Почему многие электронные устройства работают на 5 и 3,3 Вольт?

Многие современные приборы используют подключение питания 5 В. Внутренне они работают с 3.3В. Разве не было бы проще иметь везде 5В?

Примерами являются многие USB-устройства или маршрутизаторы (они используют 5 В для питания, но 3,3 В для последовательной связи).

5 В стали широко использоваться в ранних логических семействах, особенно в TTL. В то время как TTL очень устарел, сейчас все еще говорят о «уровнях TTL». (Я даже слышал, что UART обозначается как «шина TTL», что является неправильным обозначением: это канал связи логического уровня, но вполне может иметь напряжение, отличное от 5 В.) В TTL 5 В было хорошим выбором для уставок BJT. и для высокой помехозащищенности.

Уровень 5 В был сохранен, когда технология перешла на HCMOS (высокоскоростную CMOS), с 74HC как наиболее известным семейством; Микросхемы 74HCxx могут работать при 5 В, но 74HCT также совместим с TTL для своих входных уровней. Такая совместимость может потребоваться в схемах со смешанной технологией, и именно поэтому 5 В не будут полностью заброшены в ближайшее время.

Но HCMOS не нуждается в 5 В, как это сделали биполярные транзисторы TTL. Более низкое напряжение означает более низкое энергопотребление: микросхема HCMOS при 3,3 В обычно потребляет на 50% или меньше энергии, чем та же схема при 5 В. Таким образом, вы создаете микроконтроллер, который работает от 3,3 В для экономии энергии, но имеет 5 В /. Операционные системы. (Входы / выходы также могут выдерживать напряжение 5 В; тогда он работает на уровнях 3,3 В, но не будет поврежден 5 В на своих входах. Помимо совместимости, 5 В также обеспечивает лучшую помехоустойчивость.

И это идет дальше. Я работал с контроллерами ARM7TDMI (NXP LPC2100) с ядром, работающим на 1,8 В, с 3,3 В / выходами. Более низкое напряжение - это дополнительная экономия энергии (всего 13% от контроллера 5 В), а также более низкий уровень электромагнитных помех. Недостаток в том, что вам нужны два регулятора напряжения.

Такова тенденция: внутренне всегда более низкое напряжение для более низкого энергопотребления и электромагнитных помех, а внешне более высокое напряжение для лучшей помехоустойчивости и возможности соединения.

Конечно. Но помните, что энергопотребление увеличивается с квадратом напряжения. Увеличение используемого напряжения с 3,3 В до 5 В увеличивает энергопотребление в 2,3 раза. Поэтому имеет смысл использовать как можно более низкое напряжение, даже если в преобразовании есть некоторые потери в источнике питания.

У большинства электроники на плате было +5, но, когда для цепей требовалось только 3,3 В, было проще снизить напряжение на чипе, чем требовать от производителей перепроектировать свои источники питания и платы, чтобы добавить 3,3 В. Более низкое напряжение не только снижает энергопотребление, но и в высокоскоростных цифровых цепях требуется меньше времени для переключения с одной шины на другую.