunden sind an diese Begriffe gewöhnt und interessieren sich nicht für Esoterik, sondern dafür, ihre Designs zum Laufen zu bringen, sodass selbst der Versuch, etwas wie V _{SS POSITIVE} oder V _{SS NEGATIVE einzuführen} , absolut lächerlich und kontraproduktiv wäre.

Ich muss also sagen, dass es einfach allgemein akzeptiert ist, dass V _CC die Versorgungsspannung einer bipolaren Schaltung und V _DD die Versorgungsspannung einer MOS-Schaltung ist, und das stammt aus der Geschichte. In ähnlicher Weise ist V _EE die negative Versorgungsspannung (häufig Masse) einer bipolaren Schaltung und V _SS die negative Versorgungsspannung einer MOS-Schaltung.

Wenn jemand einen normativen Verweis auf den zuletzt diskutierten Punkt anbieten könnte, wäre ich sehr dankbar!

Sie wissen bereits von den anderen Antworten, dass für bipolar

Cbezieht sich auf den Kollektor und
Ebezieht sich auf den Emitter.

Ebenso für CMOS

Dbezieht sich auf den Abfluss und
Sbezieht sich auf die Quelle.

Für bipolare Logik wie TTL ist dies korrekt; selbst für Push-Pull-Ausgänge ("Totem-Pole") wurden nur NPN-Transistoren verwendet und$V_{CC}$ist in der Tat mit Sammlern verbunden.
Aber für CMOS$V_{DD}$ist eigentlich eine Fehlbezeichnung. CMOS ist viel symmetrischer als TTL, und dabei ist die Source des N-MOSFET mit verbunden$V_{SS}$es ist nicht so$V_{DD}$ist mit dem Ablauf verbunden.

Aufgrund der Symmetrie ist es tatsächlich mit der Source des P-MOSFET verbunden. Dies ist wahrscheinlich ein Erbe von NMOS, dem Vorgänger von CMOS, wo$V_{DD}$war tatsächlich die Seite des Abflusses (mit einem Widerstand dazwischen).

Warum V _DD und nicht einfach V _D ?

Die Konvention der Buchstaben V _AB für Spannung bedeutet das Potential zwischen A und B. Spannung ist ein Potential, das in Bezug auf einen anderen Punkt in der Schaltung gemessen wird. Beispielsweise ist V _BE die Spannung zwischen Basis und Emitter. Boden hat keinen bestimmten "Buchstaben". Daher wird die Konvention verwendet, Buchstaben wie V _DD oder V _EE zu wiederholen, um sich auf den Punkt relativ zum Boden zu beziehen. Die Verwendung einzelner Buchstaben in diesem Zusammenhang führt zu mehr Verwirrung, da sich Vs auf die Spannung einer Quelle "s" beziehen kann (die sich von V _SS unterscheiden kann, wenn mehrere Quellen in Reihe geschaltet sind usw.) und nicht auf die Spannung zwischen dem Emitter eines Transistors und Boden.

Auch ohne Transistoren in einer Schaltung können Spannungen mit dem Stil V _AB oder V ₁₂ bezeichnet werden, um das Potential zwischen A und B oder Punkt 1 und Punkt 2 widerzuspiegeln. Offensichtlich ist die Reihenfolge wichtig, da für zwei Punkte in der Schaltung A und B, V _BA = -V _AB .

Bibliografische Referenz:

Wenn derselbe Buchstabe wiederholt wird, bedeutet dies eine Versorgungsspannung: Vcc ist die (positive) Versorgungsspannung, die dem Kollektor zugeordnet ist, und Vee ist die (negative) Versorgungsspannung, die dem Emitter zugeordnet ist.

Textauszug aus Paul Horowitz und Winfield Hill (1989), The Art of Electronics (2. Aufl.), Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-37095-0. Kapitel 2 – Transistoren, Seite 62, Einführung.

Vdd wird normalerweise für CMOS-, NMOS- und PMOS-Geräte verwendet. Es steht für Voltage (at) Drain. Bei manchen PMOS-Geräten ist es negativ, aber reine PMOS-Chips findet man heute selten (wenn überhaupt). Es ist normalerweise die positivste Spannung, aber nicht immer, zum Beispiel könnte eine Motorsteuerung einen Vs-Pin für die Motorspannung haben oder ein Prozessor könnte eine Kernspannung und eine IO-Spannung verwenden. Vss steht für Spannung (an) Quelle; PMOS-Geräte mögen positiv sein, aber PMOS ist ein Relikt, also ist es in jeder Hinsicht die negativste verfügbare Spannung. Es ist oft an das Substrat gebunden, also muss es am negativsten sein, sonst funktioniert der Chip nicht richtig.

Vcc steht für Voltage (at) Collector und wird hauptsächlich für bipolare Geräte verwendet, obwohl ich es bei CMOS-Geräten gesehen habe, wahrscheinlich unkonventionell. Vee steht für Voltage (at) Emitter und ist normalerweise am negativsten.

Ich habe auch Vs+ und Vs- sowie V+ und V- gesehen, aber V+/V- kann mit den Eingangspins von Operationsverstärkern/Komparatoren und anderen Verstärkern verwechselt werden.

Es ist$V_{CC}$anstatt nur$V_{C}$denn das C steht für Collector. Aber$V_{CC}$, obwohl eine kollektorseitige positive Spannung in einer NPN-Transistorschaltung nicht die Spannung an der Oberseite des Kollektors ist,$V_C$! Normalerweise befindet sich zwischen dem Kollektor und einem Lastwiderstand oder einem anderen Gerät$V_{CC}$. Das verdoppelte C zeigt an, dass es sich um eine höhere Spannung handelt als die, die am Kollektor erscheint und sich deutlich von unterscheidet$V_C$.

Die Buchstaben bezeichnen Transistorteile: Source, Drain, Gate, Kollektor, Emitter, Basis.

Wenn es zwei verschiedene Buchstaben gibt, ist die Bedeutung unterschiedlich: Es bedeutet die Spannung zwischen diesen Anschlüssen des Geräts, wie z$V_{BE}$: Basis-Emitter-Spannung eines BJT. Möglicherweise wurde deshalb ein Doppelbuchstabe gewählt$V_{CC}$.

Lassen Sie uns eine Begründung erfinden.

Angenommen, Sie möchten einen Namen für eine dem Kollektor zugeordnete Spannung, die nicht die Spannung am Kollektor ist. Angenommen, wir möchten, dass der Name so kurz wie möglich ist, aber wir möchten den Buchstaben C einfügen, um ihn eindeutig dem Sammler zuzuordnen. Das bedeutet, dass der Name zwei Zeichen lang ist: C plus ein weiteres Zeichen. Das andere Zeichen ist ein Buchstabe, eine Zahl oder eine andere Art von Glyphe. Eine Zahl würde wie eine Spannung aussehen, also besteht die Wahl zwischen der Verwendung einer Glyphe wie kaufmännisches Und oder Raute oder eines zweiten Buchstabens. Wenn es ein zweiter Buchstabe sein soll, dann darf es kein anderer Buchstabe außer C sein, denn dann sieht es so aus$V_{XY}$Notation, die eine Spannung zwischen zwei Punkten bezeichnet. Wenn das C wiederholt wird, dann wissen wir, dass es nicht die nutzlose Bezeichnung der Spannung von C zu C sein kann, was uns daran erinnert, dass die Notation eine andere Bedeutung hat. Wenn das zweite Zeichen zu einer Glyphe wird, dann sollte es wahrscheinlich etwas anderes als +oder sein, -weil diese wie Polaritäten aussehen.

Der kürzeste Weg, die kollektorseitige Versorgungsspannung zu bezeichnen, ist also entweder etwas Glyphenbasiertes$V_{C@}$oder aber$V_{CC}$.

Dagegen lässt sich natürlich argumentieren$V_{CC}$war eine nüchterne, wohlüberlegte Wahl, um auszudrücken, was der Erfinder der Notation ausdrücken wollte, die sich durchsetzte.

Was sie meistens sagten, aber es gibt immer noch Fälle, in denen die Unterschiede real und/oder nützlich sind:

Es gibt einen kleinen Anteil von Geräten, die mehrere Versorgungen relativ zur Erde verwenden, und bei einigen von ihnen kann es sinnvoll sein, z. B. Vee gnd oder Vss zu verwenden. In anderen Fällen können mehrere Versorgungen oder Massen vorhanden sein, die auf gleichem Potential liegen, aber systembedingt getrennt sind. z.B

• Ein Prozessor-IC kann analoge und digitale +ve-Versorgungen haben. Diese können zB Vccd und Vcca heißen. Ebenso können Sie Vssa und Vssd erhalten.

• ECL-Logik der Sorte Olde hatte 2 Versorgungen plus Masse. Vee war negativ bzgl. Masse.

• Level-Translation-ICs (oder solche, die in diesem Modus verwendet werden KÖNNEN) wie der CD4051 - siehe Datenblatt hier . Unterschiedlich genug und lehrreich genug, um es wert zu sein, zitiert zu werden: .... .... Die analogen Multiplexer CD4051B, CD4052B und CD4053B sind digital gesteuerte analoge Schalter mit niedriger EIN-Impedanz und sehr niedrigem AUS-Leckstrom. Die Regelung von analogen Signalen bis 20 VP-P kann durch digitale Signalamplituden von 4,5 V bis 20 V erreicht werden (bei VDD-VSS = 3 V kann eine VDD-VEE von bis zu 13 V geregelt werden; für VDD-VEE-Pegeldifferenzen über 13 V, ein VDD-VSS von mindestens 4,5 V ist erforderlich). Wenn beispielsweise VDD = +4,5 V, VSS = 0 V und VEE = -13,5 V sind, können analoge Signale von -13,5 V bis +4,5 V durch digitale Eingänge von 0 V bis 5 V gesteuert werden.

• Gates wie das CD4049/CD4050 SEHEN aus wie Standard-Inverter oder -Puffer, lassen aber Eingangssignale über Vcc zu, sodass eine Pegelverschiebung durchgeführt werden kann. Der IC hat nur Vcc- und Vss-Signale ( auf Pins 1 und 8 bei einem 16-Pin-IC !!! ), aber das Eingangssignal schaltet zwischen Vss und "Vigh" = Vinhigh um. In dem System, das in Vih verwendet wird, würde dies wahrscheinlich als Vdd oder ein anderer Name bezeichnet werden, um es von Vcc zu unterscheiden. CD4049 / CD4050 Datenblatt:

• Es gibt einige Gates, die eine umgekehrte Pegelwandlung ermöglichen. Dies können Open-Collector-Gates* wie der LM339 (Quad) / LM393 (Dual) mit wirklich seltsamen Pinbelegungen von Ye Olde World LM339 oder spezialisierte Bustreiber oder andere sein. Im Gehäuse des LM339 hat die Stromversorgung (Pin 3 = Vcc, Pin 12 = Masse in einem 14-Pin-IC) beruhigende Namen, aber der Betrieb mit nur 2 Volt Versorgung, äußerst interessante Pinbelegungen und der Open-Collector-Betrieb geben Hinweise darauf, dass dies der Fall ist Rückblicke aus der Zeit vor Beginn der Zeit - aber immer noch sehr nützlich.

*Wie Stevenh anmerkt, sind die LM393/LM339 technisch gesehen keine "Gatter", sondern eigentlich analoge Komparatoren. Allerdings (aus meinem Kommentar unten):

Die ursprüngliche Frage war nicht logisch oder analog formuliert.
Die Open-Collector-Natur und das Komparatorverhalten des 339/393 wurden als logisches Gerät verwendet, und viele CMOS-Gatter, insbesondere die früheren ungepufferten, sind tatsächlich reine Analogverstärker, die "nur zufällig" normalerweise in ihrer Rail-to-Rail-Verwendung verwendet werden Modus.
Es gibt zahlreiche Anwendungen rund um die Verwendung von CMOS-Invertern als lineare Verstärker, und dies ist nicht einmal eine "unsachgemäße" Verwendung von ihnen - nur weniger üblich. Aber Punkt genommen.

Ich habe viele Schaltpläne gesehen, die VCC und VDD austauschbar verwenden

Eigentlich ist es viel schlimmer. In vielen Komponentenbibliotheken zur Schaltplanerfassung sind Versorgungsspannungspins manchmal in (manchen) Komponentensymbolen versteckt. Es ist nicht ungewöhnlich, Komponentenbibliotheken herunterzuladen, bei denen einige Komponenten ein verstecktes „VCC“- oder „GND“-Netz haben, das mit den Versorgungsspannungspins verbunden ist. In anderen Komponenten könnten die versteckten Netze andere Namen haben. Das nicht so Lustige ist, dass Sie, wenn Sie kein Netz mit diesem Namen in Ihrem Schaltplan haben und DRC-Meldungen des Schaltplaneditors nicht beachten, möglicherweise Ihre Versorgungsspannung und / oder Erdungsstifte, die in Ihrer Leiterplatte nicht verbunden sind.

Ich habe dies als separate Antwort hinzugefügt, um Verwirrung zu vermeiden. Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege.