Der Energieverbrauch in digitalen CMOS-Schaltungen ist für die Entwicklung energieeffizienter elektronischer Geräte von entscheidender Bedeutung, wobei verschiedene Faktoren analysiert werden müssen, die zur Gesamtleistung des Stromverbrauchs während des Schaltkreisbetriebs beitragen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die wichtigsten Konzepte und Berechnungen, die bei der Schätzung des Stromverbrauchs in der CMOS-Technologie verwendet werden.

Komponenten des Stromverbrauchs

Der Stromverbrauch in CMOS-Schaltungen besteht hauptsächlich aus dynamischen und statischen Komponenten. Dynamische Leistung ist mit dem Laden und Entladen von Lastkapazitäten während der Schaltvorgänge verbunden. Statische Leistung ergibt sich aus Leckströmen, die auch bei Nichtschaltung der Schaltung fließen.

Berechnung der dynamischen Leistung

Die dynamische Leistung (Pdynamic) kann mit der Formel geschätzt werden:

Pdynamic = α CL V2 f

Wobei:

  • α ist der Schaltaktivitätsfaktor (durchschnittliche Anzahl von Übergängen pro Taktzyklus).
  • CL ist die Ladekapazität
  • V ist die Versorgungsspannung
  • f ist die Taktfrequenz

Abschätzung der statischen Leistung

Die statische Leistung (Pstatic) ist in erster Linie auf Leckströme in Transistoren zurückzuführen.

Pstatic = Ileak V

Wobei Ileak der Leckstrom ist, der von der Prozesstechnologie und der Temperatur abhängt.

Gesamtstromverbrauch

Der Gesamtstromverbrauch ist die Summe der dynamischen und statischen Komponenten:

Pinsgesamt = Pdynamisch + Pstatisch