555 timer chip viert bijzondere verjaardag

Wie kent ‘m niet. De 555 timer chip. Een slim ontwerp in een 8-pins behuizing. Maar er is iets bijna onopgemerkt gebleven. Deze chip viert dit jaar een bijzondere verjaardag. Hij (of is het zij?) is 555 maanden oud. En dat is toch wel iets om even bij stil te staan.

De aanloop naar de 555

De 555 is ontworpen door Hans R. Camenzind. Hans zag in 1934 het levenslicht in Zwitserland. Begin jaren 60 emigreerde hij naar de Verenigde Staten. Daar haalde hij zijn “Masters” graad op de Northeastern University in Boston. Hij startte zijn loopbaan bij de P.R. Mallory Corporation. Deze firma ontwikkelde droge batterijen, wat Hans nu niet echt inspirerend werk vond. Gelukkig wist hij binnen een paar jaar een contract bij Signetics te krijgen. Dit was een jong tech bedrijf in Silicon Valley, gestart door oud Fairchild medewerkers. En bij Signetics was men er toen al van overtuigd dat geïntegreerde schakelingen het helemaal zouden gaan worden. Dat was precies de juiste uitdaging voor Hans.

Echter, Signetics kwam al snel in zwaar weer. In korte tijd zag Hans de helft van zijn collega’s verdwijnen. Dat kon niet goed gaan. Hans diende uiteindelijk zelf zijn ontslag in bij Signetics. Maar niet eerder dan dat hij het Signetics management had kunnen overtuigen hem gelijk weer in te huren. Echter, dit keer als “consultant”. Hij leverde zo wel veel salaris in, en kreeg “slechts” een jaarcontract. Maar hij kon nu wel precies dat doen wat hem interesseerde. En ook nog eens precies wanneer hem dat uitkwam. Zo ging hij in de zomer van 1970 aan de slag.

Van PLL naar timer

Hans had al langer het idee om ooit eens een timer chip te ontwerpen. De aanleiding was zijn jeugd in Zwitserland, waar hij als radio reparateur wat bijverdiende. Zelfs de radio-op-een-chip speelde toen al door zijn gedachten. Maar daar waren grote spoelen bij nodig. Dat kreeg je niet op een chip geïntegreerd. Dus werd er naar alternatieven gezocht. Tijdens zelfstudie bij het MIT (Massachusetts Institute of Technology) las hij over de PLL (Phase Locked Loop). Hij realiseerde zich dat zo’n PLL perfect zou zijn voor de afgestemde circuits in een radio ontvanger-chip.

Een van de hoofdbestanddelen van de PLL die Hans ontwierp was een oscillator. En wel eentje waarvan de frequentie met externe componenten bepaald kon worden. Hij doorzag dat dit deelcircuit eenvoudig omgezet kon worden in een timer. Eentje die zowel vrijlopend als “single-shot” kon opereren. Dit innovatieve idee werd aan Signetics voorgelegd. Na de nodige twijfel ging men uiteindelijk toch akkoord met dit wilde plan. Zo spendeerde Hans de eerste 6 maanden van zijn jaarcontract aan het ontwerp en de optimalisatie. De schakeling werkte. Maar er was wel één groot probleem.

Een 9-pins DIP?

Het door Hans gemaakte prototype van de timer chip had 9 aansluitingen. Dat paste dus niet in een goedkope en kleine 8-pins DIP (Dual In-line Package). En één stapje groter werd het gelijk een dure 14-pins DIP. Dat was een flinke tegenvaller. Niets aan te doen dacht Hans, en hij diende het ontwerp in om vervolgens de chip-layout te gaan maken.

Na twee weken handmatig de lay-out tekenen realiseerde hij zich dat hij een fout had gemaakt. Hij kon zich die negende pin besparen. En wel door een spanning-naar-stroom omzetter te verwijderen en de externe capaciteit direct te laden en ontladen. Dit briljante idee betekende wel twee weken tekenwerk weggooien. Maar de mogelijkheid het in een 8-pins behuizing te krijgen was de hoofdprijs.

Zo rondde Hans in 1971 gedurende bijna de rest van zijn jaarcontract de lay-out van de 555 af. Volledig met de hand getekend, zoals toen gebruikelijk was. En de timer chip aanduiding, “555“, is trouwens bedacht door marketeer Art Fury. Hij vond 555 gewoon goed klinken als chipnummer. Een gouden vondst naar ons idee.

De 555 was direct een succes

Die 555 chip heeft 23 transistoren aan boord. En ook 16 weerstanden en 2 diodes. In 1972 (nu 555 maanden geleden) kwam de chip op de markt. Verkrijgbaar in een 8-pins DIP of TO-5 metalen “huisje” met 8 draden. En dat voor een scherpe prijs van slechts 0,75 US$. Ontwikkelaars waren gelijk enthousiast vanwege de eenvoud en flexibiliteit. En Hans bleef zich maar verbazen over wat men met “zijn vinding” allemaal ontwierp.

In dit interview met Hans Camenzind geeft hij zelf aan dat zijn 555 verre van perfect is. En dat er ook nooit patent op de chip is aangevraagd. Ook snapt hij niet dat er nooit een verbeterd product van is gemaakt. Kennelijk is zijn flexibele ontwerp precies wat men zocht. En wat men nog steeds wil. Want de 555 blijft ook vandaag de dag nog steeds toegepast worden in nieuwe schakelingen. En niet alleen door zelfbouwers.

Meer lezen?

De in 2012 overleden Hans Camenzind heeft trouwens veel meer wapenfeiten op zijn naam staan naast de 555 en ruim 150 andere chips. Zo heeft hij ook een goed boek over het ontwerpen van analoge chips geschreven. Het is een uitvoerige introductie in analoog CMOS en bipolair IC ontwerp. Dit “Designing Analog Chips” is kosteloos in PDF formaat te downloaden. Een aanrader voor een ieder die meer over de praktijk en de keuzes van analoog chip ontwerp wil weten.