什么是工作电压：5V，3.3V，2.5V，1.8V等

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集成电路似乎具有5V，3.3V，2.5V的标准电压。1.8V ...

谁来决定这些电压？
为什么较小的设备需要较低的电压？

integrated-circuit

— 托马斯·奥
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长话短说，电压是由硅制造工艺决定的。随着工艺尺寸变小，击穿电压也随之减小，因此工作电压也随之减小（尽管还有许多其他工艺考虑因素）。

— 康纳·沃尔夫

我只想指出，这里的许多答案（甚至有些答案很多）都是公然错误的，或者至少是无根据的猜测。

— 康纳·沃尔夫

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@假名，然后用您的评论更正它们。

— Thomas O

不确定5V，但是JEDEC和半导体路线图委员会的人员/公司可能会对某些较低的电压争论不休。

— hotpaw2，2011年

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通常会选择新的电压以使其与之前的电压具有某种程度的兼容性。

例如，3V3 CMOS输出电平与5V TTL输入兼容。

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随着栅极几何尺寸的缩小，需要较低的VDD。这样可以防止损坏CMOS栅极氧化物并使泄漏最小化。当晶圆厂从0.5um切换到0.35um时，较薄的栅极只能处理高达3.6V的电势。这导致电源电压为3.3V +/- 10％。切换到0.18um，电压进一步降低到1.8V +/- 10％。在最新工艺（例如45nm）中，栅极由高k电介质（例如半年）制成，以减少泄漏。

— 孙ry
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这是几个因素的组合：

约定-当芯片以相同的电压供电时，设计系统会更容易。更为重要的是，电源电压决定了CMOS数字输出的电压电平和输入的电压阈值。芯片到芯片通信的标准曾经是5V，现在是3.3V，尽管最近出现了低压摆幅串行通信接口的爆炸式增长。您可以说，“行业”决定了电源电压。
CMOS制造工艺的局限性-随着MOS晶体管的缩小，栅极绝缘材料的厚度和沟道长度也随之缩小。结果，必须降低电源电压，以避免可靠性问题或损坏。为了在I / O接口上保持“方便”的电源电压（例如3.3V-参见上文），这些单元使用与芯片核心不同（更大和更慢）的晶体管制成。在这里，“晶圆厂”（由谁设计那里的制造工艺）决定电压。
功耗-如果不进行任何操作，每单位面积的功耗增加2倍2 = 4倍，则功耗-每一代芯片可容纳多出2倍的晶体管，并以高出2倍的频率运行（至少直到最近才如此）。为了降低功耗，电源电压与晶体管尺寸成比例（或正在按比例缩小），使功率/单位面积增加了2倍。在这里，芯片设计师的声音很重要。

最近，情况变得更加复杂-由于有限的本征晶体管增益，电源电压无法轻易缩小。该增益在晶体管通道的“导通”电阻（会限制开关速度）和“导通”电阻之间造成折衷（在给定的电源电压下），该导通电阻会限制电流通过开关通道的泄漏。这就是为什么内核电源电压稳定在1V左右，导致新数字IC芯片的速度增长得比以前慢，而功耗却增长得比以前快的原因。如果考虑到制造工艺的可变性，情况会变得越来越糟-如果您不能足够准确地定位晶体管开关阈值电压（并且随着晶体管变得越来越小，变得非常困难），“导通” /“关断”电阻之间的裕度就会消失。

— 安杰伊
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“我想对你说一个字。一个字……你在听吗？” 石墨烯。MOSFET没电了。高达100 GHz的石墨烯FET寿命长。

— Eryk Sun

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@eryksun-您发明了创建石墨烯晶圆并在其上进行光刻制造的工艺。我会为您做行销。好？

— 康纳·沃尔夫

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@eryksun：您必须是科普作家；总是在谈论“下一件大事”而不考虑可行性或成本。

— 尼克·T

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@Nick_T仅仅因为我认为石墨烯是“下一件大事”，并不意味着我认为这很容易。@Fake_Name这不是我的领域，但是我看到越来越多的石墨烯文章显示出稳定的进展-以及其他竞争技术。我只是在提供一个潜在的“更好的设备”，并开玩笑地提及“毕业生”中著名的塑料行。

— Eryk Sun

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“高达100 GHz”-那么可能是50Mhz？

— shuckc 2012年

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电压似乎遵循以下模式：

3.3v = 5v的2/3
2.5v = 5v的1/2
1.8v = 5v的1/3（1.7将接近1/3，这似乎是唯一的奇数）
1.2v = 5v的1/4

— 克罗斯利
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如果您想这样处理，我宁愿从相似的角度考虑它，因为IC功能会缩小，每个都会减少倍sqrt(2)/2。仍不完美，但在10％以内，它比您的任意分数有意义得多：P

— Nick T

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“ 为什么较小的设备需要较低的电压？” 较小的IC具有较少的表面来散热。只要有一点在IC的某处切换，就必须对电容器进行充电或放电（即CMOS晶体管的栅极电容）。尽管数字IC中的transisotr通常很小，但是很多，所以这个问题仍然很重要。储存在电容器中的能量等于0.5 * C * U ^ 2。两倍的电压将导致每个MOSFET栅极必须使用的能量的2 ^ 2 = 4倍。因此，即使从2.5V降到1.8V很小的步伐也将带来可观的改善。这就是为什么IC设计人员几十年来不仅仅坚持5V电压，而是等到该技术准备使用1.2V电压，而是使用介于两者之间的所有其他有趣电压电平的原因。

— Zebonaut
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简短的答案：TI的极客们是这么说的，其他所有人也纷纷效仿，制造兼容或竞争产品。

选择5伏特以获得抗扰性。早期的芯片是耗电量很大的器件，每次切换开关时都会在电源中引起纹波，设计人员可以通过在每个芯片的电源引脚上放置一个电容器来克服这些开关。即使这样，额外的2.4伏裕量也为他们提供了缓冲，防止进入0.8V至2.2V的禁止区域。而且，晶体管仅通过其操作就导致〜0.4 V电压降。

电源电压一直在下降以延长电池寿命，并且由于芯片管芯一直在缩小以使您的便携式设备更小，更轻。芯片上组件之间的间距越小，所需的电压就越低，以防止过热，并且电压越高，绝缘层越薄。

— 罗恩
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如果电源阻抗相似，由开关引起的电压波动是否与电源电压成正比？

— 尼克T

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制作IC的人可以决定所需的电压。

在过去，有人开始将5V用作数字逻辑，并且卡住了很长时间，这主要是因为当每个人都在设计很多以5V运行的芯片时，要出售需要4V的芯片要困难得多。

iow：每个人都倾向于使用相同电压的原因与其说是所有人都选择相同的工艺有关，还不如说是因为他们不想被使用其芯片的设计人员诅咒使用“异常”电压。

如果电压更高，以一定速度切换信号会消耗更多功率，因此，在更高速度下，您需要更低的电压来保持电流下降，这就是为什么更快，更密集的现代电路倾向于使用比旧芯片更低的电压的原因。

许多芯片甚至将3.3V用于I / O和较低的电压，例如将1.8V用于内部内核。

芯片设计人员知道1.8V是一个奇数电压，通常会有一个内部调节器来为芯片本身提供核心电压，从而使设计人员不必产生核心电压。

以双电压情况为例，看看以3.3V运行但具有内部2.5V稳压器的ENC28J60。

— 德仁
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dsPIC33F和PIC24F具有2.5V稳压器来运行内核，某些AT32具有1.8V稳压器。

— Thomas O

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但这不能解释每个人如何选择相同的电压吗？我知道制造商必须使用类似的电压，但是为什么他们首先要选择它们呢？

— Thomas O

我不知道，我的猜测是，IC设计人员在初次选择电压时，有每种特定的原因，但是“每个人”似乎都使用相同电压的最强烈原因是“每个人”都使用使用该电压。

— dren.dk，2010年

@thomas o您是否考虑过进入工程史？好像您对此感兴趣。

— Kellenjb 2010年

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电压由材料的物理性质（无论如何都是半导体材料）和芯片制造中使用的过程决定。（我希望我在这里使用正确的术语...）不同类型的半导体具有不同的间隙电压-本质上是“激活”它们的电压。他们还可以优化芯片的结构，以使较低的电压在进行布局时能够更可靠地工作（我相信）。

较小的设备不需要较低的电压，不仅仅在于它们设计为使用较小的电压，因为较小的电压意味着较少的散热和可能更快的运行。如果只需要在0V至1.8V之间变化，则拥有10MHz时钟信号会更容易。

— 愤怒的EE
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不管Vdd如何，将栅极电容充电至0.9 * Vdd都需要2.3个时间常数。较小的栅极具有较小的电容，从而产生较短的RC时间常数和较小的0.5C * V ^ 2开关能量。此外，最小化栅极较小的漏电流需要较低的栅极电压，从而进一步降低了功耗。另一方面，较高的栅极电压会增加扇出时的充电电流（时间常数R减小）。因此，超频器会增加Vdd-以功耗和更复杂的散热为代价。

— Eryk Sun