Dare un senso al guazzabuglio di lettere: la vera differenza tra VCC, VDD, VEE, VSS e GND

Avete visto l'insieme di lettere per gli alimentatori su disegni e circuiti stampati (PCB): VCC, VDD, VEE, VSS. Qual è la differenza tra VCC e VDD? VSS e GND sono la stessa cosa? È un classico esempio di termini tecnici che rendono le cose difficili da capire. Sono qui per mostrarvi che non è così confuso come sembra. In questo articolo, spiegherò questi termini in un inglese semplice, usando le mie esperienze. Esamineremo la storia dietro i nomi e, cosa più importante, vi darò il know-how pratico per capire esattamente di quale tipo di tensione di alimentazione ha bisogno una parte. Quando avrete finito di leggere, sarete in grado di guardare datasheet e schemi circuitali con sicurezza, il che vi renderà ingegneri o hobbisti migliori e più informati. Non si tratta solo di imparare fatti; si tratta di costruire una solida base per il vostro lavoro nei circuiti elettronici.

Cosa significano realmente VCC e VDD?

Iniziamo cercando di capire cosa significano le lettere. In elettronica, "V" significa quasi sempre tensione. Le due lettere che seguono, però, possono essere un po' più enigmatiche. Il "CC" in VCC punta al collettore parte di un Transistor a Giunzione Bipolare (BJT). Quindi, VCC è il positivo tensione di alimentazione che va al collettore di un BJT. Questo termine è diventato lo standard quando i transistor bipolari erano la tecnologia principale utilizzata.

Allo stesso modo, il "DD" in VDD punta al drain parte di un Transistor a Effetto di Campo (FET). Quindi, VDD è il positivo tensione di alimentazione che va al drain di un FET. Man mano che i FET, specialmente nella tecnologia CMOS, sono diventati più comuni, VDD è diventato il termine standard per il principale positivo tensione in quei circuiti. Quindi, potete vedere lo schema: il nome è direttamente collegato al tipo di transistor tecnologia utilizzata nel circuito. Il significato di vcc è collegato al tensione del collettore. Userò il termine vcc molte volte poiché è l'argomento principale. Il termine vdd è anche una parte importante di questo discorso.

Perché due lettere? Una breve storia

Le persone spesso mi chiedono perché usiamo "VCC" o "VDD" e non solo "VC" o "VD". La ragione è una regola semplice ma importante. La singola lettera, come 'C' per collettore o 'D' per drain, di solito significa la tensione in quella singola parte rispetto alla massa. La doppia lettera, "CC" o "DD", significa che è il tensione di alimentazione per l'intero circuito o una parte di esso. Il vcc è la tensione di alimentazione.

Questo piccolo cambiamento nel modo in cui è scritto significa molto. Aiuta gli ingegneri a distinguere rapidamente tra una misurazione in un punto e la linea di alimentazione principale che alimenta molte parti. Ad esempio, il tensione al collettore di un transistor potrebbe cambiare mentre il circuito sta lavorando, ma il VCC tensione di alimentazione dovrebbe rimanere lo stesso. Questa regola aiuta a prevenire confusione in un schema elettrico. Quindi, VCC è solitamente inteso come il principale positivo tensione fonte per una parte del circuito. Il lavoro tensione del chip è spesso mostrato da VDD. L'uso di due lettere aiuta a distinguere tra il tensione di alimentazione e la tensione in un certo punto del transistor.

Qual è la differenza effettiva tra VCC e VDD?

Questa è la parte più importante. Il principale differenza tra VCC e VDD è il tipo di tecnologia a cui sono collegati.

• VCC: Questo termine è per i circuiti che utilizzano Transistor a Giunzione Bipolare (BJT). Pensate ai vecchi tipi di logica come TTL (Transistor-Transistor Logic). In questi circuiti, VCC fornisce il positivo tensione di alimentazione.
• VDD: Questo termine è collegato ai circuiti che utilizzano Transistor a Effetto di Campo (FET). Questo è lo standard per i nuovi circuiti CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), che troverete in microcontrollori, CPU e la maggior parte dei nuovi IC digitali. VDD è il positivo tensione di alimentazione qui. Il vdd è il drain.

Ho avuto a che fare con molti di entrambi bipolare e CMOS design, e ricordare questa differenza è molto importante. Mentre sia VCC che VDD forniscono un positivo tensione, sapere quale termine trovare su una scheda tecnica vi dice subito che tipo di parti ci sono dentro. Ad esempio, se vedo pin VCC su un IC, posso indovinare che probabilmente è un dispositivo bipolare. Se vedo VDD, sono quasi sicuro di guardare un dispositivo CMOS. Il lavoro tensione del chip è un dettaglio chiave. Usando vcc e vdd aiuta a distinguere i due tipi di tecnologie. Il alimentatori per questi dispositivi sono una parte principale del progettazione del circuito.

Quindi, come si inseriscono VEE e VSS?

Ora che abbiamo capito VCC e VDD, aggiungiamo i loro partner, VEE e VSS, alla discussione. Proprio come VCC e VDD sono solitamente positivi alimentatori, VEE e VSS sono solitamente le connessioni negative o di massa. Lo schema è lo stesso di prima.

Il "EE" in VEE sta per il emettitore parte di un BJT. In molti analogico circuiti, specialmente amplificatori, troverete un doppio alimentazione con sia un positivo che un alimentazione negativa. In queste situazioni, VCC sarebbe il positivo tensione e VEE sarebbe il tensione negativa. Questo permette all'uscita del amplificatore di andare sia sopra che sotto la massa. Il tensione dell'emettitore è misurata da VEE.

Allo stesso modo, il "SS" in VSS sta per il source parte di un Transistor a Effetto di Campo. Per un circuito digitale, che di solito funziona con un alimentazione singola, VSS è normalmente collegato al punto di massa (0V). VSS è il più basso tensione nel circuito, che nella maggior parte dei sistemi digitali è la massa. Quindi, vss è la source. Troverete spesso vdd e vss insieme nelle schede tecniche per circuiti cmos. I termini vee e vss sono necessari per capire l'intera configurazione dell'alimentazione. Il vss è il negativo alimentazione in molte situazioni.

VSS è diverso da Ground (GND)?

Questa è una domanda che mi viene posta frequentemente, ed è una buona domanda. In molti, se non nella maggior parte, dei circuiti digitali, VSS è, infatti, collegato al terminale di massa (GND). Per un semplice circuito che riceve alimentazione da una batteria o da un'altra fonte di alimentazione, VSS e GND sono fondamentalmente lo stesso punto, che funge da riferimento 0V per l'intero sistema.

Ma non è sempre così semplice. La cosa importante è che VSS significa specificamente il più basso tensione livello collegato alla parte source dei FET all'interno di un IC. GND è un termine più ampio per il punto di riferimento da cui vengono misurate tutte le altre tensioni. In alcuni sistemi complessi, potreste avere diversi livelli di "massa". Ad esempio, potreste avere separati massa analogica e massa digitale aree su un PCB per tenere le parti digitali rumorose lontane da quelle sensibili analogico circuiti. In quel caso, VSS per un IC digitale si collegherebbe al massa digitale. La cosa fondamentale da ricordare è che anche se VSS è spesso collegato a GND, il termine VSS riguarda specificamente il connessioni di alimentazione di un IC. Abbiamo anche massa AC in alcuni sistemi.

In che modo queste tensioni di alimentazione influenzano i transistor?

Per capire veramente queste idee, è utile sapere come funziona un transistor funziona. Pensate a un transistor come un interruttore o una valvola elettronica. Il tensione di alimentazione fornisce l'energia per far funzionare questa valvola. In un transistor bipolare NPN, VCC fornisce il positivo tensione al collettore. Una piccola corrente alla base permette a una corrente molto più grande di fluire dal collettore al emettitore, il che rende il segnale più forte o accende o spegne un carico. Il vcc è il positivo alimentazione che lo permette. Il tensione del collettore è un dettaglio chiave in questa azione.

In un MOSFET, l'idea è simile ma la scienza è diversa. VDD fornisce il positivo tensione al drain. A tensione al gate controlla quanta corrente fluisce dal drain alla source. Il vdd è la tensione di lavoro che permette al MOSFET di accendersi e spegnersi. La connessione tra drain e vss è molto importante per come funziona il dispositivo. Il transistor a effetto di campo sono controllati da questo tensione. Il tensione di drain è una parte fondamentale di come funziona un MOSFET. Entrambi transistor bipolare e MOSFET i dispositivi hanno bisogno di questi alimentatori per funzionare correttamente. Il transistor NPN è un tipo frequente di transistor bipolare. Il vcc e vdd i termini sono fondamentali per capire come funzionano. Il vee e vss i termini impostano il più basso tensione linea.

Un circuito può avere sia VCC che VDD?

Certo! Ho lavorato a molti progetti in cui questo accade. Questi sono spesso conosciuti come circuiti a segnale misto perché hanno entrambi analogico (spesso bipolare) e digitale (CMOS) parti sullo stesso circuito stampato. Ad esempio, potreste avere un sensore con un amplificatore analogico (che ha bisogno di VCC e forse VEE) che invia il suo segnale a un microcontrollore (che ha bisogno di VDD e VSS).

In questi casi, è molto importante avere una rete di alimentazione ben fatta. Dovete assicurarvi che entrambi i VCC e VDD alimentatori siano puliti e stabili. Spesso, gli IC con parti sia analogiche che digitali avranno pin di alimentazione separati (come VCCA per VCC analogico e VCCD per VCC digitale) per aiutare con questo. Alcuni nuovi gli IC hanno entrambi vdd e vcc pin, ma questo non è così comune. La cosa principale è guardare la scheda tecnica per le esigenze di alimentazione di ogni parte. Avere entrambi vcc e vdd sulla stessa scheda significa che dovete pianificare attentamente. Il terminali del dispositivo devono essere collegati al giusto tensione.

Qual è la storia della massa analogica e della massa digitale?

Quando avete un mix di analogico e parti digitali, la connessione di massa diventa molto importante. I circuiti digitali, specialmente quelli veloci, possono creare molto rumore sulla linea di massa. Questo rumore può causare molti problemi per quelli sensibili circuiti analogici, come un amplificatore.

Per fermare questo, i progettisti spesso fanno connessioni di massa separate per un massa analogica (AGND) e un massa digitale (DGND). Il VSS degli IC digitali si collegherebbe al massa digitale, mentre il punto di massa per il analogico le parti si collegherebbero al massa analogica. Queste due aree di massa sono poi solitamente collegate in un unico punto, spesso vicino a dove entra l'alimentazione. Questo metodo impedisce al rumore digitale di disturbare il analogico segnali. A volte, potreste anche trovare un massa di schermatura usato per bloccare il rumore. L'idea di massa e massa del segnale è fondamentale per un buon progettazione del circuito. Il terminale di massa comune è dove queste diverse masse sono spesso unite.

Come Trovo VCC, VDD, VEE e VSS in una Scheda Tecnica?

È qui che mettete in pratica la conoscenza. La scheda tecnica è la vostra risorsa più grande per scoprire le esigenze di alimentazione di una parte. Ecco il mio processo:

1. Trova il Diagramma dei Pin: Questa è un'immagine dell'IC che mostra dove si trova ogni pin e come si chiama. Dovreste vedere i pin contrassegnati chiaramente come VCC, VDD, VEE, o VSS.
2. Guarda la Tabella dei Valori Massimi Assoluti: Questa tabella mostra il più alto tensione che il dispositivo può gestire sui suoi pin di alimentazione. Superare questi numeri probabilmente romperà il chip.
3. Controlla la Tabella delle Caratteristiche Elettriche: Questa parte fornisce il suggerito tensione intervalli per il funzionamento. Per una progettazione affidabile, è necessario rimanere sempre entro questi valori suggeriti. Potrebbe elencare una tensione di lavoro di, ad esempio, 5V per VDD.
4. Leggi le descrizioni dei pin: Ci sarà una parte che spiega cosa fa ogni pin. Questo confermerà che il VCC pin è il alimentazione positiva e VSS è la connessione di terra.

La scheda tecnica indicherà chiaramente il necessario tensione di alimentazione del circuito. Potrebbe anche elencare una tensione IO per i pin di ingresso/uscita, che a volte può essere diversa dalla principale VDD tensione.

Perché è importante il layout PCB per VCC e VSS?

Puoi avere un disegno perfetto, ma se il tuo PCB layout è cattivo, il tuo circuito potrebbe non funzionare correttamente. I percorsi che VCC e VSS seguono sul circuiti stampati sono molto importanti. Il tensione più alta di vcc deve essere instradata con cura.

Suggerisco sempre di utilizzare piani di alimentazione su un PCB con più strati. Ciò comporta la messa da parte di un intero strato di rame per VCC e un altro per GND (che è collegato a VSS). Questo fornisce un percorso con bassa resistenza per la corrente, che è necessario affinché le cose funzionino costantemente. È anche molto importante posizionare i condensatori di disaccoppiamento il più vicino possibile al VCC e VSS pin di ogni IC. Questi condensatori sono come minuscole riserve locali di carica, che forniscono all'IC i rapidi bit di corrente di cui ha bisogno e ripuliscono il rumore sul tensione di alimentazione. Un buon layout per il tensione di alimentazione è un segno di una progettazione professionale. Il collegamento tra vcc e vss è basilare.

Per riassumere

Anche se i diversi nomi per alimentatori nell'elettronica possono sembrare confusi all'inizio, hanno uno schema chiaro basato sulla tecnologia che utilizzano. Conoscendo la storia e gli usi di VCC, VDD, VEE, e VSS, puoi guardare qualsiasi schema elettrico o scheda tecnica con sicurezza.

Ecco le cose chiave da ricordare:

• VCC è solitamente il positivo tensione di alimentazione per bipolare circuiti (BJT).
• VDD è solitamente il positivo tensione di alimentazione per CMOS circuiti (FET).
• VEE è il negativo tensione di alimentazione in bipolare circuiti, spesso presenti in analogico usi.
• VSS è il più basso tensione di alimentazione in un circuito CMOS, che è quasi sempre collegato a terra (GND) nei sistemi digitali.
• Le doppie lettere (CC, DD, EE, SS) significano un tensione di alimentazione, mentre una singola lettera significa il tensione in una certa parte.
• Controllare sempre la scheda tecnica per trovare il giusto tensione di lavoro per qualsiasi parte.
• Prestare attenzione al PCB layout, soprattutto come si instradano i VCC e VSS linee e dove si mettono i condensatori di disaccoppiamento.