来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)
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50 年前的 1972 年,Signetics 公司发布了 NE555 定时器/振荡器 IC。过去50年来,这款简单的 8 针芯片每年的销量一直保持在数十亿规模,这是一个常年爱好者的最爱。Walter Jung 等知名作家撰写了 555 部定时器介绍,自 1970 年代以来,555 电路在新电路设计中一直很受欢迎。工程验收喜忧参半。一些工程师通常会在他们的电路中放置 555 个芯片。其他人则将 555 定时器 IC 视为创建振荡器或定时器的一种有点草率的方式。但是,555 IC的成功不可否认。他们无处不在。甚至还有航天器携带符合太空要求的 555 定时器芯片穿越外太空。555 定时器显然是有史以来最成功的线性或数字芯片设计之一。
555 定时器由 Hans Camenzind 于 1971 年设计,他于 1968 年亲自挑选并加入 Signetics,因为他特别想开发线性 IC,这是该公司的主要产品线之一。在采访了包括Fairchild、摩托罗拉半导体、德州仪器、Signetics、Sprague、Sylvania 和 Westinghouse在内的所有线性芯片制造商之后,他选择了 Signetics。我会说这是一个相当彻底的搜索。
555 定时器/振荡器芯片的想法源于 Camenzind 早期的电子经验。他在瑞士苏黎世长大,在上大学之前就学会了修理收音机。他和他的妻子于 1960 年移居美国,并在波士顿的东北大学获得了电子工程硕士学位。随后,他加入了主要从事电池开发和销售的 PR Mallory and Company。Camenzind 加入了公司的物理科学实验室,因此他参与了基础研究。
这个职位让 Camenzind 可以探索任何他喜欢的话题。他决定专注于将整个无线电缩小到一个芯片上,并迅速专注于从基本无线电设计中消除电感器。他去寻找解决方案:
“我去了麻省理工学院图书馆。我有机会访问这个库,以及圆形白色穹顶之下,在6楼和7楼,我几乎花了一个星期翻阅了IRE的论文集(无线电工程师学会)的老问题。没有索引,没有电脑搜索,所以我不得不一卷一卷地翻阅。我遇到了一个称为锁相环 [PLL] 的概念。这是我以前从未听说过。我看了看,这是一个非常模糊的概念,它被用来锁定一些微弱的信号。我认为 NASA 用它来锁定从月球传回的登月信号。”
然而,PR Mallory 对将这些想法商业化并不感兴趣,这将 Camenzind 推向了硅谷和 Signetics。他游说 Signetics 允许他继续研究 PLL,并很快设计了 NE565 和 566 PLL。
Camenzind 加入 Signetics 是因为他认为该公司将在线性 IC 领域与仙童半导体展开激烈竞争。但是,到了 1970 年,他觉得 Signetics 迷失了方向,所以他从公司辞职,以为自己会写一本书。他成为一名独立顾问和 IC 设计师,Signetics 成为他的第一个客户。555 计时器是他在 Signetics 的第一次咨询工作,他设计了芯片的电路并创建了它的物理布局。这就是硅谷狂野西部时代的情况。
以下是 Camenzind 在与半导体博物馆的口述历史中描述这种情况的方式:
“他们一年每月支付 1200 美元,并借给我一些他们不需要的设备,因为他们刚刚失去了 50% 的工程师。所以,这是一个理想的情况。
“回首往事,我很惊讶自己冒了这个险。我在家里有一个妻子和四个孩子,银行里有 400 美元,而我在 Signetics 已经赚了 18,000 美元,所以这将是 14,400 美元。但我很快又得到了两份合同,所以效果很好。”
Camenzind 花了大约一年的时间来设计 555 定时器 IC。1971 年,他有一块可以工作的面包板,然后使用 10 微米设计规则布置了芯片。他用剃须刀手工切割了 Rubylith mask。
Signetics 没有为该设备申请专利,因为它不想也可能无力应对可能出现的诉讼。像仙童这样的公司拥有大量专利组合,并且不怕将它们用作对抗麻烦竞争对手的有力武器。硅谷公司当时经常复制竞争对手的成功设计。事情就是这样完成的。由于 Signetics 没有为该设计申请专利,555 定时器芯片的仿制品在不到一年的时间内就出现了。
有趣的是,Camenzind 并不认为 555 定时器 IC 是一个非常好的设计。正如他在半导体博物馆的口述历史中所说:
“问题是这不是一个好的设计(555)。我有几年的经验,我会说大约五年,但我没有老师,我必须自学。你知道这真的是 [IC] 设计的开始,所以现在看它,我会说‘我不会再那样做了。’”
尽管 Camenzind 对他自己的设计有意见,但 555 定时器芯片的寿命很容易超过 Signetics 几十年。飞利浦半导体(2006 年分拆并更名为 NXP)于 1975 年收购了 Signetics,并最终退出了该品牌。但是,您仍然可以以低于 1 美元的单件数量从 DigiKey 等分销商处购买 555 定时器 IC。您今天购买的芯片和以前一样有用;它只是不会是 Signetics 555。它是其一个后代。数十家主要半导体供应商仍在生产 555 定时器,包括德州仪器、Intersil、Maxim、Avago、Exar、Fairchild、NXP 和 STMicroelectronics。
在一个数字化的世界里,通常很难理解像 Camenzind 那样坚持模拟设计的中坚分子。今天,我们无法向他寻求解释,因为他于 2012 年去世。但他在他的著作《设计模拟芯片》的前言中解释了他对线性电路的痴迷:
“一切都在数字化。手机、电视、视频磁盘、助听器、电机控制器、音频放大器、玩具、打印机,你有什么。模拟设计已经过时,或者很快就会过时。或者大多数人是这么认为的。
“自从 PC 出现以来,就已经预测模拟即将死亡。但它仍然在这里;事实上,模拟 IC 的增长速度几乎与数字 IC 相同。数字视频磁盘播放器比(模拟)VCR 拥有更多的模拟内容。
“听力是模拟的。视觉、味觉、触觉、嗅觉、模拟一切。举重和行走也是如此。发电机、电机、扬声器、麦克风、螺线管、电池、天线、灯、LED、激光二极管、传感器基本上都是模拟组件。
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