Digitaalisten CMOS-piirien tehonkulutuksen ymmärtäminen on olennaista energiatehokkaiden elektronisten laitteiden suunnittelussa. Se edellyttää eri tekijöiden analysointia, jotka vaikuttavat virtapiirin kokonaistehoon. Tässä artikkelissa on yleiskatsaus keskeisiin CMOS-teknologian tehonkulutuksen arviointiin liittyviin käsitteisiin ja laskelmiin.

Virrankulutuksen komponentit

CMOS-piirien tehonkulutus koostuu pääasiassa dynaamisista ja staattisista osista. Dynaaminen teho liittyy kytkentätoimintojen aikana lataukseen ja lastin purkaukseen. Staattinen teho johtuu vuotovirroista, jotka virtaavat, vaikka virtapiiri ei olisikaan vaihtamassa.

Dynaamisen tehon laskeminen

Dynaaminen teho (P[]dynaaminen ) voidaan arvioida seuraavan kaavan avulla:

]P[dynaaminen = α CL V[]2[ f[]

jossa

  • α on kytkentäaktiivisuuskerroin (keskimääräinen siirtymien lukumäärä kellosykliä kohti)
  • CL[ on kuormakapasitanssi
  • V on syöttöjännite
  • f on kellotaajuus

Staattisen tehon arviointi

Staattinen teho (Pstaattinen[]) johtuu pääasiassa transistoreissa olevista vuotovirroista.

[LLT:0]]P[[[LLT:1]]staattinen[[LLT:2]] = I[[LLT:3]]vuoto[[LLT:4]] V[[LLT:5]]]

Jossa Ivuoto on vuotovirta, joka riippuu prosessitekniikasta ja lämpötilasta.

Virrankulutus

Sähkön kokonaiskulutus on dynaamisten ja staattisten komponenttien summa:

]P[kokonaismäärä = P -dynaaminen + P -staattinen[[[]]