最受歡迎的芯片之一555定時器已經(jīng)50年了！

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2022-11-18 12:52:22 972

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 定時器，今年是它的 50 周年。它比所有競爭對手都更耐用，仍然以基本相同的設計制造，并已在全球售出數(shù)十億美元。

555 經(jīng)久不衰，因為它具有驚人的多功能性和可靠性。它可以對從一毫秒到一小時不等的時間間隔進行計時，或者可以生成頻率超過 1MHz 的脈沖流。它可以創(chuàng)建音頻，甚至可以用作邏輯門。盡管它年代久遠，但我認為它非常重要。

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

Hans Camenzind，1971 年開發(fā) 555 時

起源

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

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

當他與妻子和孩子搬到灣區(qū)加入 Signetics 時，他帶著他的想法，這是一家試圖與行業(yè)領導者仙童半導體競爭的新興公司。但兩年后，漢斯對他們“古板”的態(tài)度變得不耐煩了。他接受了減薪，成為了一名獨立顧問，租下了自己的店面，開始追求自己的夢想。

他用木材店的木板建造了長凳和架子，由于他的妻子 Pia 是一名會計師，她負責記賬?！八吭聫?Signetics 獲得 1,200 美元的津貼，”Pia 回憶道。“我們將開支削減到最低限度。我們從來沒有出去吃飯。但我想——他需要這樣做。”

漢斯 36 歲，有四個孩子，銀行里有 400 美元。后來，他將自己的決定描述為“魯莽”。盡管如此，他還是想出了一個電路，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 借來的設備對其進行了測試，并嘗試了無休止的迭代，改變了組件的值，因為他希望它即使在制造過程出現(xiàn)錯誤時也能正常工作。

在完善了電路之后，他開始了最艱巨的部分。當硅層被部分蝕刻掉時，芯片生產(chǎn)需要多個照相掩模。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，復雜得多的 4004（*個真正的微處理器）也是用手工切割的掩模制造的，因為當時還沒有計算機輔助設計。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

*個555

當 Hans 將他的mask交付給 Signetics 時，他面臨一個新問題：該公司的工程師懷疑是否有人需要計時器芯片。幸運的是，營銷經(jīng)理 Art Fury 否決了工程師的意見。是 Fury 分配了易于記憶的 555 零件編號。

圖 B 顯示了*個 Signetics 555 晶圓的顯微照片。該芯片立即獲得成功，因為它運行*。如果您使用 5V 或 18V 電源運行它，您將獲得一致的結(jié)果。在驅(qū)動 20mA LED 或為小型電機提供 200mA 電流時，它的工作方式相同。

“集成組件的缺點是不準確，”漢斯后來寫道。但是，“無論它們的變化是什么，它們都是一起變化的，因為它們是在相同的時間和相同的條件下制造的。換句話說，它們非常匹配。我使用該功能構(gòu)建了一個新穎的振蕩器，結(jié)果證明它非常穩(wěn)定?！?

一年之內(nèi)，其他制造商都在復制該設計?！懊總€人都在偷別人的東西，”漢斯回憶道，“在那個年代，沒有人關注專利?！?事實上，Signetics 甚至沒有申請專利，擔心如果他們試圖執(zhí)行它，他們會與其他更大的公司開戰(zhàn)。今天，任何人都可以復制 555 計時器。

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)設計了 140 個標準和定制芯片。他還寫了兩本令人驚嘆的書：權(quán)威的《設計模擬芯片》，以及一本精彩的電力概論，名為《無事生非》，其中包括所有先驅(qū)者的縮略圖傳記。這兩本書仍然可以通過按需印刷在線獲得。

當然，555 已經(jīng)獲得了傳奇的地位。您甚至可以購買一個套件，用分立元件構(gòu)建您自己的宏觀規(guī)模復制品。

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

Hans Camenzind 開發(fā) 555 的店面，攝于 2022 年

Hans Camenzind 于 2012 年去世，享年 78 歲。如今，他設計計時器的店面被一名房地產(chǎn)經(jīng)紀人占據(jù)（見圖 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在漢斯的舊工作場所旁邊用一塊牌匾紀念他，但與此同時，他的天才仍然存在于數(shù)百億個芯片中，這些芯片包含他手工制作的電路的副本。

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