Het begrijpen van het energieverbruik in digitale CMOS-circuits is essentieel voor het ontwerpen van energie-efficiënte elektronische apparaten. Het omvat het analyseren van verschillende factoren die bijdragen aan het totale stroomverbruik tijdens de werking van de circuits. Dit artikel geeft een overzicht van de belangrijkste concepten en berekeningen die betrokken zijn bij het schatten van het energieverbruik in CMOS-technologie.

Onderdelen van het energieverbruik

Het stroomverbruik in CMOS-circuits bestaat voornamelijk uit dynamische en statische componenten. Dynamisch vermogen wordt geassocieerd met laad- en ontlaadvermogen tijdens het schakelen. Statisch vermogen is het gevolg van lekkagestromen die ook stromen wanneer het circuit niet schakelt.

Berekenen van Dynamische Macht

Het dynamische vermogen (Pdynamisch) kan worden geschat met behulp van de formule:

Pdynamisch = α C[L V2 f

waarbij:

  • α is de schakelactiviteitsfactor (gemiddeld aantal overgangen per klokcyclus)
  • CL is de belastingscapaciteit
  • V is de voedingsspanning
  • f is de klokfrequentie

Toename van statische vermogens

Statisch vermogen (Pstatisch) is voornamelijk te wijten aan lekkagestromen in transistors. Het kan worden benaderd door:

Pstatisch = Ileak V

Waar Ileak de lekstroom is, die afhankelijk is van procestechnologie en temperatuur.

Totaal energieverbruik

Het totale energieverbruik is de som van dynamische en statische componenten:

Ptotaal = P[dynamisch + Pstatisch