走過50年——555計時器IC挑戰傳統智慧

作者 : Bill Schweber, EE Times/EDN/Planet Analog資深技術編輯

555計時器IC自1972年推出以來,一直在市場上廣泛使用。這種基本上未曾改變的IC已經量產了很長一段時間了,目前仍有十幾家廠商在供應這種晶片,也許現在正是時候讓555退役?以便在傳統晶圓廠佇列中為其他更新的類比IC騰出空間...

IC短缺及其影響眾所周知。評論家和分析師提供了許多解釋,包括非預期的高需求、產能限制、新冠炎疫情,以及過度依賴最新製程IC等。他們還談到了破壞一些主要設施的洪水和其他災難,以及對「傳統」類比IC的需求增加——這類IC只能在較小、較舊的晶圓廠製造。可能沒有單一的主要原因,而是幾個較小的供應鏈波動集結成為一項主要問題。

所以,我為此再添加一個理由:555計時器IC (timer IC)的廣泛使用。你可能會問:「這怎麼可能?」

讓我來解釋一下。

555計時器IC自1972年推出以來,一直在市場上廣泛使用。在IC技術編年史中,那是恐龍時代。這種基本上未曾改變的IC已經量產了很長一段時間了,目前仍有十幾家廠商在供應這種晶片。但我找不到具體的數字,我猜測每年仍有數百萬人在使用傳統和新設計。那麼,也許是時候讓555退役以便那些傳統晶圓廠佇列中為其他更新的類比IC騰出空間了?

當然,我只是在開玩笑。

555在其資料表上看似簡單的「計時器」描述,可被配置為單穩態(計時)或非穩態(振盪)模式。這是一款出色的8接腳元件,在類比模式下僅使用28個內部電晶體(1)。它本身並未做太多的事情,但只要用很少的被動外部元件加以增強,它就可以做很多事情。如果增加了主動元件,則可以做更多的事情。對於愛好者和專業人士來說,這是一款了不起的元件。

圖1:555計時器IC的方塊圖很簡單,但其應用卻十分多樣化。(資料來源:Texas Instruments)

對於業餘愛好者來說,555一直是一個有價值的切入點和平台,可用於試驗電子產品,並瞭解建構元件可配置成許多功能的各種方式。由於它是一種低頻雙極元件,因而沒有關鍵的佈局考慮,而其接腳功能可以用低階示波器甚至電壓表來觀察(是的,它們可以)。對於專業人士來說,它是一種能針對令人頭疼的設計要求提供預先計畫且低成本的解決方案,或者用於設計後期或現場的解決方案。

555計時器歷史

此處我就不再贅述555計時器的歷史,因為它已在其他地方廣泛介紹過。

最好的來源是Hans Camenzind本人提供的口述歷史,他在Signetics工作時創造了555。他構思、設計、佈置、切割寶石紅的遮蔽膜,並對其進行了測試。您可以在此處查看原始資料表。儘管他於2012年去世,但他所遺留下的傳承透過他的口述歷史採訪而得以延續。Camenzind還寫了一篇引人入勝的文章,「重新設計舊的555」(Redesigning the old 555)發表於1997年9月的IEEE Spectrum。

如果您不熟悉555或認識可能想做一些類比電路實作的新手工程師,EDN上有許多關於巧妙的設計想法。此外,請查看Walt Jung的“555 Cookbook”,這是555電路和應用理念的經典綱要。更妙的是,您可以從Evil Mad Scientist購買Discrete 555 Timer套件,真正使用了555、離散式電晶體和被動元件(2)。

2:如果您想在555內進行探測,可以用這個硬體模擬套件來實現。它僅使用離散式的主動和被動元件讓您觀察其所有內部點。(資料來源:Evil Mad Scientist)

還活好好的!

傳統觀點認為IC的新產品設計壽命不長。與許多此類假定的「智慧」一樣,它既真實又不那麼真實。當然,許多先進數位IC的使用壽命只有3年、5年,甚至更多年,然後它們就不再是新設計的首選。另一方面,一款好的類比IC,無論是基本運算放大器還是DC/DC轉換器,都可能是10年或更長時間的候選新設計。

其原因有幾項:一是供應商喜歡它,因為工程和前期成本已經支付了,而且利潤率可能非常高。同時,類比製程的細微之處都解決了,良率高,對供應廠商和用戶都有好處。

此外,許多系統設計人員喜歡在新產品中管理其風險,雖然他們可能需要使用最新的數位IC,但他們不一定希望在新設計中改變所有內容。因此,透過繼續使用成熟且完全可理解的類比IC,得以消除專案中的一些不確定性,從而最大限度地降低整體風險。這別具意義。

這款IC已經50歲了,目前已用於NASA太空任務,且仍然被廣泛用於設計中,而且是一個人大部份時間獨自工作的努力的結果,這同時也是一個極具價值的故事。我想知道是否有任何媒體會報導這個名人或里程碑。別擔心,我並不會屏息靜氣地等待它發生,因為這樣的報導缺乏媒體渴望的「轟動」或名人元素。但這是一個值得講述的故事。

您最近是否在新設計中使用過555?或者您是否使用它來解決在設計週期後期出現的問題?使用555在設計審查時會被接受還是嘲笑?

編譯:Demi Xia

(參考原文:At 50 years, the 555 timer IC defies conventional wisdom,by Bill Schweber)

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