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ICの動作電圧の理由について

素朴な疑問で大変恐縮です。

一般的にマイコン等のICの動作電圧は
5V\, 3.3V\, 1.2Vだと思っています。

これらの動作電圧を決めた背景には
どのような理由があるのでしょうか?


ちなみに、1.2V駆動電圧のICは
乾電池1本(1.5V)で駆動させるために必要だったから
という理由を聞いたことがあります。

5Vはキリが良いからなのかもしれませんが
3.3Vのような中途半端な電圧になった理由が
とても気になっています。


3.3V電圧が作りやすかったから
それに合わせて規定したなどという外的な理由なのか、
はたまた、当時の半導体(Vth)が
3.3Vまでしか下げられなかったから等の内的な要因なのか
お分かりになりましたら教えていただきたいのですが。
  • SN74シリーズで適当なデータシートを見てください。NPNトランジスタのみでゲートが実現されてます。トーテンポール出力の下側のトランジスタとフェーズスプリットトランジスタでフェーズスプリットトランジスタのベース電圧が2倍のVf(1.3=0.65x2)でオンオフします。一方、トーテンポール出力の上側のトランジスタをきっちりオフにするためにはダーリントン出力あるいはダイオードの挿入が必要です。よって、出力電圧は電源電圧から2倍のVf(3.7=5-0.65x2)さがったところになります。ここに現実的なバラつきなどを入れると、電源電圧が4.75~5.25V、 スレッシュホールドが1.5V、Volが0.8V、Vohが3Vの仕様がベストです。SN74シリーズがヒットしたためにロジック回路の電源5Vがデファクトスタンダードになったと思います。

    1980年代にMOSは1uルール(Vthは1V程度だと思う。)に突入してきます。このころにパッケージもDIPからSOになってきます。トランジスタの耐圧は低くなり、また、少電力の兼ね合いからも電源電圧を下げる傾向が出てきました。3V前後(3.0V\,3.2V\,3.3Vなど)で各社から商品が出てきました。ビジネス的な主導権争いで3.3Vが勝ち残ったのだと思います。さらに微細化は進み、今のロジックICの内部は、1V台で動作しており、3.3V->1.xVあるいは、5V->1.xVのレギュレータを内部に持ってます。これは、チップ面積および熱、あるいは消費電力としても無駄です。今は、ロジック回路の電源電圧はトランジスタの耐圧がいちばんの要因です。