В чем разница между VCCVCCV_{CC}, VDDVDDV_{DD}, VEEVEEV_{EE}, VSSVSSV_{SS}

Еще в плейстсцене (1960-е или ранее) логика реализовывалась с помощью биполярных транзисторов. Точнее, это были NPN, потому что по некоторым причинам, в которые я не буду вдаваться, NPN были быстрее. Тогда кому-то пришло в голову, что положительное напряжение питания будет называться Vcc, где «c» означает коллектор. Иногда (но реже) отрицательный источник питания называли Vee, где «e» означает эмиттер.

Когда появилась логика FET, использовалось такое же наименование, но теперь положительное питание было Vdd (сток), а отрицательное Vss (исток). С CMOS это не имеет смысла, но все равно сохраняется. Обратите внимание, что «C» в CMOS означает «дополнительный». Это означает, что и N-, и P-канальные устройства используются примерно в равных количествах. Инвертор CMOS - это просто P-канальный и N-канальный MOSFET в своей простейшей форме. При примерно равном количестве N- и P-канальных устройств стоки с меньшей вероятностью будут положительными, чем источники, и наоборот. Однако имена Vdd и Vss закрепились по историческим причинам. Технически Vcc/Vee используется для биполярных транзисторов, а Vdd/Vss — для полевых транзисторов, но на практике сегодня Vcc и Vdd означают одно и то же, а Vee и Vss — одно и то же.

Я думаю, что у меня может быть определенный ответ на этот вопрос. Это название происходит от стандарта IEEE 1963 года 255-1963 «Буквенные символы для полупроводниковых устройств» (IEEE Std 255-1963). Я фанатик истории электроники, и это может быть интересно другим (фанатикам), поэтому я сделаю этот ответ немного шире, чем необходимо.

Прежде всего, первая заглавная буква V происходит из параграфов 1.1.1 и 1.1.2 стандарта, которые определяют, что v и V — это количественные символы , описывающие напряжение; в нижнем регистре означает мгновенное напряжение (1.1.1), а в верхнем регистре означает максимальное, среднее или среднеквадратичное напряжение (1.1.2). Для справки:

Параграф 1.2 начинает определять индексы для символов количества. Буквы нижнего индекса в верхнем регистре означают значения постоянного тока, а в нижнем регистре — значения переменного тока. Напряжения питания, очевидно, представляют собой напряжения постоянного тока, поэтому их буквы должны быть в верхнем регистре.

Стандарт определяет 11 суффиксов (букв). Эти:

• E, e для эмиттера
• B, b для базы
• C, c для коллектора
• J, j для универсального терминала полупроводниковых устройств
• А, а для анода
• K, k для катода
• G, g для ворот
• X, x для общего узла в цепи
• М, м для максимума
• Мин, мин для минимума
• (AV) для среднего

Этот стандарт предшествует МОП-транзистору (который был запатентован в августе 1963 года) и поэтому не имеет букв для истока и стока. С тех пор он был заменен более новым стандартом, который определяет буквы для Drain и Source, но у меня нет этого стандарта.

Дополнительные нюансы стандарта, которые определяют дальнейшие правила написания символов, делают чтение увлекательным. Удивительно, как все это стало общеизвестным, что теперь спокойно принимается и понимается даже без нормативной ссылки.

Параграф 1.3 определяет, как пишутся индексы, особенно когда их больше одного. Пожалуйста, прочтите слова стандарта:

Так, например, V _bE означает среднеквадратичное значение (заглавная буква V) составляющей переменного тока (нижний регистр b) напряжения на базе полупроводникового устройства по отношению к постоянному значению напряжения эмиттера полупроводникового устройства (верхний регистр E ).

В случае, если эмиттер упомянутого полупроводника напрямую соединен с землей, что, безусловно, понимается как известное опорное значение, тогда среднеквадратичное значение напряжения переменного тока на базе равно V _b . Постоянное или среднеквадратичное напряжение на базе равно V _B , а мгновенное напряжение на базе равно v _b .

Теперь для дополнительного кредита: почему V _CC вместо VC _или V _DD вместо V _D ? Раньше я думал, что это разговорное выражение «Напряжение от коллектора к коллектору», но, очевидно, неудивительно, что оно также определено в стандарте:

Таким образом, V _CCB означает напряжение питания постоянного тока на коллекторе полупроводникового устройства по отношению к базе устройства, а V _CC означает напряжение питания постоянного тока на коллекторе по отношению к земле.

На первый взгляд может показаться, что дублирование нижнего индекса приведет к двусмысленности, но на самом деле это не так. Во-первых, случаи, которые, казалось бы, неоднозначны, довольно редки; чтение V _CC означает, что напряжение от коллектора устройства до коллектора того же устройства заведомо равно нулю, поэтому нет смысла его описывать. Но что произойдет, если у устройства две базы? Стандарт дает ответ. Напряжение от базы 1 устройства к базе 2 устройства записывается как V _B1-B2 . А напряжение от базы устройства 1 до базы устройства 2 (обратите внимание - это интересно) написано V _1B-2B .

Остается один вопрос: загадочный случай с КМОП-схемами. Как уже отмечалось в других ответах, стандарт именования, похоже, не соответствует действительности в отношении схем CMOS. На этот вопрос я могу предложить только свое понимание, связанное с тем, что я работаю в компании, производящей полупроводники. _{("воу" ожидалось здесь.)}

Действительно, в КМОП и положительная, и отрицательная шины подключены к истокам канала N и P - по-другому это сделать почти немыслимо - пороговые напряжения стали бы неоднозначными в стандартных затворах, а о защитных структурах даже думать не хочется. ... так что я могу просто предложить это: мы привыкли видеть V _DD в схемах NMOS (приветствие @supercat, резистор верхней шины действительно обычно является транзистором - для тех, кто заинтересован, пожалуйста, посмотрите отличную книгу 1983 года « Введение в проектирование МОП-БИС»), а V _SS одинаков как для NMOS, так и для CMOS. Поэтому для нас было бы нелепо использовать любые другие термины, кроме V _DD и V _SS (или V _{GND ).}) в наших таблицах данных. Наши клиенты привыкли к этим терминам, и они заинтересованы не в эзотерике, а в том, чтобы заставить свои проекты работать, поэтому даже идея попытки ввести что-то вроде V _{SS POSITIVE} или V _{SS NEGATIVE} была бы совершенно нелепой и контрпродуктивной.

Поэтому я должен сказать, что общепризнано, что V _CC — это напряжение питания биполярной схемы, а V _DD — напряжение питания МОП-схемы, и это связано с историей. Точно так же V _EE - это отрицательное напряжение питания (часто заземление) биполярной схемы, а V _SS - отрицательное напряжение питания МОП-схемы.

Если бы кто-то мог предложить нормативную ссылку на последний обсуждаемый пункт, я был бы безмерно благодарен!

Вы уже знаете из других ответов, что для биполярного

Cотносится к коллектору, а
Eотносится к эмиттеру.

Аналогично, для КМОП

Dотносится к стоку, а
Sотносится к истоку.

Для биполярной логики, такой как TTL, это правильно; даже для двухтактных выходов («тотемный столб») использовались только транзисторы NPN и$V_{CC}$действительно связан с коллекторами.
Но для КМОП$V_{DD}$на самом деле неправильное название. КМОП гораздо более симметричен, чем ТТЛ, и хотя исток N-MOSFET подключен к$V_{SS}$это не так$V_{DD}$подключается к канализации.

Из-за симметрии он фактически подключен к истоку P-MOSFET. Вероятно, это наследство от NMOS, предшественницы CMOS, где$V_{DD}$действительно была сторона стока (с резистором между ними).

Почему _VDD, а не просто _VD ?

Буквы V _AB для обозначения напряжения означают потенциал между A и B. Напряжение — это потенциал, измеренный относительно другой точки цепи. Например, V _BE — это напряжение между базой и эмиттером. У земли нет определенной «буквы». Таким образом, используется соглашение о повторяющихся буквах, например, V _DD или V _EE для обозначения точки относительно земли. Использование отдельных букв в этом контексте вносит больше путаницы, поскольку Vs может относиться к напряжению источника «s» (которое может отличаться от V _SS , если имеется несколько последовательных источников и т. д.), а не к напряжению между эмиттером транзистора и земля.

Даже без транзисторов в цепи напряжения могут обозначаться в стиле V _AB или V ₁₂ , чтобы отразить потенциал между A и B или между точками 1 и 2. Очевидно, порядок важен, поскольку для двух точек в цепи A и B В _БА = -В _АВ .

Библиографическая ссылка:

Если повторяется одна и та же буква, это означает напряжение питания: Vcc — это (положительное) напряжение питания, связанное с коллектором, а Vee — (отрицательное) напряжение питания, связанное с эмиттером.

Текстовый отрывок из книги Пола Горовица и Уинфилда Хилла (1989), Искусство электроники (второе изд.), Издательство Кембриджского университета, ISBN 978-0-521-37095-0 . Глава 2 - Транзисторы, стр. 62, Введение.

Vdd обычно используется для устройств CMOS, NMOS и PMOS. Это означает напряжение (на) стоке. В некоторых устройствах PMOS он отрицательный, но чистые микросхемы PMOS сегодня редко (если вообще встречаются). Обычно это самое положительное напряжение, но не всегда, например, контроллер двигателя может иметь вывод Vs для напряжения двигателя, или процессор может использовать напряжение ядра и напряжение ввода-вывода. Vss означает напряжение (в) источника; Устройства PMOS могут быть положительными, но опять же, PMOS - это пережиток, поэтому для всех намерений и целей это самое отрицательное доступное напряжение. Он часто привязан к подложке, поэтому он должен быть максимально отрицательным, иначе чип не будет работать должным образом.

Vcc означает коллектор напряжения (при) и в основном используется для биполярных устройств, хотя я видел, как он используется с устройствами CMOS, вероятно, не по соглашению. Vee обозначает напряжение (на) эмиттера и обычно является самым отрицательным.

Я также видел Vs+ и Vs-, а также V+ и V-, но V+/V- можно спутать с входными контактами на операционных усилителях/компараторах и других усилителях.

Это$V_{CC}$а не просто$V_{C}$потому что C означает коллектор. Но$V_{CC}$, хотя положительное напряжение на стороне коллектора в схеме NPN-транзистора не является напряжением наверху коллектора,$V_C$! Обычно между коллектором и коллектором находится нагрузочный резистор или другое устройство.$V_{CC}$. Удвоенная C указывает на то, что это более высокое напряжение, чем то, которое появляется на коллекторе, и четко отличается от$V_C$.

Буквы обозначают части транзистора: исток, сток, затвор, коллектор, эмиттер, база.

Когда есть две разные буквы, смысл разный: это означает напряжение между такими выводами устройства, как$V_{BE}$: напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора. Возможно, поэтому была выбрана двойная буква для$V_{CC}$.

Придумаем обоснование.

Предположим, вам нужно имя для напряжения, связанного с коллектором, которое не является напряжением на коллекторе. Предположим, мы хотим, чтобы имя было как можно короче, но мы хотим включить букву C, чтобы четко ассоциировать его со сборщиком. Это означает, что имя будет состоять из двух символов: C плюс еще один символ. Другой символ будет буквой, цифрой или каким-либо другим глифом. Число будет выглядеть как напряжение, поэтому выбор между использованием глифа, такого как амперсанд или решетка, или второй буквой. Если это будет вторая буква, то это не может быть никакая другая буква, кроме С, потому что тогда она выглядит как первая.$V_{XY}$обозначение, обозначающее напряжение между двумя точками. Если C повторяется, то мы знаем, что это не может быть бесполезным обозначением напряжения от C до C, что напоминает нам, что обозначение имеет другое значение. Если второй символ идет к глифу, то, вероятно, это должно быть что-то другое, чем +или -потому что они выглядят как полярности.

Таким образом, кратчайший возможный способ обозначения напряжения питания на стороне коллектора - это либо что-то на основе глифов, например$V_{C@}$или иначе$V_{CC}$.

Ясно, что можно привести аргумент, что$V_{CC}$был трезвым, хорошо продуманным выбором, чтобы выразить то, что хотел выразить изобретатель нотации, которая прижилась.

Что они говорили в большинстве случаев, но все же бывают случаи, когда различия реальны и/или полезны:

Существует небольшая часть устройств, которые используют несколько источников питания относительно земли, и в некоторых из них может иметь смысл использовать, например, Vee gnd или Vss. В других случаях может быть несколько источников питания или заземлений с одинаковым потенциалом, но разделенных по системным причинам. например

• Микросхема процессора может иметь аналоговые и цифровые источники питания. Они могут быть названы, например, Vccd и Vcca. Точно так же вы можете получить Vssa и Vssd.

• Логика ECL типа Olde имела 2 источника питания плюс землю. Ви был отрицательным по отношению к земле.

• ИС преобразования уровня (или те, которые МОГУТ использоваться в этом режиме), такие как CD4051 - см. техническое описание здесь Достаточно разные и достаточно образовательные, чтобы их можно было процитировать: ............... .... Аналоговые мультиплексоры CD4051B, CD4052B и CD4053B представляют собой аналоговые переключатели с цифровым управлением, имеющие низкий импеданс в открытом состоянии и очень низкий ток утечки в выключенном состоянии. Управление аналоговыми сигналами до 20VP-P может быть достигнуто с помощью амплитуд цифровых сигналов от 4,5 В до 20 В (если VDD-VSS = 3 В, можно управлять VDD-VEE до 13 В; для разности уровней VDD-VEE более 13 В, требуется VDD-VSS не менее 4,5 В). Например, если VDD = +4,5 В, VSS = 0 В и VEE = -13,5 В, аналоговые сигналы от -13,5 В до +4,5 В могут управляться цифровыми входами от 0 В до 5 В.

• Затворы, такие как CD4049/CD4050, ВЫГЛЯДЯТ как стандартные инверторы или буферы, но допускают входные сигналы выше Vcc, так что может выполняться сдвиг уровня. IC имеет только сигналы Vcc и Vss ( на контактах 1 и 8 на 16-контактной IC !!! ), но входной сигнал переключается между Vss и «Vigh» = Vinhigh. В системе, которая используется в Vih, вероятно, будет называться Vdd или каким-либо другим именем, чтобы отличить его от Vcc. Спецификация CD4049/CD4050:

• Есть некоторые ворота, которые позволяют конвертировать уровни в другую сторону. Это могут быть ворота с открытым коллектором*, такие как LM339 (квадратный) / LM393 (двойной) с поистине странной распиновкой Ye Olde world LM339 или специализированные водители автобусов или другие. В случае с LM339 источник питания (контакт 3 = Vcc, контакт 12 = заземление в 14-контактной ИС) имеет утешительные названия, но работает всего от 2 Вольт, чрезвычайно интересные выводы и работа с открытым коллектором дают подсказки, что это возвраты из доначала времен - но все же очень полезные.

* Как отмечает Стивен, LM393/LM339 технически не являются «гейтами», а на самом деле являются аналоговыми компараторами. Однако (из моего комментария ниже):

Первоначальный вопрос не был сформулирован с логической или аналоговой точки зрения.
Природа 339/393 с открытым коллектором и характеристикой компаратора позволила использовать его в качестве логического устройства, и многие вентили CMOS, особенно более ранние небуферизованные, на самом деле являются чисто аналоговыми усилителями, которые «просто случайно» обычно используются в своих шинах. режим.
Существует множество приложений, связанных с использованием КМОП-инверторов в качестве линейных усилителей, и это даже не «неправильное» их использование, а просто менее обычное. Но, точка принята.

Я видел множество схем, использующих VCC и VDD взаимозаменяемо.

На самом деле все намного хуже. Во многих библиотеках компонентов для захвата схем выводы напряжения питания иногда скрыты в (некоторых) символах компонентов. Нередко загружаются библиотеки компонентов, в которых некоторые компоненты имеют скрытую цепь «VCC» или «GND», подключенную к контактам напряжения питания. В других компонентах скрытые сети могут называться другими именами. Не очень забавно то, что если у вас нет цепи с таким именем на вашем листе схемы и вы не обращаете внимания на сообщения DRC из редактора схем, вы можете получить свое напряжение питания и/или заземляющие контакты вообще не подключены к вашей печатной плате.

Я добавил это как отдельный ответ, чтобы избежать путаницы. Пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь.