最受歡迎的芯片之一555定時(shí)器已經(jīng)50年了！

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2022-11-18 12:52:22 973

電子史上最持久成功的芯片是由一名在后巷店面工作的人創(chuàng)造的。他的名字叫 Hans Camenzind，其制造芯片是 555 定時(shí)器，今年是它的 50 周年。它比所有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都更耐用，仍然以基本相同的設(shè)計(jì)制造，并已在全球售出數(shù)十億美元。

555 經(jīng)久不衰，因?yàn)樗哂畜@人的多功能性和可靠性。它可以對(duì)從一毫秒到一小時(shí)不等的時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)時(shí)，或者可以生成頻率超過(guò) 1MHz 的脈沖流。它可以創(chuàng)建音頻，甚至可以用作邏輯門(mén)。盡管它年代久遠(yuǎn)，但我認(rèn)為它非常重要。

在Apple II 內(nèi)部，光標(biāo)的閃爍頻率由 555 控制。它設(shè)置了間歇性汽車(chē)擋風(fēng)玻璃刮水器的延遲，并已用于航天器。事實(shí)上，仍可從德州儀器 (TI) 獲得的 SE555-SP 變體是太空級(jí)的。圖A中的日常版本目前零售價(jià)為每個(gè) 50 美分，而在全球速賣(mài)通上，通用 555 是 10 個(gè) 1 美元。

Hans Camenzind，1971 年開(kāi)發(fā) 555 時(shí)

起源

在 1960 年代后期，Camenzind 想知道如何將 AM 無(wú)線電接收器放在芯片上。通常接收器使用電感器來(lái)區(qū)分廣播頻率，但電感器很難內(nèi)置到集成電路中。

他認(rèn)為一定有人在某處制作了不需要電感器的調(diào)諧電路，因此他花了幾天時(shí)間搜索波士頓的麻省理工學(xué)院圖書(shū)館，終于找到了答案：一篇 1935 年的文章描述了一個(gè)幾乎被遺忘的概念，稱為鎖相環(huán)。這可以產(chǎn)生如此精確的頻率，他意識(shí)到它可以用于比收音機(jī)更有趣的東西。它是振蕩器或定時(shí)器的理想選擇。

當(dāng)他與妻子和孩子搬到灣區(qū)加入 Signetics 時(shí)，他帶著他的想法，這是一家試圖與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者仙童半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)的新興公司。但兩年后，漢斯對(duì)他們“古板”的態(tài)度變得不耐煩了。他接受了減薪，成為了一名獨(dú)立顧問(wèn)，租下了自己的店面，開(kāi)始追求自己的夢(mèng)想。

他用木材店的木板建造了長(zhǎng)凳和架子，由于他的妻子 Pia 是一名會(huì)計(jì)師，她負(fù)責(zé)記賬。“他每月從 Signetics 獲得 1,200 美元的津貼，”P(pán)ia 回憶道。“我們將開(kāi)支削減到最低限度。我們從來(lái)沒(méi)有出去吃飯。但我想——他需要這樣做。”

漢斯 36 歲，有四個(gè)孩子，銀行里有 400 美元。后來(lái)，他將自己的決定描述為“魯莽”。盡管如此，他還是想出了一個(gè)電路，并使用日常晶體管和電阻器將其制成面包板。然后，他使用 Signetics 借來(lái)的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，并嘗試了無(wú)休止的迭代，改變了組件的值，因?yàn)樗Ｍ词乖谥圃爝^(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)也能正常工作。

在完善了電路之后，他開(kāi)始了最艱巨的部分。當(dāng)硅層被部分蝕刻掉時(shí)，芯片生產(chǎn)需要多個(gè)照相掩模。1971 年，制作mask的*方法是使用 X-Acto 刀以大約 400:1 的比例將它們切成稱為紅寶石的塑料薄膜。

即使在英特爾，復(fù)雜得多的 4004（*個(gè)真正的微處理器）也是用手工切割的掩模制造的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。漢斯花了很多天彎腰在一張輕便的桌子上，用鑷子切割塑料和去除區(qū)域。

發(fā)布，投入市場(chǎng)

*個(gè)555

當(dāng) Hans 將他的mask交付給 Signetics 時(shí)，他面臨一個(gè)新問(wèn)題：該公司的工程師懷疑是否有人需要計(jì)時(shí)器芯片。幸運(yùn)的是，營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Art Fury 否決了工程師的意見(jiàn)。是 Fury 分配了易于記憶的 555 零件編號(hào)。

圖 B 顯示了*個(gè) Signetics 555 晶圓的顯微照片。該芯片立即獲得成功，因?yàn)樗\(yùn)行*。如果您使用 5V 或 18V 電源運(yùn)行它，您將獲得一致的結(jié)果。在驅(qū)動(dòng) 20mA LED 或?yàn)樾⌒碗姍C(jī)提供 200mA 電流時(shí)，它的工作方式相同。

“集成組件的缺點(diǎn)是不準(zhǔn)確，”漢斯后來(lái)寫(xiě)道。但是，“無(wú)論它們的變化是什么，它們都是一起變化的，因?yàn)樗鼈兪窃谙嗤臅r(shí)間和相同的條件下制造的。換句話說(shuō)，它們非常匹配。我使用該功能構(gòu)建了一個(gè)新穎的振蕩器，結(jié)果證明它非常穩(wěn)定。”

一年之內(nèi)，其他制造商都在復(fù)制該設(shè)計(jì)。“每個(gè)人都在偷別人的東西，”漢斯回憶道，“在那個(gè)年代，沒(méi)有人關(guān)注專利。” 事實(shí)上，Signetics 甚至沒(méi)有申請(qǐng)專利，擔(dān)心如果他們?cè)噲D執(zhí)行它，他們會(huì)與其他更大的公司開(kāi)戰(zhàn)。今天，任何人都可以復(fù)制 555 計(jì)時(shí)器。

遺產(chǎn)

555 使 Hans Camenzind 成為模擬集成電路的權(quán)威。到 2006 年，他已經(jīng)設(shè)計(jì)了 140 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和定制芯片。他還寫(xiě)了兩本令人驚嘆的書(shū)：權(quán)威的《設(shè)計(jì)模擬芯片》，以及一本精彩的電力概論，名為《無(wú)事生非》，其中包括所有先驅(qū)者的縮略圖傳記。這兩本書(shū)仍然可以通過(guò)按需印刷在線獲得。

當(dāng)然，555 已經(jīng)獲得了傳奇的地位。您甚至可以購(gòu)買(mǎi)一個(gè)套件，用分立元件構(gòu)建您自己的宏觀規(guī)模復(fù)制品。

該芯片有一些有據(jù)可查的缺陷。當(dāng)其輸出轉(zhuǎn)換時(shí)，它使用雙極晶體管導(dǎo)致令人討厭的電壓尖峰（見(jiàn)圖 C），它很耗電。但是 CMOS 版本已經(jīng)解決了這些問(wèn)題。

Hans Camenzind 開(kāi)發(fā) 555 的店面，攝于 2022 年

Hans Camenzind 于 2012 年去世，享年 78 歲。如今，他設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器的店面被一名房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)人占據(jù)（見(jiàn)圖 D)。圖E墨菲大道圖片中的小巷箭頭. 也許有一天桑尼維爾會(huì)在漢斯的舊工作場(chǎng)所旁邊用一塊牌匾紀(jì)念他，但與此同時(shí)，他的天才仍然存在于數(shù)百億個(gè)芯片中，這些芯片包含他手工制作的電路的副本。

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