Pourquoi de nombreux appareils électroniques fonctionnent-ils sur 5 ET 3,3 Volts?

De nombreux appareils modernes utilisent une connexion d'alimentation 5V. En interne, ils travaillent avec 3,3 V. Ne serait-il pas plus facile d'avoir du 5V partout?

De nombreux périphériques USB ou routeurs en sont des exemples (ils utilisent 5 V pour l'alimentation mais 3,3 V pour la communication série).

5 V est devenu très utilisé dans les premières familles logiques, et en particulier TTL. Alors que le TTL est très dépassé, tout le monde parle toujours de "niveaux TTL". (J'entends même UART décrit comme "bus TTL", ce qui est un terme impropre: c'est un canal de communication de niveau logique, mais peut bien être une tension différente de 5 V.) Dans TTL 5 V était un bon choix pour les points de consigne des BJT et pour une grande immunité au bruit.

Le niveau 5 V a été conservé lorsque la technologie est passée au HCMOS (CMOS haute vitesse), 74HC étant la famille la plus connue; Les circuits intégrés 74HCxx peuvent fonctionner à 5 V, mais le 74HCT est également compatible TTL pour ses niveaux d'entrée. Cette compatibilité peut être requise dans les circuits à technologie mixte, et c'est la raison pour laquelle le 5 V ne sera pas complètement abandonné de sitôt.

Mais HCMOS n'a pas besoin du 5 V comme les transistors bipolaires de TTL. Une tension inférieure signifie une consommation d'énergie inférieure: un circuit intégré HCMOS à 3,3 V consommera généralement 50% ou moins d'énergie que le même circuit à 5 V. Vous créez donc un microcontrôleur qui fonctionne en interne à 3,3 V pour économiser de l'énergie, mais qui a 5 VI / Os. (Les E / S peuvent également être tolérantes à 5 V; alors elles fonctionnent aux niveaux de 3,3 V, mais ne seront pas endommagées par 5 V sur ses entrées. À côté de la compatibilité, 5 V offre également une meilleure immunité au bruit.

Et ça va plus loin. J'ai travaillé avec des contrôleurs ARM7TDMI (NXP LPC2100) avec un cœur fonctionnant sur 1,8 V, avec 3,3 VI / Os. La tension inférieure est une économie d'énergie supplémentaire (seulement 13% d'un contrôleur 5 V) et une EMI inférieure également. L'inconvénient est que vous avez besoin de deux régulateurs de tension.

Telle est la tendance: des tensions internes toujours plus faibles pour une consommation d'énergie et des interférences électromagnétiques plus faibles, et une tension externe plus élevée pour une meilleure immunité au bruit et une meilleure connectivité.

Sûr. Mais rappelez-vous que la consommation d'énergie augmente avec le carré de tension. L'augmentation de la tension utilisée de 3,3 V à 5 V augmente la consommation d'énergie de 2,3 fois. Par conséquent, il est utile d'utiliser une tension aussi basse que possible, même s'il y a des pertes d'alimentation dans la conversion.

La plupart des appareils électroniques avaient +5 disponibles à bord, mais, lorsque les circuits ne nécessitaient que 3,3 V, il était plus facile de baisser la tension sur la puce plutôt que d'exiger des fabricants qu'ils réorganisent leurs alimentations et leurs cartes pour ajouter 3,3 V. La tension inférieure réduit non seulement la consommation d'énergie, mais dans les circuits numériques à grande vitesse, il faut moins de temps pour basculer d'un rail à l'autre.