অপারেটিং ভোল্টেজগুলি কী: 5V, 3.3V, 2.5V, 1.8V ইত্যাদি

Question

ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলিতে 5V, 3.3V, 2.5V এর স্ট্যান্ডার্ড ভোল্টেজ রয়েছে বলে মনে হচ্ছে। 1.8V ...

• কে এই ভোল্টেজগুলি সিদ্ধান্ত নেয়?
• ছোট ডিভাইসগুলিতে কেন কম ভোল্টেজের প্রয়োজন?

Comments

দীর্ঘ কাহিনী সংক্ষেপে, ভোল্টেজগুলি সিলিকনটি আটকে দেওয়া প্রক্রিয়া দ্বারা নির্ধারিত হয়। প্রক্রিয়া আকার যেমন ছোট হয়, তেমনি ব্রেকডাউন ভোল্টেজও হয় এবং তাই অপারেটিং ভোল্টেজ (যদিও আরও অনেক প্রক্রিয়া বিবেচনা করা হয়)।

— কনার ওল্ফ

আমি কেবল এটিই উল্লেখ করতে চাই যে এখানে বেশ কয়েকটি উত্তর (অনেকগুলি উপবিষ্ট থাকা সত্ত্বেও) কেবল স্পষ্টতই ভুল , বা কমপক্ষে অবজ্ঞাত অনুমান।

— কনার ওল্ফ

@ ভুয়া নাম, আপনার মন্তব্যের সাহায্যে এগুলি সংশোধন করুন।

— টমাস ও

5 ভি সম্পর্কে নিশ্চিত নন, তবে জেইডিসি এবং সেমিকন্ডাক্টর রোডম্যাপ কমিটির লোক / সংস্থাগুলি সম্ভবত নিম্ন ভোল্টেজগুলির কিছু নিয়ে তর্ক করেছে / আপস করেছে।

— হটপাউ 2

Answer 1

নতুন ভোল্টেজগুলি প্রায়শই যা ঘটেছিল তার সাথে সামঞ্জস্যতার কিছু ডিগ্রি দেওয়ার জন্য বেছে নেওয়া হয়েছে।

উদাহরণস্বরূপ 3V3 সিএমওএস আউটপুট স্তর 5V টিটিএল ইনপুটগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

Answer 2

গেটের জ্যামিতি সঙ্কুচিত হওয়ায় একটি কম ভিডিডি প্রয়োজন। এটি সিএমওএস গেট অক্সাইডের ক্ষতি প্রতিরোধ করে এবং ফুটো হ্রাস করে। যখন ফাবগুলি 0.5 মিমি থেকে 0.35 মিমি পরিবর্তন করে, তখন পাতলা গেটগুলি কেবল 3.6V পর্যন্ত সম্ভাব্যতাগুলি পরিচালনা করতে পারে। এটি সরবরাহ 3.3V +/- 10% এ নিয়েছে। 0.18um এ স্যুইচ করার সাথে ভোল্টেজ আরও কমিয়ে 1.8V +/- 10% করা হয়েছে। সর্বশেষ প্রক্রিয়াগুলিতে (উদাঃ 45nm), গেটগুলি ফাঁস হ্রাস করার জন্য অর্ধনামের মতো হাই-কে ডাইলেট্রিকগুলি দিয়ে তৈরি করা হয়।

Answer 3

এটি বেশ কয়েকটি কারণের সংমিশ্রণ:

• সম্মেলন - চিপ একই ভোল্টেজ সরবরাহ করা হয় যখন একটি সিস্টেম ডিজাইন করা সহজ। আরও গুরুত্বপূর্ণ এটি হ'ল সরবরাহ ভোল্টেজ সিএমওএস ডিজিটাল আউটপুট এবং ইনপুটগুলির ভোল্টেজ থ্রেশহোল্ডগুলির ভোল্টেজের স্তর নির্ধারণ করে। চিপ-থেকে-চিপ যোগাযোগের জন্য স্ট্যান্ডার্ড 5V ব্যবহৃত হত, আজকাল এটি 3.3V, যদিও সম্প্রতি কম ভোল্টেজ সুইং সিরিয়াল যোগাযোগ ইন্টারফেসগুলির বিস্ফোরণ ঘটেছে। আপনি বলতে পারেন যে এখানে "শিল্প" সরবরাহের ভোল্টেজ স্থির করে।
• সিএমওএস উত্পাদন প্রক্রিয়া সীমাবদ্ধতা - যেমন এমওএস ট্রানজিস্টর সঙ্কুচিত হয়, তেমনি গেটের নিরোধক উপাদান এবং চ্যানেলের দৈর্ঘ্যের বেধ হয়। ফলস্বরূপ নির্ভরযোগ্যতা সমস্যা বা ক্ষতি এড়াতে সরবরাহ ভোল্টেজকে হ্রাস করতে হবে। আই / ও ইন্টারফেসগুলিতে "সুবিধাজনক" সরবরাহের ভোল্টেজ বজায় রাখতে (উপরে দেখুন 3.3V - উপরে দেখুন), এই কোষগুলি চিপের মূলের চেয়ে আলাদা (বড় এবং ধীর) ট্রানজিস্টর ব্যবহার করে তৈরি করা হয়। এখানে "ফ্যাব" (যিনি সেখানে উত্পাদন প্রক্রিয়াটি ডিজাইন করেছেন) তার ভোল্টেজ স্থির করে।
• বিদ্যুৎ খরচ - প্রতিটি প্রক্রিয়া প্রজন্মের মধ্যে একটি চিপ 2x আরও ট্রানজিস্টরকে সমন্বিত করতে পারে, এক্স 2 উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে চলতে পারে (কমপক্ষে এটি সম্প্রতি পর্যন্ত সত্য ছিল) - যদি এমন কিছু না করা হয় যা প্রতি ইউনিট অঞ্চলে বিদ্যুৎ ব্যবহারে 2 * 2 = 4 গুণ বৃদ্ধি দেয়। এটি হ্রাস করতে সরবরাহের ভোল্টেজটি ট্রান্সজিস্টরের আকারগুলিতে আনুপাতিকভাবে কমিয়ে আনা হয় (বা ছিল), পাওয়ার / ইউনিট অঞ্চলে 2x বৃদ্ধি রেখে। এখানে চিপ ডিজাইনারের কণ্ঠস্বর গুরুত্বপূর্ণ।

সম্প্রতি ছবিটি আরও জটিল আকার ধারণ করেছে - সীমিত অভ্যন্তরীণ ট্রানজিস্টর লাভের কারণে সরবরাহের ভোল্টেজ সহজেই কমে যায় না। এই লাভটি ট্রানজিস্টর চ্যানেলের "অন" প্রতিরোধের মধ্যে একটি ট্রেডঅফ (প্রদত্ত সরবরাহের ভোল্টেজে) উপস্থাপন করে যা স্যুইচিংয়ের গতিকে সীমাবদ্ধ করে এবং "অফ" প্রতিরোধের ফলে এটি বর্তমান ফুটোয়ের কারণ হয়। এজন্যই কোর সাপ্লাই ভোল্টেজ প্রায় 1V-এ স্থির হয় যার ফলে নতুন ডিজিটাল আইসি চিপগুলির গতি আরও ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায় এবং তাদের বিদ্যুতের খরচ আগের তুলনায় দ্রুত বৃদ্ধি পায়। যদি আপনি উত্পাদন প্রক্রিয়াটির পরিবর্তনশীলতা বিবেচনা করেন তবে বিষয়গুলি আরও খারাপ হচ্ছে - আপনি যদি ট্রানজিস্টর স্যুইচিং থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজকে যথাযথভাবে পজিশন করতে না পারেন (এবং ট্রানজিস্টর ছোট হওয়ায় এটি খুব কঠিন হয়ে যায়) "অন" / "অফ" রেজিস্ট্যান্সের মধ্যে মার্জিন অদৃশ্য হয়ে যায়।

Comments

"আমি আপনাকে একটি শব্দ বলতে চাই। একটি শব্দ ... আপনি শুনছেন?" গ্রাফিন। মোসফেট মারা গেছে; গ্রাফিন এফইটি ... 100 গিগাহার্টজ অবধি বেঁচে থাকুন

— এরিক সান

@ এরিকসুন - আপনি গ্রাফিন ওয়েফার তৈরি করার জন্য প্রক্রিয়া আবিষ্কার করেন এবং সেগুলির উপরে সার্কিট্রির ফোটোলিথোগ্রাফিক বানোয়াট করেন। আমি আপনার জন্য বিপণন করব। ঠিক আছে?

— কনার ওল্ফ

@ এরিকসুন: আপনাকে অবশ্যই জনপ্রিয় বিজ্ঞান লেখক হতে হবে; সম্ভাব্যতা বা ব্যয়ের কোনও বিবেচনা ছাড়াই সর্বদা "পরবর্তী বড় জিনিস" নিয়ে কথা বলা।

— নিক টি

@ নিক_এক কারণ গ্রাফিনকে "পরবর্তী বড় জিনিস" বলে আমি মনে করি তার অর্থ এই নয় যে আমি মনে করি এটি সহজ easy @ ফেক_নাম এটি আমার অঞ্চল নয়, তবে আমি প্রতিযোগী অন্যান্য প্রযুক্তির মধ্যে - গ্রাফিনে ক্রমবর্ধমান নিবন্ধ দেখেছি যা স্থির অগ্রগতি দেখায়। আমি "স্নাতক" প্লাস্টিক সম্পর্কে বিখ্যাত লাইনে একটি রসিকতা অনুভূতির সাথে একটি সম্ভাব্য 'উন্নত ডিভাইস' অফার করছিলাম।

— এরিক সান

"100 গিগাহার্টজ পর্যন্ত" - তাহলে এটি তখন 50Mhz হতে পারে?

— shuckc

Answer 4

ভোল্টেজগুলি কোনও প্যাটার্ন অনুসরণ করে:

• ৩.৩ ভি = ২/৩ এর ৫ ভি
• 2.5v = 5v এর 1/2
• 1.8v = ~ 1/3 5v এর (1.7 1/3 এর কাছাকাছি হবে, এটি একমাত্র বিজোড় বলে মনে হয়)
• 1.2v = 5v এর 1/4

Comments

আপনি যদি এটির মতো চলতে চান তবে আইসি বৈশিষ্ট্য সঙ্কুচিত হওয়ার সাথে আমি এটির অনুরূপ দৃষ্টিকোণ থেকে এটি ভাবব, প্রতিটিটির একটি উপাদান দ্বারা হ্রাস পাচ্ছে sqrt(2)/2। এখনও নিখুঁত নয়, তবে 10% এর মধ্যে রয়েছে এবং এটি আপনার স্বেচ্ছাসেবী ভগ্নাংশগুলির চেয়ে অনেক বেশি অর্থবোধ করে: P

— নিক টি

Answer 5

" ছোট ডিভাইসগুলিকে কেন কম ভোল্টেজের প্রয়োজন হয় ?" ছোট আইসিগুলির তাপ থেকে মুক্তি পাওয়ার জন্য কম পৃষ্ঠ থাকে। যখনই আইসি-তে কোথাও কিছুটা টগল হয়, একটি ক্যাপাসিটারকে চার্জ বা ছাড়তে হয় (অর্থাত্ সিএমওএস ট্রানজিস্টারের গেট ক্যাপাসিট্যান্স)। যদিও ডিজিটাল আইসি-তে ট্রানজিস্টরগুলি খুব খুব ক্ষুদ্র হয় তবে তাদের প্রচুর পরিমাণ রয়েছে, তাই বিষয়টি এখনও গুরুত্বপূর্ণ। ক্যাপাসিটারে সঞ্চিত শক্তি 0.5 * C * U ^ 2 এর সমান। দুবার ভোল্টেজের ফলে প্রতিটি এমওএসইফইটির গেটের জন্য 2 ^ 2 = 4 গুণ বেশি শক্তি ব্যবহার করতে হবে। সুতরাং, এমনকি একটি ছোট পদক্ষেপ নেমে বলুন, 2.5V থেকে 1.8V একটি বিবেচ্য উন্নতি এনে দেবে। এই কারণেই আইসি ডিজাইনাররা দশক ধরে 5V তে আঁকড়ে থাকেননি এবং প্রযুক্তিটি 1.2V ব্যবহারের জন্য প্রস্তুত না হওয়া পর্যন্ত অপেক্ষা করেছিলেন, তবে এর মধ্যে অন্যান্য সমস্ত মজাদার ভোল্টেজের স্তর ব্যবহার করেছেন।

Answer 6

সংক্ষিপ্ত উত্তর: টিআই-এর গীকরা তাই বলেছিল, এবং অন্য প্রত্যেকে সামঞ্জস্যপূর্ণ বা প্রতিযোগী পণ্য তৈরি করে মামলা অনুসরণ করেছে।

শব্দ প্রতিরোধের জন্য 5 ভোল্ট বেছে নেওয়া হয়েছিল । প্রারম্ভিক চিপগুলি পাওয়ার হোগ ছিল, প্রতিবার বিদ্যুৎ সরবরাহে প্রসারণ সৃষ্টি করে এমন কিছু পরিবর্তন হয়েছিল যে ডিজাইনাররা প্রতিটি চিপের সরবরাহ পিনগুলিতে ক্যাপাসিটার স্থাপন করে কাটিয়ে উঠতে চেষ্টা করবেন। তবুও, অতিরিক্ত 2.4 ভোল্টের হেডরুম তাদের 0.8V এবং 2.2V এর মধ্যে নিষিদ্ধ জায়গায় যাওয়ার বিরুদ্ধে কুশন দিয়েছে। এছাড়াও, ট্রানজিস্টরগুলি কেবল তাদের অপারেশনের মাধ্যমে ~ 0.4 ভোল্টেজ ড্রপ নিয়েছিল caused

সরবরাহের ভোল্টেজগুলি ব্যাটারির আয়ু বাড়ানোর জন্য নেমে আসছে এবং চিপ মারা যাওয়ার কারণে আপনার পোর্টেবল ডিভাইসগুলি আরও ছোট এবং হালকা করার জন্য সঙ্কুচিত হয়ে আসছে। চিপের উপরের উপাদানগুলির কাছাকাছি ব্যবধানটি অতিরিক্ত গরম রোধ করার জন্য কম ভোল্টেজগুলির দাবি করে এবং কারণ উচ্চতর ভোল্টেজ পাতলা নিরোধক দিয়ে যেতে পারে।

Comments

সরবরাহ প্রতিবন্ধকতা অনুরূপ হলে স্যুইচিংয়ের ফলে সৃষ্ট ভোল্টেজের ওঠানামা কি সরবরাহ ভোল্টেজের সমানুপাতিক হবে না?

— নিক টি

Answer 7

যে কোনও আইসি তোলে সে তার প্রয়োজনীয় ভোল্টেজগুলি স্থির করে।

পুরানো দিনগুলিতে কেউ ডিজিটাল লজিকের জন্য 5 ভি ব্যবহার শুরু করেছিলেন এবং এটি দীর্ঘ সময়ের জন্য আটকে গিয়েছিল, মূলত কারণ যখন 5V তে চালিত প্রচুর চিপগুলি ডিজাইন করা হয় তখন 4V প্রয়োজন এমন একটি চিপ বিক্রি করা আরও কঠিন।

iow: যে কারণে প্রত্যেকের একই ভোল্টেজ ব্যবহার করার ঝোঁক রয়েছে তাদের পক্ষে একই প্রক্রিয়াটি বেছে নেওয়ার বিষয়টি এতটা গুরুত্বপূর্ণ নয় যে তাদের ডিজাইনার যারা তাদের চিপগুলি ব্যবহার করে "অস্বাভাবিক" ভোল্টেজ ব্যবহার করার জন্য তাদের অভিশাপ দেওয়া উচিত নয়।

একটি নির্দিষ্ট গতিতে একটি সংকেত স্যুইচিংয়ে ভোল্টেজ বেশি হলে আরও শক্তি লাগে, সুতরাং উচ্চ গতির সাথে আপনার বর্তমানকে নিচে রাখতে কম ভোল্টেজের প্রয়োজন, এ কারণেই দ্রুত, ঘন, আধুনিক সার্কিটগুলি পুরানো চিপসের চেয়ে কম ভোল্টেজ ব্যবহার করার প্রবণতা রাখে।

অনেকগুলি চিপ এমনকি i / o এর জন্য 3.3V এবং অভ্যন্তরীণ কোরের জন্য 1.8V এর মতো কম ভোল্টেজ ব্যবহার করে।

চিপ ডিজাইনাররা জানেন যে 1.8V একটি অডবোল ভোল্টেজ এবং প্রায়শই চিপ নিজেই কোর ভোল্টেজ সরবরাহ করার জন্য একটি অভ্যন্তরীণ নিয়ামক রাখে, ডিজাইনারকে কোর ভোল্টেজ উত্সাহিত করা থেকে বিরত রাখে।

দ্বৈত ভোল্টেজ পরিস্থিতির উদাহরণের জন্য ENC28J60 যা একবার 3.3V তে চলে তার দিকে একবার নজর দিন, তবে এর অভ্যন্তরীণ 2.5V নিয়ামক রয়েছে।

Comments

কোর চালানোর জন্য dsPIC33F এবং PIC24F এর 2.5V নিয়ন্ত্রক রয়েছে, কিছু এটি 32 এর 1.8V রেগ রয়েছে।

— টমাস ও

এটি কীভাবে সবাই একই ভোল্টেজ চয়ন করেছে তা ব্যাখ্যা করে না? আমি জানি উত্পাদকদের একই ধরণের ভোল্টেজ ব্যবহার করতে হবে তবে তারা কেন এগুলিকে প্রথম স্থানে নিয়ে গেল?

— টমাস ও

আমার কোনও ধারণা নেই, আমার ধারণাটি হ'ল আইসি ডিজাইনাররা প্রথম ভোল্টেজ বেছে নিয়েছিলেন, যখন তারা প্রথমে এগুলি বেছে নিয়েছিল, তবে "প্রত্যেকে" একই ভোল্টেজ ব্যবহার করে বলে মনে হয় তার সবচেয়ে শক্তিশালী কারণ "অন্যরা" বলে মনে হয় যে ভোল্টেজ ব্যবহার করতে।

— dren.dk

@ থমাস o আপনি কি ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ইতিহাসে যাওয়ার কথা বিবেচনা করেছেন? দেখে মনে হচ্ছে আপনি এতে আগ্রহী।

— কেলেনজবি

Answer 8

ভোল্টেজগুলি পদার্থের পদার্থবিজ্ঞান দ্বারা নির্ধারিত হয় (যেকোন উপায়ে অর্ধপরিবাহী উপকরণ) এবং চিপ তৈরিতে ব্যবহৃত প্রক্রিয়াগুলি। (আমি আশা করি আমি এখানে সঠিক শব্দটি ব্যবহার করছি ...) বিভিন্ন ধরণের সেমিকন্ডাক্টর্টরের আলাদা ফাঁক ভোল্টেজ রয়েছে - মূলত ভোল্টেজ যা তাদের 'সক্রিয় করে'। লেআউটগুলি করার সময় লো ভোল্টেজগুলিকে আরও নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করার অনুমতি দেওয়ার জন্য তারা চিপের কাঠামোটিও অনুকূলিত করতে পারে (আমি বিশ্বাস করি)।

এটি এত বেশি নয় যে ছোট ডিভাইসগুলির জন্য কম ভোল্টেজের প্রয়োজন হয়, এটি তাদের ছোট ভোল্টেজ ব্যবহার করার জন্য তাদের নকশা তৈরি করা হয়েছে কারণ কম ভোল্টেজ মানে কম তাপ অপচয় এবং সম্ভাব্য দ্রুত অপারেশন। এটি যদি কেবল 0 ভি এবং 1.8 ভি এর মধ্যে যেতে হয় তবে 10MHz ঘড়ি সংকেত পাওয়া সহজ।

Comments

০.৯ * গেটের ক্যাপাসিটেন্স চার্জ করতে ভিডিডি ভিডিডি নির্বিশেষে ২.৩ টাইম কনস্ট্যান্ট নেয়। একটি ছোট গেটের কম ক্যাপাসিট্যান্স রয়েছে, একটি ছোট আরসি সময় ধ্রুবক এবং কম 0.5C * ভি C 2 স্যুইচিং শক্তি দেয়। তদুপরি, একটি ছোট গেটের জন্য ফুটো স্রোতকে হ্রাস করার জন্য একটি নিম্ন গেট ভোল্টেজের প্রয়োজন হয়, যা আরও বিদ্যুৎ খরচ হ্রাস করে। অন্যদিকে, একটি উচ্চ গেট ভোল্টেজ ফ্যানআউটে চার্জিং প্রবাহকে বাড়িয়ে তোলে (সময়ের ধীরে ধীরে আর কমছে)। এইভাবে ওভারক্লোকাররা ভিডিডি বৃদ্ধি করে - বিদ্যুৎ খরচ ব্যয় এবং আরও প্রশস্ত শীতকালে।

— এরিক সান