内部电源用于逻辑器件的内部功率

2011-02-03 12:11:58来源: 互联网

内部电源用于逻辑器件内部节点的偏置和转换。内部功率包括静态功耗和动态功耗。

静态内部功耗的定义是在无负载连接、输入端处于随机状态的条件下的功耗求出所有可能的输入状态的平均值可以得到静态功耗。

内部动态功耗常数K动态可以通过交替输入某个预定频率(F)信号的方法来测量,断开输出引脚的连接,在周期频率为FHZ的条件测量得到总功率P总,而后计算动态功耗常数:K动态P总P静态/F

动态功耗常数表明了周期频率每增加1HZ将额外消耗的功率数。功耗常数K动态现在可以用于估算在其他任何频率F下的总功耗:P总=P静态+FK动态

上式总计了逻辑设备内部每个周期的额外能量损耗,但不包括因负载连接所导致的电路驱动级的额外能量损耗。注意,我们是在无负载的情况下做这个实验的。

在非常宽的频率范围内,CMOS器件的内部功耗和周期频率呈明显的线性关系。这一关系很明显,是因为CMOS电路的内部静态功耗非常低。TTL器件也有同样的现象,但其巨大的静态功耗掩盖了这一事实,直到周期频率接近器件的最大工作频率时才显现出来。图2.5描绘出几种不同类型的TTL逻辑系列中每个门电路的内部功耗与工作频率的关系曲线。在10MHZ以上,动态功耗远远大于静态功耗,总功率曲线看起来与频率成正比。在1MHZ以下,动态功耗小于静态功耗,总功耗曲线相对于频率看上去是平坦的。

与TTL和CMOS系列相比,ECL和GAAS系列逻辑器件的开关电压范围更小,随着频率的上升,功率只有很小的增长。注意,在式“功率=FCVCC的2次方”中电压幅度V是平方形式的,因此一个电压幅度为1.0V的ECL器件驱动容量为C的电容时消耗在驱动电路上能量,远远少于同样负载情况下电压幅度为5.0V的TTL器件。下式正好显示了这一差别。

其中,F=周期,HZ
      C=电容,F
      △VECL=ECL开关电压,V
      △VTTL=TTL开关电压,V

驱动同样的负载电容时,ECL器件的动态功耗与TTL的动态功耗的比值为0.01。

ECL和GAAS器件的动态功耗与其静态功耗的比值,远远小于TTL或CMOS电路的情况。某些CMOS器件的工作电压范围很宽。在这些CMOS器件的数据手册中用等效电路CPD,这一术语来表示其内部功耗。按照这个模型,一个电源电压为V,工作周期频率为FHZ的CMOS门电路,其内部功耗为:

其中,CPD=等效功耗电容,F
      V=开关电压,V
      F=开关频率,HZ

这个模型将内部电容和叠加偏置电流的作用汇总到一起,虽然偏置电流的影响与电压的平方并不是严格地成正比。

关键字:内部电源  逻辑器件

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0203/article_4478.html
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