فهم فوضى الحروف: الفرق الحقيقي بين VCC و VDD و VEE و VSS و GND

لقد رأيت مجموعة الحروف الخاصة بمصادر الطاقة على الرسومات ولوحات الدوائر (PCBs): VCC، VDD، VEE، VSS. ما هو الفرق بين VCC وVDD؟ هل VSS وGND هما نفس الشيء؟ إنه مثال كلاسيكي على الكلمات التقنية التي تجعل الأمور صعبة الفهم. أنا هنا لأوضح لك أن الأمر ليس مربكًا كما يبدو. في هذه المقالة، سأشرح هذه المصطلحات باللغة الإنجليزية البسيطة، باستخدام خبراتي الخاصة. سننظر في التاريخ وراء الأسماء، والأهم من ذلك، سأقدم لك المعرفة العملية لفهم نوع جهد إمداد الطاقة الذي يحتاجه الجزء بالضبط. عندما تنتهي من القراءة، ستكون قادرًا على إلقاء نظرة على أوراق البيانات ورسومات الدوائر بثقة، مما سيجعلك مهندسًا أو هاويًا أفضل وأكثر استنارة. هذا لا يتعلق فقط بتعلم الحقائق؛ بل يتعلق ببناء قاعدة قوية لعملك في الدوائر الإلكترونية.

ما الذي تعنيه VCC و VDD حقًا؟

لنبدأ بمعرفة ما تعنيه الحروف. في الإلكترونيات، تعني "V" دائمًا تقريبًا الجهد. ومع ذلك، يمكن أن يكون الحرفان اللذان يأتيان بعد ذلك أكثر إثارة للحيرة. يشير "CC" في VCC إلى المجمع جزء من ترانزستور ثنائي القطب (BJT). إذن، VCC هو الموجب جهد الإمداد الذي يذهب إلى مجمع BJT. أصبح هذا المصطلح هو المعيار عندما كانت الترانزستورات ثنائية القطب هي التقنية الرئيسية المستخدمة.

وبنفس الطريقة، يشير "DD" في VDD إلى المصب جزء من ترانزستور تأثير المجال (FET). إذن، VDD هو الموجب جهد الإمداد الذي يذهب إلى مصرف FET. نظرًا لأن FETs، خاصة في تقنية CMOS، أصبحت أكثر شيوعًا، فقد أصبح VDD هو المصطلح القياسي للإيجابي الرئيسي الفولطية في تلك الدوائر. إذن، يمكنك رؤية النمط: الاسم مرتبط ارتباطًا مباشرًا بنوع ترانزستور التكنولوجيا المستخدمة في دائرة. إن معنى vcc متصل بـ جهد المجمع. سأستخدم المصطلح vcc مرات عديدة لأنه الموضوع الرئيسي. المصطلح vdd هو أيضًا جزء كبير من هذا الحديث.

‏لماذا حرفان؟ تاريخ موجز

غالبًا ما يسألني الناس عن سبب استخدامنا "VCC" أو "VDD" وليس فقط "VC" أو "VD". السبب هو قاعدة بسيطة ولكنها مهمة. الحرف الواحد، مثل "C" لـ المجمع أو "D" لـ المصب، يعني عادةً الجهد في ذلك الجزء الواحد مقارنة بالأرض. الحرف المزدوج، "CC" أو "DD"، يعني أنه جهد الإمداد للكل دائرة أو جزء منه. ال vcc هو جهد الإمداد.

هذا التغيير الصغير في طريقة كتابته يعني الكثير. فهو يساعد المهندسين على التمييز بسرعة بين القياس في مكان واحد وخط الطاقة الرئيسي الذي يغذي أجزاء كثيرة. على سبيل المثال، الفولطية في مجمع واحد ترانزستور قد يتغير أثناء دائرة يعمل، ولكن VCC جهد الإمداد يجب أن يبقى كما هو. تساعد هذه القاعدة على منع الارتباك في مخطط الدائرة. إذن، يُفهم عادةً أن VCC هو الموجب الرئيسي الفولطية مصدر لجزء من الدائرة. العمل الفولطية غالبًا ما يتم عرض الشريحة بواسطة VDD. يساعد استخدام حرفين على التمييز بين جهد إمداد الطاقة والجهد في مكان معين على ترانزستور.

ما هو الفرق الفعلي بين VCC و VDD؟

هذا هو الجزء الأكثر أهمية. الرئيسي الفرق بين VCC وVDD هو نوع التكنولوجيا التي يرتبطان بها.

• VCC: هذا المصطلح مخصص للدوائر التي تستخدم ترانزستورات ثنائية القطب (BJTs). فكر في الأنواع القديمة من المنطق مثل TTL (منطق الترانزستور-الترانزستور). في هذه الدوائر، يعطي VCC الموجب جهد إمداد الطاقة.
• VDD: يرتبط هذا المصطلح بالدوائر التي تستخدم ترانزستورات تأثير المجال (FETs). هذا هو المعيار لدوائر CMOS الجديدة (أشباه الموصلات المعدنية وأكاسيد المكملة)، والتي ستجدها في وحدات التحكم الدقيقة ووحدات المعالجة المركزية ومعظم الدوائر المتكاملة الرقمية الجديدة. VDD هو الموجب جهد الإمداد هنا. ال vdd هو المصرف.

لقد تعاملت مع الكثير من كليهما ثنائي القطب و CMOS التصميمات، وتذكر هذا الاختلاف مهم جدًا. في حين أن كلاً من VCC وVDD يعطيان موجبًا الفولطية، فإن معرفة المصطلح الذي يجب العثور عليه في ورقة البيانات يخبرك على الفور بنوع الأجزاء الموجودة بالداخل. على سبيل المثال، إذا رأيت دبابيس VCC على IC، يمكنني تخمين أنها ربما تكون جهاز ثنائي القطب. إذا رأيت VDD، فأنا متأكد تقريبًا من أنني أنظر إلى جهاز CMOS. العمل جهد الشريحة هو تفصيل رئيسي. استخدام vcc و vdd يساعد على التمييز بين نوعي التقنيات. ال مصادر الطاقة لهذه الأجهزة هي جزء رئيسي من تصميم الدائرة.

إذًا، كيف تتناسب VEE و VSS؟

الآن بعد أن فهمنا VCC وVDD، دعنا نضيف شركائهم، VEE وVSS، إلى المناقشة. تمامًا مثل VCC وVDD عادةً ما يكونان موجبين مصادر الطاقة، عادةً ما تكون VEE وVSS هي التوصيلات السالبة أو الأرضية. النمط هو نفسه كما كان من قبل.

يشير "EE" في VEE إلى باعث جزء من BJT. في كثير من التناظرية الدوائر، وخاصة مكبرات الصوت، ستجد مزدوجة مزود الطاقة مع كل من الموجب و إمداد سلبي. في هذه الحالات، سيكون VCC هو الموجب الفولطية وسيكون VEE هو الجهد السلبي. يتيح ذلك إخراج مكبر الصوت اذهب فوق وتحت الأرض. ال جهد الباعث يتم قياسه من VEE.

وبنفس الطريقة، يشير "SS" في VSS إلى مصدر جزء من ترانزستور تأثير المجال. ل دائرة رقمية، والتي تعمل عادة على مصدر طاقة واحد، يتم توصيل VSS عادةً بنقطة الأرض (0 فولت). VSS هو الأدنى الفولطية في دائرة، وهو في معظم الأنظمة الرقمية الأرض. وبالتالي، vss هو المصدر. ستجد غالبًا vdd وvss معًا في أوراق البيانات الخاصة بـ دوائر cmos. المصطلحات vee و vss ضرورية لفهم إعداد مصدر الطاقة بالكامل. ال vss هو السلبي الإمداد في العديد من الحالات.

هل يختلف VSS عن التأريض (GND)؟

هذا سؤال يُطرح عليّ كثيرًا، وهو سؤال جيد. في العديد من الدوائر الرقمية، إن لم يكن معظمها، يتم توصيل VSS بالفعل بالطرف الأرضي (GND). ل دائرة الحصول على الطاقة من بطارية أو مصدر طاقة آخر، فإن VSS وGND هما في الأساس نفس النقطة، حيث تعملان كمرجع 0 فولت للنظام بأكمله.

لكن الأمر ليس بهذه البساطة دائمًا. الشيء المهم هو أن VSS يعني تحديدًا الأدنى الفولطية المستوى المتصل بجزء المصدر من FETs داخل IC. GND هو مصطلح أوسع لنقطة المرجع التي يتم قياس جميع الفولتية الأخرى منها. في بعض الأنظمة المعقدة، قد يكون لديك عدة مستويات "أرضية". على سبيل المثال، يمكنك الحصول على منفصل أرضية تناظرية و أرضية رقمية المناطق على PCB لإبعاد الأجزاء الرقمية الصاخبة عن الحساسة التناظرية الدوائر. في هذه الحالة، سيتم توصيل VSS لـ IC رقمي بـ أرضية رقمية. الشيء الأساسي الذي يجب تذكره هو أنه على الرغم من أن VSS غالبًا ما يكون متصلاً بـ GND، فإن مصطلح VSS يتعلق تحديدًا بـ توصيلات إمداد الطاقة من IC. لدينا أيضا أرضية التيار المتردد في بعض الأنظمة.

كيف تؤثر فولتيات الإمداد هذه على الترانزستورات؟

لفهم هذه الأفكار حقًا، من المفيد معرفة كيف ترانزستور يعمل. فكر في ترانزستور مثل مفتاح أو صمام إلكتروني. ال جهد الإمداد يعطي الطاقة لهذا الصمام للعمل. في ترانزستور ثنائي القطب NPN، يعطي VCC الموجب الفولطية إلى المجمع. يسمح تيار صغير في القاعدة بتدفق تيار أكبر بكثير من المجمع إلى باعث، مما يجعل الإشارة أقوى أو يشغل حمولة أو يوقفها. ال vcc هو الموجب الإمداد الذي يسمح بذلك. ال جهد المجمع هو تفصيل رئيسي في هذا الإجراء.

في MOSFET، الفكرة متشابهة ولكن العلم مختلف. يعطي VDD الموجب الفولطية إلى المصب. A الفولطية عند البوابة يتحكم في مقدار التيار المتدفق من المصب إلى المصدر. ال vdd هو جهد العمل الذي يسمح لـ MOSFET بالتشغيل والإيقاف. الاتصال بين المصرف وvss مهم جدًا لكيفية عمل الجهاز. ال ترانزستورات تأثير المجال يتم التحكم فيها بواسطة هذا الفولطية. إن جهد المصرف هو جزء رئيسي من كيفية عمل MOSFET. كلاهما ترانزستور ثنائي القطب و MOSFET تحتاج الأجهزة إلى هذه مصادر الطاقة للعمل بشكل صحيح. ال ترانزستور NPN هو نوع متكرر من ترانزستور ثنائي القطب. إن vcc و vdd المصطلحات هي المفتاح لفهم كيفية عملها. ال vee و vss تحدد المصطلحات الأدنى الفولطية خط.

هل يمكن أن تحتوي الدائرة على كل من VCC و VDD؟

بالطبع! لقد عملت على العديد من التصميمات حيث يحدث هذا. غالبًا ما تُعرف هذه باسم الدوائر ذات الإشارات المختلطة لأنها تحتوي على كليهما التناظرية (في كثير من الأحيان ثنائي القطب) و رقمي (CMOS) أجزاء على نفس لوحة الدوائر. على سبيل المثال، يمكنك الحصول على مستشعر مع مكبر صوت تناظري (تحتاج VCC وربما VEE) إرسال إشارته إلى وحدة تحكم دقيقة (تحتاج VDD وVSS).

في هذه الحالات، من المهم جدًا أن يكون لديك شبكة طاقة جيدة الصنع. عليك التأكد من أن كلاهما VCC و VDD مصادر الطاقة نظيفة وثابتة. غالبًا ما تحتوي الدوائر المتكاملة التي تحتوي على أجزاء تناظرية ورقمية على دبابيس طاقة منفصلة (مثل VCCA لـ VCC التناظرية وVCCD لـ VCC الرقمية) للمساعدة في ذلك. بعض الجديد تحتوي الدوائر المتكاملة على كليهما vdd و vcc دبابيس، ولكن هذا ليس شائعًا. الشيء الرئيسي هو إلقاء نظرة على ورقة البيانات لمعرفة احتياجات الطاقة لكل جزء. وجود كلاهما vcc وvdd على نفس اللوحة يعني أنك بحاجة إلى التخطيط بعناية. ال أطراف الجهاز يجب أن تكون متصلة باليمين الفولطية.

ما هي قصة التأريض التناظري والتأريض الرقمي؟

عندما يكون لديك مزيج من التناظرية والأجزاء الرقمية، يصبح الاتصال الأرضي مهمًا جدًا. يمكن للدوائر الرقمية، وخاصة السريعة منها، أن تخلق الكثير من الضوضاء على الخط الأرضي. يمكن أن تسبب هذه الضوضاء الكثير من المشاكل للحساسة الدوائر التناظرية، مثل مكبر الصوت.

لمنع ذلك، غالبًا ما يقوم المصممون بعمل توصيلات أرضية منفصلة لـ أرضية تناظرية (AGND) و أرضية رقمية (DGND). سيتم توصيل VSS الخاص بالدوائر المتكاملة الرقمية بـ أرضية رقمية، بينما سيتم توصيل النقطة الأرضية لـ التناظرية سيتم توصيل الأجزاء بـ أرضية تناظرية. ثم يتم توصيل هاتين المنطقتين الأرضيتين عادةً في مكان واحد، غالبًا بالقرب من مكان دخول الطاقة. تمنع هذه الطريقة الضوضاء الرقمية من إفساد التناظرية الإشارات. في بعض الأحيان، قد تجد أيضًا أرضية التدريع تستخدم لمنع الضوضاء. فكرة الأرض والإشارة الأرضية هو المفتاح لـ تصميم الدائرة. إن الطرف الأرضي المشترك هو المكان الذي يتم فيه غالبًا ضم هذه الأراضي المختلفة.

كيف يمكنني العثور على VCC و VDD و VEE و VSS في ورقة البيانات؟

هذا هو المكان الذي تضع فيه المعرفة موضع التنفيذ. ورقة البيانات هي أعظم مورد لك لمعرفة احتياجات الطاقة للجزء. إليكم طريقتي:

1. ابحث عن مخطط Pinout: هذه صورة للـ IC توضح مكان كل دبوس وما يسمى به. يجب أن ترى دبابيس عليها علامة واضحة VCC, VDD, VEEأو VSS.
2. انظر إلى جدول التصنيفات القصوى المطلقة: يعرض هذا الجدول الأعلى الفولطية يمكن للجهاز التعامل مع دبابيس الإمداد الخاصة به. من المحتمل أن يؤدي تجاوز هذه الأرقام إلى كسر الشريحة.
3. تحقق من جدول الخصائص الكهربائية: يقدم هذا الجزء المقترح الفولطية نطاقات التشغيل. للحصول على تصميم موثوق، يجب عليك دائمًا البقاء ضمن هذه القيم المقترحة. قد يسرد جهد التشغيل على سبيل المثال، 5 فولت لـ VDD.
4. اقرأ أوصاف الدبابيس: سيكون هناك جزء يشرح وظيفة كل دبوس. سيؤكد هذا أن VCC الدبوس هو مصدر الطاقة الموجب و VSS هو توصيل الأرضي.

ستذكر ورقة البيانات بوضوح جهد إمداد الدائرة المطلوب. قد يسرد أيضًا جهد الإدخال/الإخراج لدبابيس الإدخال/الإخراج، والتي قد تختلف أحيانًا عن VDD الفولطية.

لماذا تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ VCC و VSS مهم؟

يمكنك الحصول على رسم مثالي، ولكن إذا كان PCB التخطيط سيئًا، فقد لا يعمل دائرة بشكل صحيح. المسارات التي VCC و VSS تتبع على لوحات الدوائر المطبوعة مهمة جدًا. الجهد العالي من vcc يجب توجيهه بعناية.

أقترح دائمًا استخدام مستويات الطاقة على PCB مع طبقات متعددة. يتضمن ذلك تخصيص طبقة كاملة من النحاس لـ VCC وآخر لـ GND (المرتبط بـ VSS). يوفر هذا مسارًا بمقاومة منخفضة للتيار، وهو أمر ضروري لكي تعمل الأشياء بثبات. من المهم أيضًا وضع مكثفات الفصل بالقرب من VCC و VSS دبابيس كل IC قدر الإمكان. هذه المكثفات تشبه تجمعات صغيرة ومحلية من الشحنات، مما يمنح IC أجزاء التيار السريعة التي يحتاجها وتنظيف الضوضاء على جهد إمداد الطاقة. التخطيط الجيد لـ جهد إمداد الطاقة هو علامة على التصميم الاحترافي. العلاقة بين vcc و vss أساسية.

في الختام

على الرغم من أن الأسماء المختلفة لـ مصادر الطاقة في الإلكترونيات قد تبدو مربكة في البداية، إلا أنها تتبع نمطًا واضحًا بناءً على التكنولوجيا التي تستخدمها. من خلال معرفة تاريخ واستخدامات VCC, VDD, VEEو VSS، يمكنك إلقاء نظرة على أي مخطط الدائرة أو ورقة بيانات بثقة.

فيما يلي الأشياء الأساسية التي يجب تذكرها:

• VCC عادة ما يكون الموجب جهد الإمداد لـ ثنائي القطب (BJT).
• VDD عادة ما يكون الموجب جهد الإمداد لـ CMOS (FET).
• VEE هو السالب جهد الإمداد في ثنائي القطب ، غالبًا ما يوجد في التناظرية uses.
• VSS هو الأدنى جهد الإمداد في CMOS، والذي يرتبط دائمًا تقريبًا بالأرض (GND) في الأنظمة الرقمية.
• الأحرف المزدوجة (CC، DD، EE، SS) تعني جهد الإمداد، بينما يعني حرف واحد الفولطية في جزء معين.
• تحقق دائمًا من ورقة البيانات للعثور على جهد التشغيل المناسب لأي جزء.
• كن حذرًا بشأن PCB التخطيط، خاصةً كيفية توجيه VCC و VSS و مكان وضع مكثفات الفصل.