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电源管理
使用逻辑技术降低移动设计的功耗
材料来源:Sean Ryan飞兆半导体公司           录入时间:2011-3-2 13:56:30

 

 

当前的移动设计在努力在高耗能(power-rich)的功能性和更长电池寿命的需求之间取得平衡。本文将探讨在混合电压供电的移动设计中,混合电压电平如何提高ICC 电源电流及逻辑门如何降低功耗。

Icct 技术有利于节能

目前,大多数便携设备都备有多个电源轨,但在输入高电平(VIH)低于电源电压(VCC)时,仍可能产生不定功耗。当输入电压为电源轨电平(VIL = Gnd 或 VIH = VCC)时,CMOS一般具有极低的静态ICC和泄漏电流,故是移动应用中逻辑器件的首选技术。不过,若VIH < VCC,会发生这种情况:输入级的PMOS 和 NMOS晶体管可能均在不同级‘导通’,此时传导电流。在这个状态期间,静态电流ICC增加,存在一条从VCC 到 Gnd的路径。这个增加的电流被称为ICCT电流,亦是输入电压逼近阈值时的电源电流。图1描述了这种情况。


       输入电压等于电源电压Vcc时为使用CMOS门电路的理想状态;这时ICC电流极低。 
       在混合电压情况下,若Vin < VCC,ICCT电流出现,功耗也随之产生。
      
1:逻辑门和输入电压条件

一般在CMOS 门电路的设计中,输入电压阈值或输入切换点为VCC/2;不过,飞兆半导体的低ICCT门电路采用专有的输入电压设计,可降低输入阈值电压,增大输入电压范围,同时不影响有效逻辑低电平VIL。如前所述,当输入电压为0V 或 VCC 时,CMOS门电路的耗电量极低,而产品数据手册通常会注明该条件下的ICC。因此,系统设计人员在VIH 值小于VCC时看到ICC电流增大可能颇为惊讶。下面的图2显示了一个重新设计的输入结构的优点。下面的VIN - ICC 图比较了一个标准CMOS输入器件(红色线条)和一个低ICCT输入器件(蓝色线条)。静态功率由基本DC功率公式决定:P = ICC * VCC。在本例中,输入VIH 为2.5V,标准CMOS门电路输入的功耗等于3.0mW (3.6V x 0.83mA) ,而低 ICCT门电路的功耗只有0.003mW (3.6V x 0.99uA);也就是说,利用Low ICCT 器件,静态功耗降低了100%。


         图2:ICC -VIN 输入曲线 (Vcc = 3.6V, VIN = 2.5V)

ICC电流的增大十分重要,因为它会大幅度增加器件的静态功耗。飞兆半导体的专有低ICCT输入结构可在ICCT 电流出现期间限制其范围,如图2所示。

 

 

 

 

ICCT 电流

 

VCC

VIN

标准 CMOS 门电路

ICCT 门电路

节能

3.6

3.6

5.1 nA

1.5 nA

70%

3.6

2.5

830 uA

996 pA

100%

3.6

1.8

7.0 mA

2.7 uA

100%

3.6

1.5

2.8 mA

3.5 uA

100%

2.5

2.5

1.2 nA

983 pA

23%

2.5

1.8

21.4 uA

39.2nA

100%

2.5

1.5

417 uA

577 nA

100%

1.8

1.8

835 pA

656 pA

21%

1.8

1.5

2.6 nA

713 pA

73%

1.8

1.2

2.6 uA

4.6 nA

100%

 

1:不同VIH条件下的节能潜力

 

1比较了不同VCC / VIN 条件下的ICCT电源电流级。从表中可看出,飞兆半导体的低ICCT门电路具有很大的节能潜力。在混合电压系统中,利用低ICCT门电路,与逻辑门电路相关的功耗可降至微不足道。

 

请参考下表列出的低ICCT门电路供货情况。根据需要可以提供额外的功能。当现有应用因前面讨论的输入条件而出现功耗过大时,用户可利用标准引脚输出,直接简便地进行替换。

 

 

门电路功能

产品编号

封装

供货

 

逆变器

NC7SVL04L6X

MicroPak™

   现货

NC7SVL04FHX

MicroPak 2

NC7SVL04P5X

SC-70

 

AND(与门)

NC7SVL08L6X

MicroPak

NC7SVL08FHX

MicroPak 2

NC7SVL08P5X

SC-70

 

OR(或门)

NC7SVL32L6X

MicroPak

NC7SVL32FHX

MicroPak 2

NC7SVL32P5X

SC-70

 

2:飞兆半导体的NC7SVL 低 ICCT门电路


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