功率管理優(yōu)化功率的實(shí)現(xiàn)
隨著由電池供電的便攜式消費(fèi)類產(chǎn)品的增長(zhǎng),IC芯片的功耗已成為了一個(gè)世界性的問(wèn)題,設(shè)計(jì)者必須通過(guò)配置合適的功率管理系統(tǒng)采用各種辦法來(lái)節(jié)省能量。便攜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)卻要求工程師開(kāi)發(fā)更有效的節(jié)能系統(tǒng)。隨著消費(fèi)類產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜,功率管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/187401.htm對(duì)于移動(dòng)設(shè)備而言,更長(zhǎng)的電池使用壽命、更長(zhǎng)的通話時(shí)間或更長(zhǎng)的工作時(shí)間都是明顯的優(yōu)勢(shì),降低電源要求意味著使用體積更小的電池或選擇不同的電池技術(shù),這在一定程度上也緩解了電池發(fā)熱問(wèn)題;對(duì)于有線系統(tǒng)而言,設(shè)計(jì)師可通過(guò)減小電源體積、減少冷卻需求以及降低風(fēng)扇噪聲來(lái)提高電池效率。有效的功率管理涉及到恰當(dāng)技術(shù)的選擇、優(yōu)化的庫(kù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)的使用,以及設(shè)計(jì)方法(圖1)。
圖1,有效的功率管理需要選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、庫(kù)和IP設(shè)計(jì)方案以及芯片設(shè)計(jì)方法。
功耗在電子設(shè)備中正變得更加重要。功率的損耗。電路中通常指元、器件上耗 散的熱能。有時(shí)也指整機(jī)或設(shè)備所需的電源功率。 功耗同樣是所有的電器設(shè)備都有的一個(gè)指標(biāo),指的是在單位時(shí)間中所消耗的能源的數(shù)量,單位為W。不過(guò)復(fù)印機(jī)和電燈不同,是不會(huì)始終在工作的,在不工作時(shí)則處于待機(jī)狀態(tài),同樣也會(huì)消耗一定的能量(除非切斷電源才會(huì)不消耗能量)。
MOS晶體管的基本工作
為了解功率,讓我們從經(jīng)典的MOS晶體管漏極電流方程開(kāi)始,MOS晶體管是一種新型MOS與雙極復(fù)合型器件。它采用集成電路工藝,在普通晶閘管結(jié)構(gòu)中制作大量MOS器件,通過(guò)MOS器件的通斷來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。雖然這些方程只對(duì)較老的技術(shù)準(zhǔn)確,并且未考慮現(xiàn)代技術(shù)中的亞微米幾何結(jié)構(gòu)引入的各種影響,但它們使人們能了解晶體管的總體行為。
圖2,某NMOS FET表明了施加在其端子的電壓。
在數(shù)字電路中,當(dāng)晶體管處于接通狀態(tài)時(shí),它位于飽和區(qū),此時(shí)漏極至源極電流IDS服從以下方程(圖2):
(1)
其中TOX是柵極氧化物厚度,W是晶體管的溝道寬度,L是晶體管的溝道長(zhǎng)度,VGS是晶體管的柵極與源極之間的電壓,VTH是閾值電壓,K取決于工藝技術(shù)。閾值電壓服從以下方程:
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其中VSB是源極與基底之間的反向偏壓,VFB是平帶電壓(它取決于工藝技術(shù)),γ和ΘS也是取決于工藝技術(shù)的參數(shù)。
如果漏極至漏極電壓等于電源電壓,即柵極與源極之間的最大電壓,那么你就能運(yùn)用以下方程來(lái)計(jì)算接通電流:
(3)
然后可以把有功功率表示為:
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泄漏功率
MOS晶體管中的主要泄漏部分是結(jié)泄漏、柵極泄漏、柵極感應(yīng)漏極泄漏、亞閾值導(dǎo)電。當(dāng)漏極和基底之間或是源極和基底之間的PN結(jié)在晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)下變成負(fù)偏壓時(shí),會(huì)出現(xiàn)結(jié)泄漏,此時(shí)由于存在反向偏壓二極管而出現(xiàn)泄漏電流。
當(dāng)柵極至漏極重疊區(qū)中的高電場(chǎng)導(dǎo)致帶至帶隧穿,并導(dǎo)致柵極感應(yīng)漏極泄漏電流時(shí),就會(huì)出現(xiàn)柵極感應(yīng)漏極泄漏。當(dāng)晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),會(huì)出現(xiàn)亞閾值導(dǎo)電;它并非真地處于關(guān)斷狀態(tài),但由于微弱的反相而導(dǎo)電。亞閾值導(dǎo)電是導(dǎo)致泄漏電流的主要因素。你可把該電流表示為:
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評(píng)論