Современная электроника позиционирует малым потреблением при высокой функциональности и неплохой скорости обработки информации. Но, работает ли она всегда так устойчиво? Если что-то часто «клинит» или быстро вышло из строя, то сразу грешат на Китай. Мол, бюджетный гаджет должен иметь недоработки.
Но разве только китайская техника часто ломается? Попробуйте утопить какой-нибудь аппарат Apple – тоже заклинит. Просто у них лак, покрывающий печатную плату, более качественный, да и наносят его технологичнее.
На самом деле существует 2 разные технологии создания электронных компонентов: КМОП (CMOS) и ТТЛ (TTL). Их то и разберём в этой статье.
Два типа аппаратуры, отличающиеся транзисторами
Многие пользователи при выборе аппаратуры недоумевают разницей энергоэффективности некоторых приборов, взирая на их характеристики. К примеру, возьмём персональный компьютер (ПК), у которого только процессор потребляет около 120 Вт.
Сравним его с четырёхядерным ноутбуком, по производительности одинаковым. Только вот потреблять он будет втрое меньше, чем только CPU системника. А кто-то достанет 8-ядерный Xiaomi и скажет, что у него интернет грузится много быстрее, чем у ваших компьютеров и ноутбуков. У этого «китайца» зарядки батареи (5 000 мА×ч) хватает больше, чем на неделю, если его не нагружать.
Резонно возникает вопрос, зачем покупать электронику, транжирящую электроэнергию, если есть более экономичные узлы и модули? Некоторые железячники ставят в свой ПК только наиболее экономичные платы, превращая компьютер в устройство, которое изначально не предполагалось таким быть.
В чём же, на самом деле, здесь дело? А разница, чаще всего, бывает в самой топологии микросхем. Вернее, в типе используемых транзисторов. Напомним, что бывают биполярные и полевые полупроводниковые триоды.
Они отличаются принципом работы и имеют разные свойства. Изначально логика строилась на транзисторах биполярного типа. У этой технологии, к слову «транзисторная» добавлялось:
· в начале «диодно–»;
· то же «резистивно–»;
· эмиттерно-связная;
· инжекционная и др.
Почти все они используются и сейчас, но уже с существенными доработками. Немногим позже стали использовать логику, собранную на полевых транзисторах. Она сразу поразила своей экономичностью и высокоомностью входов, но была сравнительно медленной, поэтому практического применения находила мало.
А вот, когда научились легко делать в одном кристалле транзисторы разной проводимости, то логика на комплементарных полевых транзисторах (КМОП) стала бурно развиваться. И до сей поры она обогнала в использовании широко применяемую транзисторно-транзисторную (ТТЛ).
Отличительные свойства КМОП и ТТЛ
Технология КМОП (комплиментарный металл-оксид-полупроводник), а по ненашему CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) строит логику и аналоговые каскады на полевых транзисторах. ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) или же TTL (Transistor–transistor logic) – на биполярных транзисторах.
Не вдаваясь в технические подробности, биполярные транзисторы (ТТЛ) требуют больше энергии для управления. Зато помехоустойчивость сохраняется при некотором воздействии не только электромагнитных, но и гальванических связей. Значит, состояние влажности межвыводного и пространства, также изоляции, меньше всего влияет на работоспособность самого устройства.
А вот высокоомные входы полевых транзисторов приходится не только изолировать, но и правильно располагать. Иначе ёмкостные связи или влажная среда могут произвести ложное воздействие на вход от контактов, питающих цепи или из проводников линий коммутации мощных нагрузок. Если у них входное сопротивление – мегаомы, то даже крохотная капелька влаги может послужить резистором, соединяющим вход с непонятно чем.
Выходит, что повышенное потребление биполярными транзисторами оправдано устойчивостью их состояний. Но, ещё одно достоинство они имеют: с ростом частоты – потребление растёт незначительно. А вот у полевых транзисторов в этом плане изначально были проблемы, из-за чего КМОП использовалась не всегда. Сейчас производители научились обуздывать этот недостаток. Но, всё равно, с ростом частоты потребление питания у них неизбежно больше. Это отличительное свойство служит лакмусом проверки типа транзисторов для любого аппарата.
Практическая разница ТТЛ и КМОП
Сейчас, наверное, не найти ПК, который бы полностью был построен на микросхемах и транзисторах биполярного типа. Это подтверждается тем, что с ростом частоты его работы – потребление очень сильно возрастает. А кто-нибудь помнит, что у первых компьютеров это было не так? Я помню ещё Пентиум, ничего не делая «жрал» более 100 Вт. А нагружая – мощность его не сильно возрастала. Зато они могли работать в неотапливаемом гараже или в другом влажном здании, немного обогревая пространство возле себя.
Бесспорно, что современные технологии смогли добиться того, что КМОП-технология может использоваться практически везде, причём довольно успешно. Однако, следует понимать, что её «первородные грехи» никуда не делись. Они может быть хорошо залиты лаком, который пока ещё не потрескался. Но, через некоторое время, появятся микропоры, схема обрастёт множеством водяных резисторов. И потребление возрастёт, и «глюки» начнут появляться всё больше и больше.
Лечится это всё заменой на новые устройства. И производитель радуется, что его товар раскупают со стабильной регулярностью, как хлеб и крупы. Менеджеры читают мантру, что техника не вечна, ломается. А хотите купить надёжное, то приобретайте дорогущее. А оно, это самое дорогущее, может только лак использовать более качественный. Кстати, ТТЛ технология, вроде бы дешевле. Во всяком случае, чтобы усовершенствовать КМОП, производителям пришлось использовать много всяческих доработок. Отсюда и неполадки чаще всего проявляются у этих самых экономичных микросхемах.
Для стационарной техники я всё же сторонник аппаратуры, созданной преимущественно на биполярных транзисторах. Но, где её таковую «чистокровную» найти?
