HC-MOS是一种高速或高密度硅栅极CMOS,其静态功耗低于等效的LSTTL同类产品。即使系统的复杂性增加,该设备的功耗也较小。可以使用易于使用的方程式来计算任何CMOS器件的功耗,本文将对此进行讨论。
介绍
如果只有一个特性可以证明CMOS的存在,那就是低功耗。在静态状态下,高速CMOS的功耗比等效的LSTTL功能小五至七个数量级。切换时,金属栅极和高速硅栅极CMOS所消耗的功率与设备的工作频率成正比。这是因为工作频率越高,设备切换的频率就越高。由于每个过渡都需要功率,因此功耗会随着频率的增加而增加。首先,我们将描述HC-CMOS和LSTTL应用中功耗的原因。接下来将进行MM54HC / MM74HC与LSTTL功耗的比较。最后,将讨论器件封装所施加的最大功耗额定值。
静态功耗
理想情况下,当不切换CMOS集成电路时,应该没有从VCC到地的直流电流路径,并且该器件完全不应该吸收任何电源电流。但是,由于半导体的固有特性,少量泄漏电流流经集成电路上所有反向偏置的二极管结。这些泄漏是由二极管区域中热生成的载流子引起的。随着二极管温度的升高,这些不需要的电荷载流子的数量也会增加,因此泄漏电流会增加。
将所有CMOS器件的漏电流指定为ICC。当所有输入均保持在VCC或接地,并且所有输出均断开时,这是从VCC流向地面的DC电流。这称为静态。
对于MM54HC / MM74HC系列,规定的ICC为25°C,85°C和125°C的环境温度(TA)。根据设备的复杂程度,每种温度下都有三种不同的规格。二极管结的数量随着电路复杂性的增加而增加,从而增加了泄漏电流。表1总结了MM54HC / MM74HC系列的最坏情况ICC规范。此外,应注意的是,当温度降至25°C以下时,最大ICC电流将降低。
动态功耗
动态功耗基本上是充电和放电电容的结果。它可以分为三个基本组成部分:
负载电容瞬态耗散
内部电容瞬态耗散
切换过程中出现尖峰电流。
负载电容瞬态耗散功耗
的第一贡献是外部负载电容的充电和放电。图1是驱动电容性负载的简单CMOS反相器的示意图。
内部电容瞬态耗散
内部电容瞬态耗散与负载电容耗散相似,不同之处在于内部寄生“片上”电容正在充电和放电。图3是与两个CMOS反相器相关的寄生节点电容的示意图。
C1和C2是分别与P和N沟道晶体管的栅极区域以及源极和沟道区域的重叠相关的电容。C3是由于栅极和源极(输出)的重叠引起的,被称为米勒电容。C4和C5分别是从输出到VCC和地的寄生二极管的电容。
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