At forstå bogstavrodet: Den reelle forskel mellem VCC, VDD, VEE, VSS og GND

Du har set virvarret af bogstaver for strømforsyninger på tegninger og printkort (PCB'er): VCC, VDD, VEE, VSS. Hvad er forskellen mellem VCC og VDD? Er VSS og GND det samme? Det er et klassisk eksempel på, at tekniske ord gør ting svære at forstå. Jeg er her for at vise dig, at det ikke er så forvirrende, som det ser ud. I denne artikel vil jeg forklare disse termer på simpelt dansk ved hjælp af mine egne erfaringer. Vi vil se på historien bag navnene, og vigtigere endnu, jeg vil give dig den praktiske knowhow til at forstå præcis, hvilken type forsyningsspænding en del har brug for. Når du er færdig med at læse, vil du være i stand til at se på datablade og kredsløbstegninger med tillid, hvilket vil gøre dig til en bedre og mere informeret ingeniør eller hobbyist. Dette handler ikke kun om at lære fakta; det handler om at opbygge et stærkt fundament for dit arbejde med elektroniske kredsløb.

Hvad betyder VCC og VDD egentlig?

Lad os starte med at finde ud af, hvad bogstaverne betyder. I elektronik betyder 'V' næsten altid spænding. De to bogstaver, der kommer efter, kan dog være lidt mere forvirrende. "CC" i VCC peger på kollektor del af en Bipolar Junction Transistor (BJT). Så VCC er den positive forsyningsspænding der går til kollektoren på en BJT. Dette udtryk blev standarden, da bipolære transistorer var den vigtigste teknologi, der blev brugt.

På samme måde peger "DD" i VDD på drain del af en Field-Effect Transistor (FET). Så VDD er den positive forsyningsspænding der går til drain på en FET. Da FET'er, især i CMOS-teknologi, blev mere almindelige, blev VDD standardbetegnelsen for den vigtigste positive Spænding i disse kredsløb. Så du kan se mønsteret: navnet er direkte knyttet til den type transistor teknologi, der bruges i kredsløb. Den betydning af vcc er forbundet til kollektor spænding. Jeg vil bruge udtrykket vcc mange gange, da det er hovedemnet. Udtrykket vdd er også en stor del af denne tale.

Hvorfor to bogstaver? En kort historie

Folk spørger mig ofte, hvorfor vi bruger "VCC" eller "VDD" og ikke bare "VC" eller "VD". Årsagen er en simpel, men vigtig regel. Det enkelte bogstav, som 'C' for kollektor eller 'D' for drain, betyder normalt spændingen på den ene del sammenlignet med jord. Det dobbelte bogstav, "CC" eller "DD", betyder, at det er forsyningsspænding for hele kredsløb eller en del af det. Det vcc er forsyningsspændingen.

Denne lille ændring i, hvordan det er skrevet, betyder meget. Det hjælper ingeniører hurtigt med at se forskel på en måling på et sted og hovedstrømforsyningen, der forsyner mange dele. For eksempel kan Spænding ved kollektoren af en transistor ændre sig, mens kredsløb arbejder, men VCC forsyningsspænding skal forblive den samme. Denne regel hjælper med at forhindre forvirring i en kredsløbsdiagram. Så VCC forstås normalt som den vigtigste positive Spænding kilde til en del af kredsløbet. Arbejdet Spænding af chippen vises ofte af VDD. Brug af to bogstaver hjælper med at skelne mellem forsyningsspænding og spændingen på et bestemt sted på transistor.

Hvad er den faktiske forskel mellem VCC og VDD?

Dette er den vigtigste del. Det vigtigste forskel mellem VCC og VDD er den type teknologi, de er forbundet med.

• VCC: Dette udtryk er for kredsløb, der bruger Bipolar Junction Transistors (BJT'er). Tænk på ældre typer logik som TTL (Transistor-Transistor Logic). I disse kredsløb giver VCC den positive forsyningsspænding.
• VDD: Dette udtryk er forbundet med kredsløb, der bruger Field-Effect Transistors (FET'er). Dette er standarden for nye CMOS-kredsløb (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), som du finder i mikrocontrollere, CPU'er og de fleste nye digitale IC'er. VDD er den positive forsyningsspænding her. Det vdd er drain.

Jeg har beskæftiget mig med masser af både bipolar og CMOS designs, og det er meget vigtigt at huske denne forskel. Mens både VCC og VDD giver en positiv Spænding, fortæller det dig med det samme, hvilken type dele der er indeni, når du ved, hvilket udtryk du skal finde på et datablad. For eksempel, hvis jeg ser VCC-ben på en IC, kan jeg gætte, at det sandsynligvis er en bipolar enhed. Hvis jeg ser VDD, er jeg næsten sikker på, at jeg ser på en CMOS-enhed. Arbejdet spænding af chippen er en vigtig detalje. Brug af vcc og vdd hjælper med at skelne de to typer teknologier fra hinanden. Det strømforsyninger til disse enheder er en hoveddel af kredsløbsdesign.

Så, hvordan passer VEE og VSS ind?

Nu hvor vi forstår VCC og VDD, lad os tilføje deres partnere, VEE og VSS, til diskussionen. Ligesom VCC og VDD normalt er positive strømforsyninger, er VEE og VSS normalt de negative eller jordforbindelser. Mønsteret er det samme som før.

"EE" i VEE står for emitter del af en BJT. I mange analog kredsløb, især forstærkere, finder du en dobbelt Strømforsyning med både en positiv og en negativ forsyning. I disse situationer ville VCC være den positive Spænding og VEE ville være negativ spænding. Dette lader udgangen af forstærker gå både over og under jord. Det emitter spænding måles fra VEE.

På samme måde står "SS" i VSS for source del af en Field Effect Transistor. For en digitalt kredsløb, som normalt kører på en enkelt strømforsyning, er VSS normalt forbundet til jordpunktet (0V). VSS er den laveste Spænding i kredsløb, som i de fleste digitale systemer er jord. Så vss er kilden. Du vil ofte finde vdd og vss sammen i datablade til cmos kredsløb. Udtrykkene vee og vss er nødvendige for at forstå hele strømforsyningsopsætningen. Det vss er den negative forsyning i mange situationer.

Er VSS anderledes end jord (GND)?

Dette er et spørgsmål, jeg ofte bliver stillet, og det er et godt spørgsmål. I mange, hvis ikke de fleste, digitale kredsløb er VSS faktisk forbundet til jordterminalen (GND). For en simpel kredsløb der får strøm fra et batteri eller en anden strømkilde, er VSS og GND dybest set det samme punkt, der fungerer som 0V-referencen for hele systemet.

Men det er ikke altid så simpelt. Det vigtige er, at VSS specifikt betyder det laveste Spænding niveau, der er forbundet til kildedelen af FET'erne inde i en IC. GND er et bredere udtryk for det referencepunkt, som alle andre spændinger måles fra. I nogle komplekse systemer kan du have flere "jord"-niveauer. For eksempel kan du have separate analog jord og digital jord områder på en PCB for at holde støjende digitale dele væk fra følsomme analog kredsløb. I så fald ville VSS for en digital IC forbindes til digital jord. Det vigtigste at huske er, at selvom VSS ofte er forbundet til GND, handler udtrykket VSS specifikt om strømforsyningsforbindelser af en IC. Vi har også ac jord i nogle systemer.

Hvordan påvirker disse forsyningsspændinger transistorer?

For virkelig at forstå disse ideer er det nyttigt at vide, hvordan en transistor fungerer. Tænk på en transistor som en elektronisk kontakt eller ventil. Det forsyningsspænding giver strømmen til, at denne ventil kan fungere. I en NPN bipolar transistorgiver VCC den positive Spænding til kollektor. En lille strøm ved basen lader en meget større strøm flyde fra kollektor til emitter, hvilket gør signalet stærkere eller tænder eller slukker en belastning. Det vcc er den positive forsyning, der tillader dette. Det kollektor spænding er en vigtig detalje i denne handling.

I en MOSFET er ideen lignende, men videnskaben er anderledes. VDD giver den positive Spænding til drain. A Spænding ved gate styrer, hvor meget strøm der flyder fra drain til kilden. Det vdd er arbejdsspændingen der lader MOSFET'en tænde og slukke. Forbindelsen mellem drain og vss er meget vigtig for, hvordan enheden fungerer. Det field-effect transistorer styres af dette Spænding. Den drain spænding er en vigtig del af, hvordan en MOSFET fungerer. Begge bipolar transistor og MOSFET enheder har brug for disse strømforsyninger for at fungere korrekt. Det NPN transistor er en hyppig type bipolar transistor. Den vcc og vdd udtryk er nøglen til at forstå, hvordan de fungerer. Det vee og vss udtryk sætter den nedre Spænding linje.

Kan et kredsløb have både VCC og VDD?

Selvfølgelig! Jeg har arbejdet på mange designs, hvor dette sker. Disse er ofte kendt som mixed-signal kredsløb, fordi de har både analog (ofte bipolar) og digital (CMOS) dele på samme printkort. For eksempel kan du have en sensor med en analog forstærker (der har brug for VCC og måske VEE) sender sit signal til en mikrocontroller (som har brug for VDD og VSS).

I disse tilfælde er det meget vigtigt at have et vellavet strømnetværk. Du skal sørge for, at begge VCC og VDD strømforsyninger er rene og stabile. Ofte vil IC'er med både analoge og digitale dele have separate strømben (som VCCA for analog VCC og VCCD for digital VCC) for at hjælpe med dette. Nogle nye IC'er har begge vdd og vcc ben, men dette er ikke så almindeligt. Det vigtigste er at se på databladet for strømbehovene for hver del. At have begge vcc og vdd på samme kort betyder, at du skal planlægge omhyggeligt. Det terminaler på enheden skal tilsluttes den rigtige Spænding.

Hvad er historien med analogt stel og digitalt stel?

Når du har en blanding af analog og digitale dele, bliver jordforbindelsen meget vigtig. Digitale kredsløb, især hurtige, kan skabe meget støj på jordledningen. Denne støj kan forårsage mange problemer for følsomme analoge kredsløb, som en forstærker.

For at stoppe dette laver designere ofte separate jordforbindelser til en analog jord (AGND) og en digital jord (DGND). VSS for de digitale IC'er ville forbindes til digital jord, mens jordpunktet for analog dele ville forbindes til analog jord. Disse to jordområder er derefter normalt forbundet på et enkelt sted, ofte tæt på, hvor strømmen kommer ind. Denne metode stopper den digitale støj fra at forstyrre analog signaler. Nogle gange kan du også finde en afskærmende jord bruges til at blokere støj. Ideen om jord og signaljord er nøglen til god kredsløbsdesign. Den fælles jordterminal er, hvor disse forskellige jorder ofte er forbundet.

Hvordan finder jeg VCC, VDD, VEE og VSS på et datablad?

Det er her, du omsætter viden til praksis. Databladet er din største ressource til at finde ud af strømbehovene for en del. Her er min proces:

1. Find Pinout-diagrammet: Dette er et billede af IC'en, der viser, hvor hvert ben er, og hvad det hedder. Du bør se ben, der er tydeligt markeret som VCC, VDD, VEEeller VSS.
2. Se på tabellen over absolutte maksimumsværdier: Denne tabel viser den højeste Spænding enheden kan håndtere på sine forsyningsben. At gå over disse tal vil sandsynligvis ødelægge chippen.
3. Kontroller tabellen over elektriske egenskaber: Denne del giver de foreslåede Spænding områder for drift. For et pålideligt design bør du altid holde dig inden for disse foreslåede værdier. Det kan liste en arbejdsspænding af, for eksempel, 5V for VDD.
4. Læs pinbeskrivelserne: Der vil være en del, der forklarer, hvad hver pin gør. Dette vil bekræfte, at VCC pin er den positive forsyning og VSS er jordforbindelsen.

Databladet vil tydeligt angive det nødvendige forsyningsspænding i kredsløbet. Det kan også liste en IO-spænding for input/output-pins, som nogle gange kan være forskellig fra den primære VDD Spænding.

Hvorfor er PCB-layoutet for VCC og VSS vigtigt?

Du kan have en perfekt tegning, men hvis din PCB layout er dårligt, din kredsløb fungerer måske ikke korrekt. De stier, som VCC og VSS følger på printkort er meget vigtige. Den højere spænding af vcc skal dirigeres med omhu.

Jeg foreslår altid at bruge strømplaner på en PCB med flere lag. Dette involverer at afsætte et helt lag kobber til VCC og et andet til GND (som er linket til VSS). Dette giver en sti med lav modstand for strømmen, hvilket er nødvendigt for, at tingene kan fungere stabilt. Det er også meget vigtigt at placere afkoblingskondensatorer så tæt som muligt på VCC og VSS pins på hver IC. Disse kondensatorer er som små, lokale puljer af ladning, der giver IC'en de hurtige strømstød, den har brug for, og renser støj på forsyningsspænding. Et godt layout for forsyningsspænding er et tegn på et professionelt design. Forbindelsen mellem vcc og vss er grundlæggende.

For at opsummere

Selvom de forskellige navne for strømforsyninger i elektronik kan se forvirrende ud i starten, har de et klart mønster baseret på den teknologi, de bruger. Ved at kende historien og brugen af VCC, VDD, VEEog VSS, kan du se på enhver kredsløbsdiagram eller datablad med tillid.

Her er de vigtigste ting at huske:

• VCC er normalt den positive forsyningsspænding for bipolar (BJT) kredsløb.
• VDD er normalt den positive forsyningsspænding for CMOS (FET) kredsløb.
• VEE er den negative forsyningsspænding i bipolar kredsløb, der ofte findes i analog anvendelser.
• VSS er den laveste forsyningsspænding i en CMOS-kredsløb, som næsten altid er linket til jord (GND) i digitale systemer.
• De dobbelte bogstaver (CC, DD, EE, SS) betyder en forsyningsspænding, mens et enkelt bogstav betyder Spænding ved en bestemt del.
• Kontroller altid databladet for at finde den rigtige arbejdsspænding for enhver del.
• Vær forsigtig med PCB layout, især hvordan du dirigerer VCC og VSS linjer, og hvor du placerer afkoblingskondensatorer.