Entendendo a Confusão de Letras: A Diferença Real Entre VCC, VDD, VEE, VSS e GND

Você já viu a confusão de letras para fontes de alimentação em desenhos e placas de circuito (PCBs): VCC, VDD, VEE, VSS. Qual é a diferença entre VCC e VDD? VSS e GND são a mesma coisa? É um exemplo clássico de palavras técnicas que dificultam a compreensão das coisas. Estou aqui para mostrar que não é tão confuso quanto parece. Neste artigo, explicarei esses termos em inglês simples, usando minhas próprias experiências. Veremos a história por trás dos nomes e, mais importante, darei a você o conhecimento prático para entender exatamente que tipo de tensão de alimentação uma peça precisa. Quando terminar de ler, você poderá examinar folhas de dados e desenhos de circuitos com confiança, o que o tornará um engenheiro ou amador melhor e mais bem informado. Não se trata apenas de aprender fatos; trata-se de construir uma base sólida para seu trabalho em circuitos eletrônicos.

O que VCC e VDD realmente significam?

Vamos começar descobrindo o que as letras significam. Em eletrônica, 'V' quase sempre significa tensão. As duas letras que vêm depois, no entanto, podem ser um pouco mais intrigantes. O “CC” em VCC aponta para o coletor parte de um Transistor de Junção Bipolar (BJT). Então, VCC é o positivo tensão de alimentação que vai para o coletor de um BJT. Este termo se tornou o padrão quando os transistores bipolares eram a principal tecnologia utilizada.

Da mesma forma, o “DD” em VDD aponta para o dreno parte de um Transistor de Efeito de Campo (FET). Então, VDD é o positivo tensão de alimentação que vai para o dreno de um FET. À medida que os FETs, especialmente na tecnologia CMOS, se tornaram mais comuns, VDD se tornou o termo padrão para o principal positivo tensão nesses circuitos. Então, você pode ver o padrão: o nome está diretamente ligado ao tipo de transistor tecnologia utilizada no circuito. O significado de vcc está conectado ao tensão do coletor. Eu usarei o termo vcc muitas vezes, pois é o tema principal. O termo vdd também é uma grande parte desta conversa.

Why Two Letters? A Short History

As pessoas costumam me perguntar por que usamos “VCC” ou “VDD” e não apenas “VC” ou “VD”. A razão é uma regra simples, mas importante. A letra única, como 'C' para coletor ou 'D' para dreno, geralmente significa a tensão naquela parte em comparação com o terra. A letra dupla, “CC” ou “DD”, significa que é o tensão de alimentação para todo o circuito ou uma parte dele. O vcc é a tensão de alimentação.

Essa pequena mudança na forma como é escrito significa muito. Ajuda os engenheiros a distinguir rapidamente entre uma medição em um ponto e a linha de energia principal que alimenta muitas peças. Por exemplo, o tensão no coletor de um transistor pode mudar enquanto o circuito está funcionando, mas o VCC tensão de alimentação deve permanecer o mesmo. Esta regra ajuda a evitar confusão em um diagrama de circuito. Então, VCC é geralmente entendido como o principal positivo tensão fonte para uma parte do circuito. O trabalho tensão do chip é frequentemente mostrado por VDD. Usar duas letras ajuda a diferenciar entre o tensão de alimentação e a tensão em um determinado ponto no transistor.

Qual é a Diferença Real Entre VCC e VDD?

Esta é a parte mais importante. O principal diferença entre VCC e VDD é o tipo de tecnologia com a qual eles estão conectados.

• VCC: Este termo é para circuitos que usam Transistores de Junção Bipolar (BJTs). Pense em tipos mais antigos de lógica como TTL (Lógica Transistor-Transistor). Nestes circuitos, VCC dá o positivo tensão de alimentação.
• VDD: Este termo está conectado com circuitos que usam Transistores de Efeito de Campo (FETs). Este é o padrão para novos circuitos CMOS (Complementar Metal-Óxido-Semiconductor), que você encontrará em microcontroladores, CPUs e a maioria dos novos CIs digitais. VDD é o positivo tensão de alimentação aqui. O vdd é o dreno.

Lidei com muitos dos dois bipolar e CMOS projetos, e lembrar dessa diferença é muito importante. Embora VCC e VDD forneçam um positivo tensão, saber qual termo encontrar em uma folha de dados informa imediatamente que tipo de peças estão dentro. Por exemplo, se eu vir pinos VCC em um CI, posso adivinhar que provavelmente é um dispositivo bipolar. Se eu vir VDD, tenho quase certeza de que estou olhando para um dispositivo CMOS. O trabalho tensão do chip é um detalhe fundamental. Usando vcc e vdd ajuda a distinguir os dois tipos de tecnologias. O fontes de alimentação para esses dispositivos são uma parte principal do projeto do circuito.

Então, como o VEE e o VSS se encaixam?

Agora que entendemos VCC e VDD, vamos adicionar seus parceiros, VEE e VSS, à discussão. Assim como VCC e VDD são geralmente positivos fontes de alimentação, VEE e VSS são geralmente as conexões negativas ou de terra. O padrão é o mesmo de antes.

O “EE” em VEE significa o emissor parte de um BJT. Em muitos analógico circuitos, especialmente amplificadores, você encontrará um dual fonte de alimentação com um positivo e um fonte negativa. Nessas situações, VCC seria o positivo tensão e VEE seria o tensão negativa. Isso permite que a saída do amplificador vá tanto acima quanto abaixo do terra. O tensão do emissor é medido a partir de VEE.

Da mesma forma, o “SS” em VSS significa o fonte parte de um Transistor de Efeito de Campo. Para um circuito digital, que geralmente funciona com um fonte de alimentação única, VSS é normalmente conectado ao ponto de terra (0V). VSS é o mais baixo tensão no circuito, que na maioria dos sistemas digitais é o terra. Então, vss é a fonte. Você frequentemente encontrará vdd e vss juntos em folhas de dados para circuitos cmos. Os termos vee e vss são necessários para entender toda a configuração da fonte de alimentação. O vss é o negativo fornecimento em muitas situações.

VSS é diferente de terra (GND)?

Esta é uma pergunta que me fazem frequentemente, e é uma boa pergunta. Em muitos, senão na maioria, dos circuitos digitais, VSS está, de fato, conectado ao terminal de terra (GND). Para um simples circuito obtendo energia de uma bateria ou outra fonte de energia, VSS e GND são basicamente o mesmo ponto, atuando como a referência de 0V para todo o sistema.

Mas nem sempre é tão simples. O importante é que VSS significa especificamente o mais baixo tensão nível conectado à parte da fonte dos FETs dentro de um CI. GND é um termo mais amplo para o ponto de referência a partir do qual todas as outras tensões são medidas. Em alguns sistemas complexos, você pode ter vários níveis de “terra”. Por exemplo, você pode ter separado terra analógico e terra digital áreas em um PCB para manter as peças digitais ruidosas longe de sensíveis analógico circuitos. Nesse caso, VSS para um CI digital se conectaria ao terra digital. O principal a lembrar é que, embora VSS seja frequentemente conectado a GND, o termo VSS é especificamente sobre o conexões da fonte de alimentação de um CI. Nós também temos terra AC em alguns sistemas.

Como Essas Tensões de Alimentação Afetam os Transistores?

Para realmente entender essas ideias, é útil saber como um transistor funciona. Pense em um transistor como um interruptor ou válvula eletrônica. O tensão de alimentação dá a energia para esta válvula operar. Em um transistor bipolar NPN, VCC dá o positivo tensão para o coletor. Uma pequena corrente na base permite que uma corrente muito maior flua do coletor para o emissor, o que torna o sinal mais forte ou liga ou desliga uma carga. O vcc é o positivo fornecimento que permite isso. O tensão do coletor é um detalhe fundamental nesta ação.

Em um MOSFET, a ideia é semelhante, mas a ciência é diferente. VDD dá o positivo tensão para o dreno. A tensão no gate controla quanta corrente flui do dreno para a fonte. O vdd é a tensão de trabalho que permite que o MOSFET ligue e desligue. A conexão entre dreno e vss é muito importante para como o dispositivo funciona. O transistores de efeito de campo são controlados por este tensão. O tensão de dreno é uma parte fundamental de como um MOSFET funciona. Ambos transistor bipolar e MOSFET dispositivos precisam destes fontes de alimentação para funcionar corretamente. O transistor NPN é um tipo frequente de transistor bipolar. O vcc e vdd termos são fundamentais para entender como eles funcionam. O vee e vss termos definem o mais baixo tensão linha.

Um Circuito Pode Ter Tanto VCC quanto VDD?

Claro! Trabalhei em muitos projetos onde isso acontece. Estes são frequentemente conhecidos como circuitos de sinal misto porque têm ambos analógico (frequentemente bipolar) e digital (CMOS) peças no mesmo placa de circuito. Por exemplo, você pode ter um sensor com um amplificador analógico (precisando VCC e talvez VEE) enviando seu sinal para um microcontrolador (que precisa VDD e VSS).

Nestes casos, é muito importante ter uma rede de energia bem feita. Você tem que garantir que ambos os VCC e VDD fontes de alimentação sejam limpos e estáveis. Frequentemente, os CIs com peças analógicas e digitais terão pinos de energia separados (como VCCA para VCC analógico e VCCD para VCC digital) para ajudar com isso. Alguns novos CIs têm ambos vdd e vcc pinos, mas isso não é tão comum. O principal é olhar para a folha de dados para as necessidades de energia de cada peça. Tendo ambos vcc e vdd na mesma placa significa que você precisa planejar cuidadosamente. O terminais do dispositivo devem ser conectados ao correto tensão.

Qual é a História com o Terra Analógico e o Terra Digital?

Quando você tem uma mistura de analógico e peças digitais, a conexão de terra se torna muito importante. Circuitos digitais, especialmente os rápidos, podem criar muito ruído na linha de terra. Este ruído pode causar muitos problemas para sensíveis circuitos analógicos, como um amplificador.

Para impedir isso, os designers frequentemente fazem conexões de terra separadas para um terra analógico (AGND) e um terra digital (DGND). O VSS dos CIs digitais se conectaria ao terra digital, enquanto o ponto de terra para o analógico peças se conectariam ao terra analógico. Essas duas áreas de terra são então geralmente conectadas em um único ponto, muitas vezes perto de onde a energia entra. Este método impede que o ruído digital estrague o analógico sinais. Às vezes, você também pode encontrar um terra de blindagem usado para bloquear o ruído. A ideia de terra e terra de sinal é fundamental para um bom projeto do circuito. O terminal de terra comum é onde esses diferentes terras são frequentemente unidos.

Como encontro VCC, VDD, VEE e VSS em uma folha de dados?

É aqui que você coloca o conhecimento em prática. A folha de dados é seu maior recurso para descobrir as necessidades de energia de uma peça. Aqui está meu processo:

1. Encontre o Diagrama de Pinagem: Esta é uma imagem do CI que mostra onde cada pino está e como é chamado. Você deve ver pinos marcados claramente como VCC, VDD, VEE, ou VSS.
2. Veja a Tabela de Classificações Máximas Absolutas: Esta tabela mostra o mais alto tensão o dispositivo pode suportar em seus pinos de alimentação. Ultrapassar esses números provavelmente quebrará o chip.
3. Verifique a Tabela de Características Elétricas: Esta parte dá o sugerido tensão intervalos para operação. Para um design confiável, você deve sempre permanecer dentro desses valores sugeridos. Pode listar uma tensão de trabalho de, por exemplo, 5V para VDD.
4. Leia as Descrições dos Pinos: Haverá uma parte que explica o que cada pino faz. Isso confirmará que o VCC pino é a alimentação positiva e VSS é a conexão de terra.

A folha de dados indicará claramente a tensão de alimentação necessária do circuito. Também pode listar uma tensão de IO para os pinos de entrada/saída, que às vezes pode ser diferente da principal VDD tensão.

Por que o layout da PCB para VCC e VSS é importante?

Você pode ter um desenho perfeito, mas se seu PCB layout for ruim, seu circuito pode não funcionar corretamente. Os caminhos que VCC e VSS seguem na placas de circuito impresso são muito importantes. A tensão mais alta de vcc precisa ser roteada com cuidado.

Eu sempre sugiro usar planos de energia em um PCB com várias camadas. Isso envolve reservar uma camada inteira de cobre para VCC e outra para GND (que está ligada a VSS). Isso dá um caminho com baixa resistência para a corrente, o que é necessário para que as coisas funcionem de forma constante. Também é muito importante colocar capacitores de desacoplamento o mais próximo possível dos VCC e VSS pinos de cada IC. Esses capacitores são como pequenas piscinas locais de carga, dando ao IC os bits rápidos de corrente de que ele precisa e limpando o ruído no tensão de alimentação. Um bom layout para o tensão de alimentação é um sinal de um design profissional. A ligação entre vcc e vss é básica.

Para resumir

Mesmo que os diferentes nomes para fontes de alimentação na eletrônica possam parecer confusos no início, eles têm um padrão claro com base na tecnologia que usam. Ao conhecer a história e os usos de VCC, VDD, VEEe VSS, você pode olhar para qualquer diagrama de circuito ou folha de dados com confiança.

Aqui estão as principais coisas para lembrar:

• VCC é geralmente o positivo tensão de alimentação para bipolar (BJT) circuitos.
• VDD é geralmente o positivo tensão de alimentação para CMOS (FET) circuitos.
• VEE é o negativo tensão de alimentação em bipolar circuitos, frequentemente encontrados em analógico usos.
• VSS é o mais baixo tensão de alimentação em um Circuito CMOS, que quase sempre está ligado ao terra (GND) em sistemas digitais.
• As letras duplas (CC, DD, EE, SS) significam um tensão de alimentação, enquanto uma única letra significa o tensão em uma determinada parte.
• Sempre verifique a folha de dados para encontrar o correto tensão de trabalho para qualquer peça.
• Tenha cuidado com o PCB layout, especialmente como você roteia o VCC e VSS linhas e onde você coloca capacitores de desacoplamento.