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混合電壓供電的移動(dòng)設(shè)計(jì)兩個(gè)細(xì)節(jié)

發(fā)布時(shí)間:2021-10-14 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】本文將探討在混合電壓供電的移動(dòng)設(shè)計(jì)中,混合電壓電平如何提高ICC電源電流及邏輯門(mén)如何降低功耗。當(dāng)前的移動(dòng)設(shè)計(jì)在努力在高耗能(power-rich)的功能性和更長(zhǎng)電池壽命的需求之間取得平衡。

 

本文將探討在混合電壓供電的移動(dòng)設(shè)計(jì)中,混合電壓電平如何提高ICC電源電流及邏輯門(mén)如何降低功耗。當(dāng)前的移動(dòng)設(shè)計(jì)在努力在高耗能(power-rich)的功能性和更長(zhǎng)電池壽命的需求之間取得平衡。


低ICCT技術(shù)有利于節(jié)能


目前,大多數(shù)都備有多個(gè)電源軌,但在輸進(jìn)高電平(VIH)低于電源電壓(VCC)時(shí),仍可能產(chǎn)生不定功耗。當(dāng)輸進(jìn)電壓為電源軌電平(VIL = Gnd 或 VIH = VCC)時(shí),CMOS一般具有極低的靜態(tài)ICC和泄漏電流,故是移動(dòng)應(yīng)用中邏輯器件的 技術(shù)。不過(guò),若VIH < VCC,會(huì)發(fā)生這種情況:輸進(jìn)級(jí)的PMOS和NMOS晶體管可能均在不同級(jí)“導(dǎo)通”,此時(shí)傳導(dǎo)電流,在這個(gè)狀態(tài)期間,靜態(tài)電流ICC增加,存在一條從VCC到Gnd的路徑。這個(gè)增加的電流被稱為ICCT電流,亦是輸進(jìn)電壓逼近閾值時(shí)的電源電流。圖1描述了這種情況。


  混合電壓供電的移動(dòng)設(shè)計(jì)兩個(gè)細(xì)節(jié)

圖1:邏輯門(mén)和輸入電壓條件。


注釋?zhuān)?輸進(jìn)電壓即是電源電壓Vcc時(shí)為使用CMOS門(mén)電路的理想狀態(tài);這時(shí)ICC電流極低。


*在混合電壓情況下,若Vin < VCC,ICCT電流出現(xiàn),功耗也隨之產(chǎn)生。


一般在CMOS門(mén)電路的設(shè)計(jì)中,輸入電壓閾值或輸入切換點(diǎn)為VCC/2;不過(guò),飛兆半導(dǎo)體的低ICCT門(mén)電路采用專(zhuān)有的輸入電壓設(shè)計(jì),可降低輸入閾值電壓,增大輸入電壓范圍,同時(shí)不影響有效邏輯低電平VIL。如前所述,當(dāng)輸入電壓為0V或VCC時(shí),CMOS門(mén)電路的耗電量極低,而產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)通常會(huì)注明該條件下的ICC。因此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在VIH值小于VCC時(shí)看到ICC電流增大可能頗為驚訝。下面的圖2顯示了一個(gè)重新設(shè)計(jì)的輸入結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。圖2所示的VIN-ICC 曲線圖比較了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸入器件和一個(gè)低ICCT輸入器件。靜態(tài)功率由基本DC功率公式?jīng)Q定:P=ICC×VCC。在本例中,輸入VIH為2.5V,標(biāo)準(zhǔn)CMOS門(mén)電路輸入的功耗等于3.0mW (3.6V ×0.83mA),而低ICCT門(mén)電路的功耗只有0.003mW (3.6V×0.99uA);也就是說(shuō),利用低ICCT器件,靜態(tài)功耗降低了100%。


 混合電壓供電的移動(dòng)設(shè)計(jì)兩個(gè)細(xì)節(jié)

圖2:ICC-VIN輸入曲線 (Vcc=3.6V, VIN=“2”.5V)。


ICC電流的增大十分重要,因?yàn)樗鼤?huì)大幅度增加器件的靜態(tài)功耗。飛兆半導(dǎo)體的專(zhuān)有低ICCT輸入結(jié)構(gòu)可在ICCT電流出現(xiàn)期間限制其范圍,如圖2所示。


混合電壓供電的移動(dòng)設(shè)計(jì)兩個(gè)細(xì)節(jié)

 表1:不同VIH條件下的節(jié)能潛力。

混合電壓供電的移動(dòng)設(shè)計(jì)兩個(gè)細(xì)節(jié)



表1比較了不同VCC/VIN條件下的ICCT電源電流級(jí)。從表中可看出,飛兆半導(dǎo)體的低ICCT門(mén)電路具有很大的節(jié)能潛力。在混合電壓系統(tǒng)中,利用低ICCT門(mén)電路,與邏輯門(mén)電路相關(guān)的功耗可降至微不足道。


表2列出了低ICCT門(mén)電路供貨情況。根據(jù)需要可以提供額外的功能。當(dāng)現(xiàn)有應(yīng)用因前面討論的輸入條件而出現(xiàn)功耗過(guò)大時(shí),用戶可利用標(biāo)準(zhǔn)引腳輸出,直接簡(jiǎn)便地進(jìn)行替換。


總結(jié)


延長(zhǎng)電池壽命的要訣是降低各級(jí)的功率。隨著便攜設(shè)備整合更多的功能,功耗問(wèn)題越來(lái)越令人擔(dān)憂。飛兆半導(dǎo)體的NC7SVL低ICCT TinyLogic產(chǎn)品為解決這些難題提供了一個(gè)具成本效益的解決方案。此外,飛兆半導(dǎo)體先進(jìn)的小尺寸MicroPak封裝技術(shù),以及新推出的更小的1.0x1.0mm MicroPak 2封裝技術(shù),可顯著降低線路板空間要求。


對(duì)于功率預(yù)算十分緊張的便攜應(yīng)用產(chǎn)品來(lái)說(shuō),耗電量的增加是不能接受的。NC7SVL低ICCT門(mén)電路能夠幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在將功率保持在預(yù)算之內(nèi),并延長(zhǎng)電池壽命。


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