信息來源: 時間:2020-11-5
CMOS電路的靜態功耗很低,可以忽略不計。這里要討論的功耗,主要是由于在開關過程中對負載電容充放電所消耗的動態功耗,現作兩點假設:
①輸入信號是階躍波。在這個假設條件下,輸入管和負載管不會同時出現導通情況。
②輸入信號的重復頻率遠小于倒相器的最高工作頻率。倒相器在轉換過程結束時,負載電容上的電壓都能達到穩定的低電平0V或高電平VDD。CMOS倒相器功耗討論
倒相器的負載電容在充放電過程中,只有負載電容充電時才消耗電源電流,而負載電容通過輸入管放電時,由于負載管截止,從電源到地沒有直流通路,因此不消耗電源電流。
由圖2-52的輸入波形看出,在一個周期內,只有輸入為低電平時負載管才導通,并對負載電容充電,消耗電源電流。CMOS倒相器功耗討論,在這段時間內,電源消耗的能量,就等于一個周期內消耗的總能量。具體計算如下:
在dt時間內消耗的能量為:
由于
hem d所以將(2-89)式改為:
對(2-90)式積分,在這段時間內,電容兩端的電壓從0充到VDD,所以在這段時間內消耗的總能量為:
每個周期的平均功耗:
f為輸入脈沖的重復頻率。
這個式子表示,在輸入為階躍波的條件下,動態功耗僅與負載電容、工作頻率和電源電壓有關,而與器件的參量無關。
在實際工作中,輸入并不是階躍波,因此要造成顯著的上升和下降時間的延遲。因此,在電平轉換時刻兩只MOS管都部分導通。CMOS倒相器功耗討論,在器件開關期間,不是所有電流都用于電容的充電和放電,而從電源到地有直接通路,所以引起了附加功耗。此外還有靜態功耗,因此MOS倒相器的總功耗為:
為總的直流漏電,包括MOS管的截止電流和寄生二極管的反向漏電流,它們與組成電路的器件尺寸及所帶門的數目以及工藝水平有關。當溫度升高時,這種漏電更為明顯。.
例:考慮一個50門的矩陣,,輸入信號的重復頻率為,總負載電容O,求總功耗。
若采用雙極型50個門矩陣,則功耗是CMOS的一百倍,是PMOS的10倍,可見CMOS的功耗最小。
在速度高的電路系統中,大部分功耗是動態功耗,而靜態功耗可以忽略不計。但工作頻率很低時,靜態功耗與動態功耗相比,就不能被忽略。
實際上,倒相器功耗可近似表示為:
其中是測量直流電源的總電流。
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